第四单元电路和电磁感应

1、1第四单元第四单元电路和电磁感应电路和电磁感应知识网络构建知识网络构建预测预测 2012 年高考涉及电磁感应与电路的考题主要表现为以下几年高考涉及电磁感应与电路的考题主要表现为以下几种形式：种形式：1有关电路能量或直流电路的动态分析的选择题，要特别关注日常有关电路能量或直流电路的动态分析的选择题，要特别关注日常电器和新型导体材料电器和新型导体材料(如热敏电阻和光敏电阻等如热敏电阻和光敏电阻等)；2 结合生产与生活及近代科技的新情景结合生产与生活及近代科技的新情景， 考查交变电流的产生原理考查交变电流的产生原理、变压器原理与含理想变压器的交变电路动态分析问题变压器原理与含理想变压器的交变电路动态

2、分析问题、 远距离输电问远距离输电问题，考查形式为选择题；题，考查形式为选择题；3结合电磁感应的图象综合考查楞次定律和法拉第电磁感应定律应结合电磁感应的图象综合考查楞次定律和法拉第电磁感应定律应用的选择题；用的选择题；24以以“导轨导体棒导轨导体棒”模型为载体，联系法拉第电磁感应定律、楞次模型为载体，联系法拉第电磁感应定律、楞次定律定律、安培力安培力、直流电路知识直流电路知识、磁场知识等多个考点的电磁感应综合磁场知识等多个考点的电磁感应综合题，也可结合运动图象或电学图象进行考查命题形式为计算题题，也可结合运动图象或电学图象进行考查命题形式为计算题专题十一专题十一直流和交流电路直流和交流电路一、

3、直流电路一、直流电路1电功和电热电功和电热电功电功 WqUUIt；电热；电热 QI2Rt.(1)对纯电阻电路，电功等于电热，即电流流经纯电阻电路，消对纯电阻电路，电功等于电热，即电流流经纯电阻电路，消耗的电能全部转化为内能，所以耗的电能全部转化为内能，所以 WQUItI2RtU2Rt.(2)对非纯电阻电路对非纯电阻电路(如电动机和电解槽如电动机和电解槽)，电能一部分转化为内，电能一部分转化为内能能，另一部分转化为其他形式的能另一部分转化为其他形式的能(如机械能或化学能等如机械能或化学能等)，所以电功所以电功必然大于电热，即必然大于电热，即 WQ，这时电功只能用，这时电功只能用 WUIt 计算，

4、电热只能计算，电热只能用用 QI2Rt 计算，两式不能通用计算，两式不能通用2闭合电路欧姆定律闭合电路欧姆定律表达形式：表达形式：EU外外U内内；IERr(I、R 间关系间关系)；UEIr(U、I 间关系间关系)；URRrE(U、R 间关系间关系)注意注意：当外电路断开时当外电路断开时(I0)，路端电压路端电压 U 等于电动势等于电动势 E.若用理想若用理想电压表测量电压表测量，则读数等于电动势则读数等于电动势，在进行断路故障分析时在进行断路故障分析时，常用此结常用此结论进行判断论进行判断，即何处断路即何处断路，何处两端电压等于电动势何处两端电压等于电动势但用电压表直但用电压表直接测量时，读数

5、却略小于电动势接测量时，读数却略小于电动势(因为有微弱电流流过电源而产生内因为有微弱电流流过电源而产生内压降压降)当外电路短路时当外电路短路时(R0， 因而因而 U外外0)， 电流最大电流最大， 为为 ImEr(不不3允许出现这种情况，因为这会把电源烧坏允许出现这种情况，因为这会把电源烧坏)3电源的功率与效率电源的功率与效率(1)电源的功率电源的功率 P： 也称电源的总功率也称电源的总功率， 是电源将其他形式的能转是电源将其他形式的能转化为电能的功率化为电能的功率， 计算式为计算式为： PIE(普遍适用普遍适用)； PE2RrI2(Rr)(只只适用于外电路为纯电阻的电路适用于外电路为纯电阻的电

6、路)(2)电源内阻消耗功率电源内阻消耗功率 P内内：是电源内阻的热功率是电源内阻的热功率，也称电源的损也称电源的损耗功率，计算式为：耗功率，计算式为：P内内I2r.(3)电源的输出功率电源的输出功率 P外外：是外电路上消耗的功率，计算式为：是外电路上消耗的功率，计算式为：P外外IU外外(普遍适用普遍适用)；P外外I2RE2R Rr 2(只适用于外电路为纯电阻的只适用于外电路为纯电阻的电路电路)(4)电源的效率：电源的效率：P外外PUIEIUERRr.(5)电源的输出功率电源的输出功率(P外外)与外电阻与外电阻 R 的关系：的关系：P外外RE2 Rr 2E2 Rr 2R4r.P外外与与 R 的关

7、系图象如图的关系图象如图 4111 所示由图可以看出：所示由图可以看出：图图 41114当当 Rr 时时，电源的输出功率最大电源的输出功率最大，PmE24r，此时电源效率此时电源效率50%.当当 Rr 时，随着时，随着 R 的增大输出功率越来越小的增大输出功率越来越小当当 Rr 时，随着时，随着 R 的增大输出功率越来越大的增大输出功率越来越大当当 R 由小于由小于 r 增大到大于增大到大于 r 时，随着时，随着 R 的增大输出功率先增大后减的增大输出功率先增大后减小小(非单调变化非单调变化)4含容电路的分析技巧含容电路的分析技巧电容器两极板间的电压等于与电容器并联的电阻两端的电压电容器两极板

8、间的电压等于与电容器并联的电阻两端的电压， 与与电容器串联的电阻两端的电压一定为零电容器串联的电阻两端的电压一定为零(有阻无流，则无电压有阻无流，则无电压)二、交变电流二、交变电流1中性面：当线圈平面转动至垂直于磁感线位置时，各边都不中性面：当线圈平面转动至垂直于磁感线位置时，各边都不切割磁感线切割磁感线，感应电动势为零感应电动势为零，即线圈中没有感应电流即线圈中没有感应电流，这个特定位这个特定位置叫做中性面置叫做中性面注意：注意：线圈通过中性面时，磁感线垂直于该时刻的线圈平面线圈通过中性面时，磁感线垂直于该时刻的线圈平面，所以磁通量最大，磁通量的变化率为零所以磁通量最大，磁通量的变化率为零线

9、圈平面通过跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线圈平面通过跟中性面垂直的位置时，线圈平面平行于磁感线线，所以磁通量为零所以磁通量为零，磁通量的变化率最大磁通量的变化率最大，感应电动势感应电动势、感应电流感应电流均最大均最大线圈平面每次通过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次线圈平面每次通过中性面时，线圈中感应电流方向改变一次，转动一周则线圈两次通过中性面转动一周则线圈两次通过中性面， 故一个周期内线圈中电流方向改变故一个周期内线圈中电流方向改变两次两次2交变电流的描述交变电流的描述(1)峰值：反映交变电流大小的变化范围，线圈平面跟磁感线平峰值：反映交变电流大小的变化范围，线圈平面跟磁感线平

10、行时，交变电动势最大，行时，交变电动势最大，EmNBS.电容器接在交流电路中，则交电容器接在交流电路中，则交变电压的最大值不能超过电容器的耐压值变电压的最大值不能超过电容器的耐压值(2)有效值有效值： 交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的交变电流的有效值是根据电流的热效应来规定的 让让5交变电流和恒定电流通过同样阻值的电阻交变电流和恒定电流通过同样阻值的电阻， 如果它们在一个周期内产如果它们在一个周期内产生的热量相等，而这个恒定电流是生的热量相等，而这个恒定电流是 I、电压是、电压是 U，我们就把，我们就把 I、U 叫叫做交变电流的有效值做交变电流的有效值注意注意： 交变电流的有效值反映

11、的是交变电流产生热效应的平均交变电流的有效值反映的是交变电流产生热效应的平均效果效果正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系是正弦式交变电流的有效值与最大值之间的关系是 E12Em， U12Um，I12Im.3变压器变压器(1)原理：法拉第电磁感应定律原理：法拉第电磁感应定律(2)电压关系：电压关系：U1U2n1n2，即对同一变压器的任意两个线圈，都有，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压与匝数成正比电压与匝数成正比(3)功率关系：无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总功率关系：无论有几个副线圈在工作，变压器的输入功率总等于所有输出功率之和等于所有输出功率之和当只有一个副线圈工作时，有当

12、只有一个副线圈工作时，有 U1I1U2I2，I1I2n2n1.若有两个以上的副线圈若有两个以上的副线圈，则有则有：P1P2P3，U1U2n1n2、U2U3n2n3，n1I1n2I2n3I3.(4)决定关系：在匝数比一定的情况下，理想变压器的输出电压决定关系：在匝数比一定的情况下，理想变压器的输出电压由输入电压决定由输入电压决定， 输入电流由输出电流决定输入电流由输出电流决定， 输入功率由输出功率决输入功率由输出功率决定定探究点一探究点一直流电路动态分析直流电路动态分析1引起电路特征发生变化的主要原因有：引起电路特征发生变化的主要原因有：滑动变阻器滑片滑滑动变阻器滑片滑6动动，使电路的电阻发生变

13、化使电路的电阻发生变化；开关的闭合开关的闭合、断开或换向断开或换向(双掷开关双掷开关)使电路结构发生变化；使电路结构发生变化；电路发生短路和断路电路发生短路和断路(电路故障电路故障)2电路动态变化问题的分析思路电路动态变化问题的分析思路当电路中某处的电阻发生变化时当电路中某处的电阻发生变化时， 先由局部电阻的变化推出外电先由局部电阻的变化推出外电路电阻路电阻 R外外的变化，再由闭合电路的欧姆定律的变化，再由闭合电路的欧姆定律 I总总ER外外r和和 U端端EI总总r 讨论干路电流讨论干路电流 I总总的变化和路端电压的变化和路端电压 U端端的变化，最后分析对的变化，最后分析对其他部分电路产生的影响

14、其他部分电路产生的影响， 从而分别确定各元件上其他量的变化情况从而分别确定各元件上其他量的变化情况(使用的公式是部分电路欧姆定律、电路中各元件上的电压关系和电使用的公式是部分电路欧姆定律、电路中各元件上的电压关系和电流关系等流关系等)注意注意： 电路的总电阻总是随其中任一电阻的增大而增大电路的总电阻总是随其中任一电阻的增大而增大， 随任随任一电阻的减小而减小；电阻并联的数目越多，总阻值越小；一电阻的减小而减小；电阻并联的数目越多，总阻值越小；从电路分析角度看从电路分析角度看， 断路可认为是电路中某处电阻增大到无穷断路可认为是电路中某处电阻增大到无穷大大， 短路可认为是电路某处电阻减小到零短路可

15、认为是电路某处电阻减小到零， 因此电路故障问题可以视因此电路故障问题可以视为特殊的动态分析问题；为特殊的动态分析问题；对电路进行简化时对电路进行简化时， 电压表和电容器视为断路电压表和电容器视为断路， 电流表视为短电流表视为短路；路；电容器是一个储存电能的元件，在直流电路中，当电容器充电容器是一个储存电能的元件，在直流电路中，当电容器充、放电时放电时，其所在电路中有充其所在电路中有充、放电电流放电电流，电路达到稳定状态时电路达到稳定状态时，电容电容器就相当于一个阻值无穷大的电阻，则电容器所在电路处可视为断器就相当于一个阻值无穷大的电阻，则电容器所在电路处可视为断路分析计算含有电容器的直流电路时

16、应注意：路分析计算含有电容器的直流电路时应注意：电路稳定后电路稳定后， 由于电容器所在支路无电流通过由于电容器所在支路无电流通过， 在此支路的电阻在此支路的电阻没有电压降没有电压降， 因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压 电电路中的电流、电压变化时，将会引起电容器充路中的电流、电压变化时，将会引起电容器充(放放)电电例例 1 1 20112011北京卷北京卷 如图如图 4112 所示电路，电源内阻不可忽所示电路，电源内阻不可忽7略开关略开关 S 闭合后，在变阻器闭合后，在变阻器 R0的滑动端向下滑动的过程中的滑动端向下滑动的过程中()A电压表

17、与电流表的示数都减小电压表与电流表的示数都减小B电压表与电流表的示数都增大电压表与电流表的示数都增大C电压表的示数增大，电流表的示数减小电压表的示数增大，电流表的示数减小D电压表的示数减小，电流表的示数增大电压表的示数减小，电流表的示数增大变式变式:2011海南卷海南卷 如图如图 4113 所示，所示，E 为内阻不能忽略的为内阻不能忽略的电池电池，R1、R2、R3 为定值电阻为定值电阻，S0、S 为开关为开关，V 与与 A 分别为电压分别为电压表与电流表初始时表与电流表初始时 S0 与与 S 均闭合，现将均闭合，现将 S 断开，则断开，则()AV 的读数变大，的读数变大，A 的读数变小的读数变

18、小BV 的读数变大，的读数变大，A 的读数变大的读数变大CV 的读数变小，的读数变小，A 的读数变小的读数变小DV 的读数变小，的读数变小，A 的读数变大的读数变大探究点二探究点二表征交变电流的物理量表征交变电流的物理量交变电流的最大值、瞬时值、有效值、平均值都有其特殊的意交变电流的最大值、瞬时值、有效值、平均值都有其特殊的意义义在交流电路中在交流电路中，不加特别说明的情况下不加特别说明的情况下，电流电流、电压都是指有效电压都是指有效值值，交流电压表交流电压表、电流表的示数均为有效值电流表的示数均为有效值在求电功在求电功、电功率电功率、电电热等时要用交变电流的有效值热等时要用交变电流的有效值，

19、 在求通过导线截面的电荷量时要用交在求通过导线截面的电荷量时要用交变电流的平均值变电流的平均值 在交流电路中要特别注意对交流电有效值的理解和在交流电路中要特别注意对交流电有效值的理解和8计算计算例例 2 2011天津卷天津卷 在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图直的转轴匀速转动，如图 4114 甲所示产生的交变电动势的图甲所示产生的交变电动势的图象如图象如图 4114 乙所示，则乙所示，则()At0.005 s 时线框的磁通量变化率为零时线框的磁通量变化率为零Bt0.01 s 时线框平面与中性面重合时线框平面与中性面重合C线框产

20、生的交变电动势有效值为线框产生的交变电动势有效值为 311 VD线框产生的交变电动势频率为线框产生的交变电动势频率为 100 Hz变式变式: 图图 4115 甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时甲为一台小型发电机构造示意图，线圈逆时针转动针转动， 产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图乙所示 发电发电机线圈内阻为机线圈内阻为 1.0 ，外接灯泡的电阻为，外接灯泡的电阻为 9.0 ，则，则()A电压表的示数为电压表的示数为 6 VB在在 t0.01 s 时，穿过线圈的磁通量为零时，穿过线圈的磁通量为零C若线圈转速变为若线圈转速变为 25 r/s，

21、则电动势有效值为，则电动势有效值为 3 VD若线圈转速变为若线圈转速变为 25 r/s，则通过电灯的电流为，则通过电灯的电流为 1.2A9探究点三探究点三变压器原理变压器原理处理变压器问题的一般思路处理变压器问题的一般思路1处理与变压器相关的电路问题时，一般将电路分成原线圈回路、处理与变压器相关的电路问题时，一般将电路分成原线圈回路、副线圈回路分别考虑，用变压器的相关公式处理两回路的关系副线圈回路分别考虑，用变压器的相关公式处理两回路的关系2分析变压器动态变化问题的思路模型分析变压器动态变化问题的思路模型3 在匝数比一定的情况下在匝数比一定的情况下， 理想变压器的输出电压由输入电压决定理想变压

22、器的输出电压由输入电压决定，输入电流由输出电流决定，输入功率由输出功率决定输入电流由输出电流决定，输入功率由输出功率决定例例 3 (双选双选)一理想变压器原、副线圈的匝数比为一理想变压器原、副线圈的匝数比为 101，原线圈，原线圈输入电压的变化规律如图输入电压的变化规律如图 4116 甲所示，副线圈所接电路如图乙甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，所示，P 为滑动变阻器的触头下列说法正确的是为滑动变阻器的触头下列说法正确的是()A副线圈输出电压的频率为副线圈输出电压的频率为 50 HzB副线圈输出电压的有效值为副线圈输出电压的有效值为 31 V10CP 向右移动时，原、副线圈的电流比减小向右移动

23、时，原、副线圈的电流比减小DP 向右移动时，变压器的输出功率增加向右移动时，变压器的输出功率增加变式变式: 某水电站某水电站， 用总电阻为用总电阻为 2.5 的输电线输电给的输电线输电给 500 km 外的外的用户，其输出电功率是用户，其输出电功率是 3106kW.现用现用 500 kV 电压输电，则下列说电压输电，则下列说法正确的是法正确的是()A输电线上输送的电流大小为输电线上输送的电流大小为 2105AB输电线上由电阻造成的损失电压为输电线上由电阻造成的损失电压为 15 kVC若改用若改用 5 kV 电压输电电压输电，则输电线上损失的功率为则输电线上损失的功率为 9108kWD输电线上损

24、失的功率为输电线上损失的功率为PU2r，U 为输电电压，为输电电压，r 为输电线为输电线的电阻的电阻探究点四探究点四远距离输电问题远距离输电问题远距离输电与变压器远距离输电与变压器1远距离输电示意图如图远距离输电示意图如图 4117 所示所示112常用关系：常用关系：升压变压器副线圈功升压变压器副线圈功率率 P1等于降压变压器原线圈功等于降压变压器原线圈功率率 P2与输电与输电线损失功率线损失功率 Pr之和之和；升压变压器副线圈电压升压变压器副线圈电压 U2等于降压变压器原线等于降压变压器原线圈电压圈电压 U3与输电线上产生的电压降与输电线上产生的电压降 Ur之和之和； 输电电流等于输电功率输

25、电电流等于输电功率与输电电压之比与输电电压之比 I2PU2，输电线上损失功率，输电线上损失功率 PrI22r.例例 4 (双选双选)如图如图 4118 所示，有一台交流发电机所示，有一台交流发电机 E，通过理，通过理想升压变压器想升压变压器 T1 和理想降压变压器和理想降压变压器 T2 向远处用户供电，输电线的向远处用户供电，输电线的总电阻为总电阻为 R.T1 的输入电压和输入功率分别为的输入电压和输入功率分别为 U1 和和 P1，它的输出电它的输出电压和输出功率分别为压和输出功率分别为 U2 和和 P2； T2 的输入电压和输入功率分别为的输入电压和输入功率分别为 U3和和 P3，它的输出电

26、压和输出功率分别为，它的输出电压和输出功率分别为 U4 和和 P4.设设 T1 的输入电的输入电压压U1 一定，当用户消耗的电功率变大时，有一定，当用户消耗的电功率变大时，有 ()AU2 减小，减小，U4 变大变大BU2 不变，不变，U3 变小变小CP1 变小，变小，P2 变小变小DP2 变大，变大，P3 变大变大变式: 2011山东卷山东卷 (双选双选)为保证用户电压稳定为保证用户电压稳定在在 220 V， 变电所变电所需适时进行调压，图需适时进行调压，图 4119 甲为调压变压器示意图保持输入电甲为调压变压器示意图保持输入电压压 u1不变，当滑动接头不变，当滑动接头 P 上下移动时可改变输

27、出电压某次检测得上下移动时可改变输出电压某次检测得到用户电压到用户电压 u2随时间随时间 t 变化的曲线如图乙所示变化的曲线如图乙所示以下正确的是以下正确的是()12图图 4119Au21902sin50t VBu21902sin100t VC为使用户电压稳定在为使用户电压稳定在 220 V，应将，应将 P 适当下移适当下移D为使用户电压稳定在为使用户电压稳定在 220 V，应将，应将 P 适当上移适当上移练习:本题重点考查交流电的产生过程及其瞬时值表达式，只有在理本题重点考查交流电的产生过程及其瞬时值表达式，只有在理解交流电的峰值及周期的决定因素的基础上才能准确应用该表达式解交流电的峰值及周

28、期的决定因素的基础上才能准确应用该表达式，并作出定量分析并作出定量分析1交流发电机电枢中产生的交变电动势为交流发电机电枢中产生的交变电动势为 eEmsint，如果，如果要将交变电动势的有效值提高一倍要将交变电动势的有效值提高一倍， 而交流电的周期不变而交流电的周期不变， 可采取的可采取的方法是方法是()A将电枢转速提高一倍，其他条件不变将电枢转速提高一倍，其他条件不变B将磁场增加一倍，其他条件不变将磁场增加一倍，其他条件不变C将线圈的面积增加一倍，其他条件不变将线圈的面积增加一倍，其他条件不变D将磁场增强一倍，线圈的面积缩小一半，其他条件不变将磁场增强一倍，线圈的面积缩小一半，其他条件不变本题

29、给出了一种方波形交流电的产生过程本题给出了一种方波形交流电的产生过程， 并求解该种电流的有并求解该种电流的有效值有利于学生开阔视野，并深入理解交流电产生原理效值有利于学生开阔视野，并深入理解交流电产生原理132如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场如图所示的区域内有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度为磁感应强度为 B.电电阻为阻为 R、 半径为半径为 L、 圆心角为圆心角为 45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的的O 轴以角速度轴以角速度匀速转动匀速转动(O 轴位于磁场边界轴位于磁场边界)则线框内产生的感应则线框内产生的感应电流的有效值为电流的有效值为()A.BL22RB

30、.2BL22RC.2BL24RD.BL24R专题十二专题十二电磁感应电磁感应一、法拉第电磁感应定律一、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律的内容是感应电动势的大小与穿过回路的磁通法拉第电磁感应定律的内容是感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比量的变化率成正比 在具体问题的分析中在具体问题的分析中， 针对不同形式的电磁感应针对不同形式的电磁感应过程，法拉第电磁感应定律也相应有不同的表达式或计算式过程，法拉第电磁感应定律也相应有不同的表达式或计算式磁通量变化的形式磁通量变化的形式表达式表达式备注备注通过通过 n 匝线圈内的匝线圈内的磁通量发生变化磁通量发生变化Ent(1)当当 S 不变时

31、，不变时，EnSBt(2)当当 B 不变时，不变时，EnBSt导体垂直切割磁感导体垂直切割磁感线运动线运动EBLv当当 vB 时，时，E014磁通量变化的形式磁通量变化的形式表达式表达式备注备注导体绕过一端且垂直导体绕过一端且垂直于磁场方向的转轴匀于磁场方向的转轴匀速转动速转动E12BL2线圈绕垂直于磁场方线圈绕垂直于磁场方向的转轴匀速转动向的转轴匀速转动EnBSsint当线圈平行于磁感线时当线圈平行于磁感线时，E 最最大为大为 EnBS，当线圈平行，当线圈平行于中性面时，于中性面时，E0二、楞次定律与左手定则、右手定则二、楞次定律与左手定则、右手定则1左手定则与右手定则的区别：判断感应电流用

32、右手定则，判断受左手定则与右手定则的区别：判断感应电流用右手定则，判断受力用左手定则力用左手定则2应用楞次定律的关键是区分两个磁场：引起感应电流的磁场和感应用楞次定律的关键是区分两个磁场：引起感应电流的磁场和感应电流产生的磁场应电流产生的磁场 感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化场的磁通量的变化， “阻碍阻碍”的结果是延缓了磁通量的变化，同时伴的结果是延缓了磁通量的变化，同时伴随着能量的转化随着能量的转化3楞次定律中楞次定律中“阻碍阻碍”的表现形式的表现形式：阻碍磁通量的变化阻碍磁通量的变化(增反减同增反减同)，阻碍相对运动阻碍相

33、对运动(来拒去留来拒去留)，阻碍线圈面积变化，阻碍线圈面积变化(增缩减扩增缩减扩)，阻碍本身，阻碍本身电流的变化电流的变化(自感现象自感现象)三、电磁感应与电路的综合三、电磁感应与电路的综合电磁感应与电路的综合是高考的一个热点内容电磁感应与电路的综合是高考的一个热点内容， 两者的核心内容与联两者的核心内容与联系主线如图系主线如图 4121 所示：所示：151产生电磁感应现象的电路通常是一个闭合电路，产生电动势产生电磁感应现象的电路通常是一个闭合电路，产生电动势的那一部分电路相当于电源，产生的感应电动势就是电源的电动势的那一部分电路相当于电源，产生的感应电动势就是电源的电动势，在在“电源电源”内

34、部电流的流向是从内部电流的流向是从“电源电源”的负极流向正极的负极流向正极， 该部分电该部分电路两端的电压即路端电压，路两端的电压即路端电压，URRrE.2在电磁感应现象中，电路产生的电功率等于内外电路消耗的功率在电磁感应现象中，电路产生的电功率等于内外电路消耗的功率之和之和若为纯电阻电路若为纯电阻电路，则产生的电能将全部转化为内能则产生的电能将全部转化为内能；若为非纯若为非纯电阻电路电阻电路， 则产生的电能除了一部分转化为内能则产生的电能除了一部分转化为内能， 还有一部分能量转还有一部分能量转化为其他能化为其他能， 但整个过程能量守恒但整个过程能量守恒 能量转化与守恒往往是电磁感应能量转化与

35、守恒往往是电磁感应与电路问题的命题主线与电路问题的命题主线， 抓住这条主线也就是抓住了解题的关键抓住这条主线也就是抓住了解题的关键 在在闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流的问题中闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流的问题中， 机械能转化机械能转化为电能，导体棒克服安培力做的功等于电路中产生的电能为电能，导体棒克服安培力做的功等于电路中产生的电能说明说明： 求解部分导体切割磁感线产生的感应电动势时求解部分导体切割磁感线产生的感应电动势时， 要区别平要区别平均电动势和瞬时电动势均电动势和瞬时电动势， 切割磁感线的等效长度等于导线两端点的连切割磁感线的等效长度等于导线两端点的连线在运动方向

36、上的投影线在运动方向上的投影探究点一探究点一电磁感应的图象问题电磁感应的图象问题在电磁感应问题中出现的图象主要有在电磁感应问题中出现的图象主要有 Bt 图象、图象、t 图象、图象、Et图象和图象和 It 图象，有时还可能出现感应电动势图象，有时还可能出现感应电动势 E 或感应电流或感应电流 I 随线随线圈位移圈位移 x 变化的图象，即变化的图象，即 Ex 图象或图象或 Ix 图象图象(1)对切割类电磁感应图象问题，关键是根据对切割类电磁感应图象问题，关键是根据 EBLv 来判断感应电来判断感应电动势的大小动势的大小， 根据右手定则判断感应电流的方向并按规定的正方向将根据右手定则判断感应电流的方

37、向并按规定的正方向将其落实到图象中其落实到图象中(2)电磁感应图象问题的特点是考查方式灵活：根据电磁感应现象发电磁感应图象问题的特点是考查方式灵活：根据电磁感应现象发16生的过程生的过程，确定给定的图象是否正确确定给定的图象是否正确，或画出正确的图象或画出正确的图象；由题目给由题目给定的图象分析电磁感应过程，综合求解相应的物理量定的图象分析电磁感应过程，综合求解相应的物理量(3)电磁感应图象问题可综合法拉第电磁感应定律、楞次定律和安培电磁感应图象问题可综合法拉第电磁感应定律、楞次定律和安培定则、右手定则及左手定则，结合电路知识和力学知识求解定则、右手定则及左手定则，结合电路知识和力学知识求解(

38、4)电磁感应图象问题的解题方法技巧：根据初始条件，确定给定的电磁感应图象问题的解题方法技巧：根据初始条件，确定给定的物理量的正负或方向的对应关系和变化范围物理量的正负或方向的对应关系和变化范围， 确定所研究的物理量的确定所研究的物理量的函数表达式以及进出磁场的转折点等，这是解题的关键函数表达式以及进出磁场的转折点等，这是解题的关键例例 1 如图如图 4122 所示，平行导轨间有一矩形的匀强磁场区所示，平行导轨间有一矩形的匀强磁场区域域，细金属棒细金属棒 PQ 沿导轨从沿导轨从 MN 处匀速运动到处匀速运动到 MN的过程中的过程中，棒棒上感应电动势上感应电动势 E 随时间随时间 t 变化的图示，

39、可能正确的是变化的图示，可能正确的是()变式：变式：在图在图 4125 所示的四个情景中，虚线上方空间都存在所示的四个情景中，虚线上方空间都存在方向垂直纸面向里的匀强磁场方向垂直纸面向里的匀强磁场A、B 中的导线框为正方形，中的导线框为正方形，C、D中的导线框为直角扇形各导线框均绕轴中的导线框为直角扇形各导线框均绕轴 O 在纸面内匀速转动，转在纸面内匀速转动，转动方向如箭头所示，转动周期均为动方向如箭头所示，转动周期均为 T.从线框处于图示位置时开始计从线框处于图示位置时开始计时时，以在以在 OP 边上从边上从 P 点指向点指向 O 点的方向为感应电流点的方向为感应电流 i 的正方向的正方向，

40、则则17在图在图 41215 所示的四个情景中，产生的感应电流所示的四个情景中，产生的感应电流 i 随时间随时间 t 的变的变化规律如图化规律如图 4124 所示的是所示的是()探究点二探究点二电磁感应与电路的综合问题电磁感应与电路的综合问题1解答电磁感应与电路的综合问题时，关键在于准确分析电路解答电磁感应与电路的综合问题时，关键在于准确分析电路的结构的结构，能正确画出等效电路图能正确画出等效电路图，并综合运用电学知识进行分析并综合运用电学知识进行分析、求求解解2求解过程中首先要注意电源的确定，通常将切割磁感线的导求解过程中首先要注意电源的确定，通常将切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路作为

41、等效电源；其次是要能正确区分内体或磁通量发生变化的回路作为等效电源；其次是要能正确区分内、外电路外电路， 应把产生感应电动势的那部分电路视为内电路应把产生感应电动势的那部分电路视为内电路， 感应电动势感应电动势为电源电动势为电源电动势， 其余部分相当于外电路其余部分相当于外电路； 最后应用闭合电路欧姆定律最后应用闭合电路欧姆定律及串并联电路的基本规律求解及串并联电路的基本规律求解， 处理问题的方法与闭合电路问题的求处理问题的方法与闭合电路问题的求解基本一致解基本一致例例 2 2 法拉第曾提出一种利用河流发电的设想，并进行了实验研法拉第曾提出一种利用河流发电的设想，并进行了实验研究实验装置的示意

42、图可用图究实验装置的示意图可用图 4126 表示，两块面积均为表示，两块面积均为 S 的矩的矩18形金属板平行形金属板平行、正对正对、竖直地全部浸在河水中竖直地全部浸在河水中，间距为间距为 d.水流速度处水流速度处处相同处相同，大小为大小为 v，方向水平方向水平金属板与水流方向平行金属板与水流方向平行地磁场磁感地磁场磁感应强度的竖直分量为应强度的竖直分量为 B，水的电阻率为水的电阻率为，水面上方有一阻值为水面上方有一阻值为 R 的的电阻通过绝缘导线和开关电阻通过绝缘导线和开关 K 连接到两金属板上连接到两金属板上忽略边缘效应忽略边缘效应，求求：(1)该发电装置产生的电动势；该发电装置产生的电动

43、势；(2)通过电阻通过电阻 R 的电流；的电流；(3)电阻电阻 R 消耗的电功率消耗的电功率探究点三探究点三涉及电磁感应的力电综合题涉及电磁感应的力电综合题以电磁感应现象为核心以电磁感应现象为核心，综合应用牛顿运动定律综合应用牛顿运动定律、动能定理动能定理、能能量守恒定律及电路等知识形成的力电综合问题量守恒定律及电路等知识形成的力电综合问题， 经常以导体棒切割磁经常以导体棒切割磁感线运动或穿过线圈的磁通量发生变化等物理情景为载体命题感线运动或穿过线圈的磁通量发生变化等物理情景为载体命题(1)受力与运动分析受力与运动分析导体棒运动切割磁感线产生感应电动势导体棒运动切割磁感线产生感应电动势， 而感

44、应电流在磁场中受安培而感应电流在磁场中受安培19力的作用力的作用， 安培力将阻碍导体棒的运动安培力将阻碍导体棒的运动 导体棒运动过程受到的安培导体棒运动过程受到的安培力一般是变力力一般是变力， 引起导体棒切割磁感线运动的加速度发生变化引起导体棒切割磁感线运动的加速度发生变化 当加当加速度变为零时速度变为零时，运动达到稳定状态运动达到稳定状态，最终导体棒做匀速直线运动最终导体棒做匀速直线运动，利利用平衡条件可求导体棒稳定状态的速度用平衡条件可求导体棒稳定状态的速度(2)解题思路解题思路利用法拉第电磁感应定律和楞次定律或右手定则确定感应电动势利用法拉第电磁感应定律和楞次定律或右手定则确定感应电动势

45、的大小和方向；的大小和方向；应用闭合电路欧姆定律求电路中的感应电流的大小；应用闭合电路欧姆定律求电路中的感应电流的大小；分析所研究的导体的受力情况，关注安培力的方向；分析所研究的导体的受力情况，关注安培力的方向；应用运动学规律应用运动学规律、牛顿第二定律牛顿第二定律、动能定理动能定理、平衡条件等列方程求平衡条件等列方程求解解例例 32011四川卷四川卷 如图如图 4127 所示所示，间距间距 l0.3 m 的平的平行金属导轨行金属导轨 a1b1c1 和和 a2b2c2 分别固定在两个竖直面内在水平分别固定在两个竖直面内在水平面面a1b1b2a2 区域内和倾角区域内和倾角37的斜的斜面面 c1b

46、1b2c2 区域内分别有磁感区域内分别有磁感应强度应强度 B10.4 T、方向竖直向上和、方向竖直向上和 B21 T、方向垂直于斜面向上、方向垂直于斜面向上的匀强磁场的匀强磁场电阻电阻 R0.3 、质量质量 m10.1 kg、长为长为 l 的相同导体的相同导体杆杆 K、S、Q 分别放置在导轨上，分别放置在导轨上，S 杆的两端固定在杆的两端固定在 b1、b2 点，点，K、Q 杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好一端系于杆可沿导轨无摩擦滑动且始终接触良好一端系于 K 杆中点的轻杆中点的轻绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂绳平行于导轨绕过轻质定滑轮自然下垂，绳上穿有质量绳上穿有质量 m20.05 kg

47、的小环的小环已知小环以已知小环以 a6 m/s2 的加速度沿绳下滑，的加速度沿绳下滑，K 杆保持静止，杆保持静止，Q杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力杆在垂直于杆且沿斜面向下的拉力 F 作用下匀速运动不计导轨电作用下匀速运动不计导轨电20阻和滑轮摩擦阻和滑轮摩擦，绳不可伸长绳不可伸长取取 g10 m/s2，sin370.6，cos370.8.求：求：(1)小环所受摩擦力的大小；小环所受摩擦力的大小；(2)Q 杆所受拉力的瞬时功率杆所受拉力的瞬时功率21变式变式：2011浙江卷浙江卷 如图如图 4128 甲所示甲所示，在水平面上固定在水平面上固定有长为有长为 L2 m、宽为、宽为 d1 m 的金属的

48、金属“U”形导轨，在形导轨，在“U”形导轨右形导轨右侧侧l0.5 m 范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场， 且磁感应强度随时间且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示在变化规律如图乙所示在 t0 时刻，质量为时刻，质量为 m0.1 kg 的导体棒的导体棒以以v01 m/s 的初速度从导轨的左端开始向右运动，导体棒与导轨之间的初速度从导轨的左端开始向右运动，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为的动摩擦因数为0.1，导轨与导体棒单位长度的电阻均为，导轨与导体棒单位长度的电阻均为0.1/m，不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响，不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的

49、影响(取取 g10 m/s2)(1)通过计算分析通过计算分析 4 s 内导体棒的运动情况；内导体棒的运动情况；(2)计算计算 4 s 内回路中电流的大小，并判断电流方向；内回路中电流的大小，并判断电流方向；(3)计算计算 4 s 内回路产生的焦耳热内回路产生的焦耳热22练习： 本题为涉及电磁感应的力电综合选择题本题为涉及电磁感应的力电综合选择题， 具有较强综合性具有较强综合性 合合理选取研究状态和过程应用能量守恒定律是解题的关键理选取研究状态和过程应用能量守恒定律是解题的关键1、如图所示如图所示，相距为相距为 d 的两水平虚线的两水平虚线 p1、p2 表示方向垂直纸面表示方向垂直纸面向里的匀强

50、磁场的上下边界，磁场的磁感应强度为向里的匀强磁场的上下边界，磁场的磁感应强度为 B.正方形线正方形线框框abcd 的边长为的边长为 L(Ld)、质量为质量为 m、电阻为电阻为 R，线框处在磁场正上方线框处在磁场正上方，ab 边与虚线边与虚线 p1 相距相距 h.线框由静止释放线框由静止释放， 下落过程中线框平面始终在下落过程中线框平面始终在竖直平面内竖直平面内， 线框的线框的 ab 刚进入磁场时的速度和刚进入磁场时的速度和 ab 边边刚离开磁场时边边刚离开磁场时的速度相同的速度相同 在线框从进入到全部穿过磁场的过程中在线框从进入到全部穿过磁场的过程中， 下列说法正确下列说法正确的是的是()A线

51、框克服安培力所做的功为线框克服安培力所做的功为 2mgdB线框克服安培力所做的功为线框克服安培力所做的功为 mgLC线框的最小速度为线框的最小速度为mgRB2L2D线框的最小速度为线框的最小速度为 2g hLd 23专题十一专题十一直流和交流电路直流和交流电路例例 1A【解析解析】变阻器变阻器 R0的滑动端向下滑动时的滑动端向下滑动时，接入电路中接入电路中的电阻变小的电阻变小，电路中总电阻变小电路中总电阻变小，由由 IERr可得可得，电路中总电流变电路中总电流变大大，内阻上分到的电压变大内阻上分到的电压变大，路瑞电压变小路瑞电压变小，电压表的示数变小电压表的示数变小总总电流变大，电阻电流变大，

52、电阻 R1分到的电压变大，由于分到的电压变大，由于 U端端UR1UR2，路端电，路端电压变小，压变小，R1分到的电压变大，所以分到的电压变大，所以 R2分到的电压变小，电流表的示分到的电压变小，电流表的示数变小综上所述，数变小综上所述，A 项正确，项正确，B、C、D 项错误项错误【点评】【点评】 本题的分析思路是：变阻器接入电路的电阻变小，导致电本题的分析思路是：变阻器接入电路的电阻变小，导致电路总电阻变小路总电阻变小， 再由闭合电路欧姆定律确定干路电流变大再由闭合电路欧姆定律确定干路电流变大， 最后再根最后再根据各部分的串并联情况据各部分的串并联情况， 利用串并联电路特点和部分电路欧姆定律分

53、利用串并联电路特点和部分电路欧姆定律分别确定各量的变化情况别确定各量的变化情况 本题是滑动变阻器滑片移动引起的电路动态本题是滑动变阻器滑片移动引起的电路动态变化，下面的变式题则是因开关断开引起的电路变化变化，下面的变式题则是因开关断开引起的电路变化例例 1 变式题变式题B【解析】【解析】 当当 S 断开时，电路的总电阻断开时，电路的总电阻 R总总变变大，总电流大，总电流 IER总总变小，内电压变小，内电压 U内内Ir 变小，路端电压变小，路端电压 UEIr变大，电压表测量路端电压，读数变大；变大，电压表测量路端电压，读数变大；R1两端电压两端电压 U1IR1变小变小，R3两端电压两端电压 U3

54、UU1变大变大，通过通过 R3的电流的电流 I3U3R3变大变大，电流表读电流表读数变大，数变大，B 选项正确选项正确例例 2B【解析】【解析】 由图乙可知，正弦交流电电压的最大值由图乙可知，正弦交流电电压的最大值为为311 V，周期，周期 T0.02 s，所以该交流电的有效值为，所以该交流电的有效值为 U有有Em23112V220 V，频率频率 f1T50 Hz，C、D 错误错误；由图乙由图乙，t0.005 s 时电时电动势最大，磁通量的变化率最大，动势最大，磁通量的变化率最大，A 错误；错误；t0.01 s 时电动势为时电动势为 0，磁通量变化率为磁通量变化率为 0，但磁通量最大，线框处于

55、中性面位置，但磁通量最大，线框处于中性面位置，B 正确正确24【点评】【点评】 本题考查了正弦交变电流的产生原理、电动势的峰值和有本题考查了正弦交变电流的产生原理、电动势的峰值和有效值的关系等交变电流的基础知识效值的关系等交变电流的基础知识 下面的变式题则考查理想变压器下面的变式题则考查理想变压器的工作原理的工作原理例例 2 变式题变式题C【解析】【解析】 电压表的示数为路端电压有效值，电压表的示数为路端电压有效值，所以为所以为 6 V9.01.09.05.4 V，A 错；在错；在 t0.01 s 时，感应电动势时，感应电动势为为0，即磁通量的变化率为，即磁通量的变化率为 0，而磁通量此时最大

56、，而磁通量此时最大，B 错；由图知，周错；由图知，周期期 T0.02 s，即线圈转速为，即线圈转速为 50 r/s，若线圈转速改为，若线圈转速改为 25 r/s，即为原，即为原来的一半来的一半，则最大值则最大值 EmNBS2NBSn 为原来的一半为原来的一半，有效值也有效值也为原来的一半，即为为原来的一半，即为 3 V，C 对；当对；当 n50 r/s 时，通过电灯的电流时，通过电灯的电流为为 IERr0.6A， 当当 n25 r/s 时时， 电流为原来的一半电流为原来的一半，即为即为 0.3A，D 错错例例 3AD【解析】【解析】 周期周期 T0.02 s，频率，频率 f1T50 Hz，A

57、正正确；原线圈输入电压的有效值为确；原线圈输入电压的有效值为 U13112V220 V，由，由U1n1U2n2得，得，副线圈输出电压的有效值为副线圈输出电压的有效值为 U222010V22 V，B 错误；根据错误；根据 I1U1I2U2知知I1I2U2U1n2n1，P 向右移动时，原、副线圈的电流比不变，向右移动时，原、副线圈的电流比不变，C错误；变压器的输出功率错误；变压器的输出功率 P2U22R，P 向右移动时，副线圈输出电向右移动时，副线圈输出电压压U2不变，电阻不变，电阻 R 变小，变压器的输出功率变小，变压器的输出功率 P2增加，增加，D 正确正确例例 3 变式题变式题B【解析解析】

58、 用用 500 kV 电压输电时电压输电时，输电线上的输电线上的电流为电流为 IPU31095105A6000A， A 错错； 输电线上由电阻造成的损失输电线上由电阻造成的损失电压为电压为UIR60002.5 V15 kV，B 对；若改用对；若改用 5 kV 电压输电电压输电25时时，电能在输电线上损耗更大电能在输电线上损耗更大，但最多只能是但最多只能是 3106kW，不可能超不可能超过这个值，过这个值，C 错；若用错；若用PU2r计算输电线上损失的功率，则计算输电线上损失的功率，则 U 为输为输电线上损失的电压，而电线上损失的电压，而 r 为输电线的电阻，为输电线的电阻，D 错错例例 4BD

59、【解析解析】 当用户消耗的电功率变大时当用户消耗的电功率变大时，理想升压变理想升压变压器压器 T1输入功率输入功率 P1变大，由变大，由U1U2n1n2得得 U2n2U1n1，所以，所以 U2不变，输不变，输电电流电电流 IP1U2变大变大，而而 U3U2IR 减小减小，由由U3U4n3n4得得 U4n4U3n3减小减小，选选项项 A 错误错误、 B正确正确； 由于两个变压器均为理想变压器由于两个变压器均为理想变压器， 则则有有 P1 P2，P3 P4，即功率均增大，选项，即功率均增大，选项 C 错误、错误、D 正确正确【点评】【点评】 对于远距离输电问题，应明确远距离输电流程及各级对于远距离

60、输电问题，应明确远距离输电流程及各级变压器输入输出参量关系如何变化以及变化的量之间存在哪些定量变压器输入输出参量关系如何变化以及变化的量之间存在哪些定量关系和决定关系关系和决定关系： 电压制约关系电压制约关系输出电输出电压压U2由输入电由输入电压压U1决定决定；电流制约关系电流制约关系原线圈中的输入电流原线圈中的输入电流 I1由副线圈中的输出电流由副线圈中的输出电流 I2决定；负载制约关系决定；负载制约关系变压器副线圈中的功率变压器副线圈中的功率 P2由用户负载情况由用户负载情况决定，变压器副线圈中的电流决定，变压器副线圈中的电流 I2由用户负载及电压由用户负载及电压 U2决定决定例例 4 变