电磁感应中的电路问题教学案全面版

电磁感应中的电路问题【2011考纲解读】从2011高考考纲来看，电磁感应中的电路问题依然为高考命题的热点之一。通过历年高考试题的分析，不难发现：平衡问题大多以力学背景呈现，涉及力学、热学、电学等部分知识。电磁感应中的电路问题是综合性较强的高考热点之一，该内容一般综合法拉第电磁感应定律、楞次定律、直流电路知识、磁场知识等多个知识点，还可以结合图象进行考查，解答过程中对考生的综合应用能力要求较高。【高考预测】电磁感应的电路分析主要考查产生感应电动势那部分导体的处理，一般可视为等效电源。再结合闭合电路欧姆定律以及直流电路的分析方法，求解电路中消耗的功率、电量等物理量。根据闭合电路欧姆定律对电路进行分析，正确画出E—t、I—t图象则是高考中对电磁感应电路分析的另一种重要方式。处理该类问题时，要注意电源电动势与外电压的区别，正确分析内电路与外电路。一般可以通过定性分析与定量计算，得出正确的E—t、I—t图象，确定图象过程中，还应注意电势的高低关系及电流的方向，即正负值的区别。【专题解读】1．电磁感应现象分析（1）题型特点：由于闭合回路中某段导体做切割磁感线运动或穿过某闭合回路的磁通量发生变化，在该回路中就要产生感应电流．可以判断感应电流的方向、大小等问题．（2）分析基本方法：①当部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，产生感应电动势和感应电流用右手定则判定：判定原则：a．感应电流方向的判定：四指所指的方向为感应电流的方向；b．对于感应电动势的方向判断，无论电路是否闭合，都可以用右手定则进行判断：四指指向电动势的正极．②当闭合电路中的磁通量发生变化时，引起感应电流时，用楞次定律判断．（3）感应电动势的大小：①法拉第电磁感应定律：tnE，适用于所有感应电动势的求解；②BlvE，适用于导体棒平动切割磁感线；③中BlvE，适用于导体棒旋转切割磁感线。2．电磁感应中电路的分析（1）题型特点：闭合电路中磁通量发生变化或有部分导体在做切割磁感线运动，在回路中将产生感应电动势，回路中将有感应电流．从而涉及到电流、电压、电功等计算．同时也可包含电磁感应与力学问题、电磁感应与能量的综合分析．（2）解题基本思路：①产生感应电动势的导体相当于一个电源，感应电动势等效于电源电动势，产生感应电动势的导体的电阻等效于电源的内阻．②电源内部电流的方向是从负极流向正极，即从低电势流向高电势．③产生感应电动势的导体跟用电器连接，可以对用电器供电，由闭合电路欧姆定律求解各种问题．④解决电磁感应中的电路问题，必须按题意画出等效电路，其余问题为电路分析和闭合电路欧姆定律的应用．（3）常见的分析误区①不能正确分析感应电动势及感应电流的方向．因产生感应电动势那部分电路为电源部分，故该部分电路中的电流应为电源内部的电流，而外电路中的电流方向仍是从高电势到低电势．②应用欧姆定律分析求解电路时，不注意等效电源的内阻对电路的影响．③对联接在电路中电表的读数不能正确进行分析，特别是并联在等效电源两端的电压表，其示数应该是外电压，而不是等效电源的电动势．1.（2010·广东物理卷·T19）图7是某种正弦式交变电压的波形图，由图可确定该电压的A．周期是0.01sB．最大值是311VC．有效值是220VD．表达式为U=220sin100πt（V）【命题立意】本题主要考查交流电的规律及其图像，交流电的最大值、有效值、瞬时值。【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：交流电压的图像横轴、纵轴的意义及函数表达式正弦交流电有效值与最大值的关系【规范解答】选BC。由图知：最大值Um=311V，有效值VUUm2202，周期T=0.02s，表达式)(100sin311Vtu，BC选项正确。2.（2010·福建理综·T13）中国已投产运行的1000kV特高压输电是目前世界上电压最高的输电工程。假设甲、乙两地原采用500kV的超高压输电，输电线上损耗的电功率为P。在保持输送电功率和输电线电阻都不变的条件下，现改用1000kV特高压输电，若不考虑其他因素的影响，则输电线上损耗的电功率将变为A.P/4B.P/2C.2PD.4P【命题立意】本题以特高压输电这一工业生产技术为背景,体现节能减排的环保意识，高考复习应关注联系生产生活实际的物理问题，主要考查远程高压输电工程的知识，具有实际意义。【思路点拨】由保持输送电功率和输电线电阻都不变，据P=UI得输电线电流I，再据P线=I2R线【规范解答】选A。由P=UI可知由500kV的超高压输电变为1000kV特高压输电时，输电线电流为原来的1/2，再据P线=I2R线可得输电线上损耗的电功率将变为P/4，故选A。3.（2010·江苏物理卷·T7）在如图所示的远距离输电电路图中，升压变压器和降压变压器均为理想变压器，发电厂的输出电压和输电线的电阻均不变，随着发电厂输出功率的增大，下列说法中正确的有A．升压变压器的输出电压增大B．降压变压器的输出电压增大C．输电线上损耗的功率增大D．输电线上损耗的功率占总功率的比例增大【命题立意】本题通过远距离输电为背景，考查电能的输送，通常考查电压的变化引起其它变化，功率的变化引起其它变化等相关知识，有新意。本题难度中等。【思路点拨】注意本题升压变压器的输入电压不变，然后分析输入功率变化引起输电线路上电流、电压的变化，利用变压比确定变压器输出电压变化。【规范解答】选CD。由题意可知升压变压器的输入电压不变，则输出电压不变，A错误；在电能输出过程中有：UPI，线线IRU,线－UUU23，因P变大，I变大，所以U线变大，所以降压变压器初级电压U3变小，则降压变压器的输出电压变小，B错误；由线线R)UP(2P，因P变大，所以P线变大，C正确；根据UPRPR)UP(PP2线线损，因P变大，所以比值变大，D正确。4.（2010·山东理综·T19）一理想变压器原、副线圈的匝数比为10：1，原线圈输入电压的变化规律如图甲所示，副线圈所接电路如图乙所示，P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50HzB．副线圈输出电压的有效值为31VC．P向右移动时，原、副线圈的电流比减小D．P向右移动时，变压器的输出功率增加【命题立意】本题以理想变压器为背景,结合交变电流图象、闭合电路问题，主要考查交变电流的最大值与有效值、理想变压器的规律、闭合电路的欧姆定律、电路的动态分析等知识点。【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：【规范解答】选AD.由图象可知原线圈输入电压的最大值：VUm311，sT2102，则原线圈输入电压的有效值：VUUm22021，HzsTf50102112，选项A正确。图像信息电路分析用理想变压器的规律解题由2121nnUU可得：VUnnU221122,B错误。P向右移动时，副线圈的电阻减小，副线圈输出电压不变，所以副线圈的电流增大，原线圈的电流也增大，而匝数比不变，所以原、副线圈的电流比不变，C错误。P向右移动时，副线圈的电阻减小，副线圈输出电压不变，所以变压器的输出功率增加，D正确。【类题拓展】变压器的两个基本关系理想变压器的两个基本公式是：⑴1222UnUn，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比。⑵12PP，即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。只有当变压器只有一个副线圈工作时，才有12212211,nnIIIUIU。5.（2010·天津理综·T7）为探究理想变压器原、副线圈电压、电流的关系，将原线圈接到电压有效值不变的正弦交流电源上，副线圈连接相同的灯泡L1、L2，电路中分别接了理想交流电压表V1、V2和理想交流电流表A1，A2，导线电阻不计，如图所示。当开关S闭合后A.A1示数变大，A1与A2示数的比值不变B.A1示数变大，A1与A2示数的比值变大C.V2示数变小，V1与V2示数的比值变大D.V2示数不变，V1与V2示数的比值不变【命题立意】本题主要考查理想变压器的有关知识，特别是关于变压器的动态分析问题，主要考查了学生的综合分析问题。【思路点拨】解答本题时注意了解电路的结构，并正确使用原，副线圈的功率，电压，电流的决定关系。【规范解答】选AD.电源电压有效值不变，所以V1示数不变，原副线圈的电压之比等于匝数之比，匝数之比不变，故V2示数不变，V1与V2示数的比值也不变，所以C错误，D正确；当开关S闭合后，副线圈电路中的电阻减小，因为电压不变，所以副线圈电路中的电流增大；A2的示数增大；原副线圈的电流之比等于匝数反比，匝数之比不变，A1与A2示数的比值不变，所以A正确，B错误。6.（2010·浙江理综·T17）某水电站，用总电阻为2.5的输电线输电给500km外的用户，其输出电功率是3106KW。现用500kV电压输电，则下列说法正确的是A.输电线上输送的电流大小为2105AB.输电线上由电阻造成的损失电压为15kVC.若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率为9108KWD.输电线上损失的功率为P＝U2/r，U为输电电压，r为输电线的电阻【命题立意】本题以实际高压输电问题为载体,体现理论联系实际的思想，主要考查在高压输电中的电能和电压的损失。【思路点拨】实际高压输电中电能和电压主要损失在线路电阻中。【规范解答】选B，输出电功率P=3106KW，电压输电U=500kV，则输电线上输送的电流大小AUPI3106，所以A错；输电线上由电阻造成的损失电压KVIrU15损，所以B正确；输电线上损失的功率rUPIUP22损，所以D错误；若改用5kV电压输电，则输电线上损失的功率KWKWP462103103)5000500(，所以C错误。7.（2010·全国Ⅱ理综·T19）图中为一理想变压器，其原线圈与一电压有效值不变的交流电源相连：P为滑动头。现令P从均匀密绕的副线圈最底端开始，沿副线圈匀速上滑，直至白炽灯泡L两端的电压等于其额定电压为止。用1I表示流过原线圈的电流，2I表示流过灯泡的电流，2U表示灯泡两端的电压，2N表示灯泡消耗的电功率（这里的电流、电压均指有效值：电功率指平均值）。下列4个图中，能够正确反映相应物理量的变化趋势的是【命题立意】本题涉及到理想变压器、欧姆定律、白炽灯的伏安特性曲线等知识，考查了考生理论联系实际的能力，是高考的热点。【思路点拨】解答本题时,可参照以下解题步骤:【规范解答】选B、C，根据2121nnUU可得：2112nnUU，P从副线圈最底端开始匀速上滑，说明副线圈砸数2n在均匀增大，即ktn2（k为单位时间内增加的砸数），则ktnUU112，而1U、1n为定值，故C正确；在副线圈电路中，根据欧姆定律有：RUI22，则ktRnUI112，可知流过灯泡的电流2I增大，白炽灯通过电流越大，温度越高，则电阻越大，故B正确；根据2112nnII，可得2121InnI，而1n不变、2I增大、2n增大，则1I增大，故A错误；灯泡消耗的电功率RntUkRUN212212222，可知D错误。1.（2010·四川理综·T19）图甲所示电路中，123AAA、、为相同的电流表，C为电容器，电阻123RRR、、的阻值相同，线圈L的电阻不计。在某段时间内理想变压器原线圈内磁场的变化如图乙所示，则在12~tt时间内关键点(1)根据题意结合理想变压器的知识推导出一些物理量的表达式.(2)注意白炽灯的电阻随温度的增大而增大.A．电流表1A的示数比2A的小B．电流表2A的示数比A3的小C．电流表1A和2A的示数相同D．电流表的示数都不为零【命题立意】结合法拉第电磁感应定律考查电感、电容对直流、交变电流的作用【思路点拨】解答本题时可按以下思路分析：【规范解答】选C，由于B-t图像的斜率不变，根据法拉第电磁感应定律副线圈中产生的感应电流恒定不变，为稳恒电流，电感线圈对稳恒电流没有阻碍作用，所以A1和A2的示数相同，电容器对稳恒电流相当于断路，所以A3的示数为0，正确答案C。2.（2010.重庆理综T17）一输入电压为220v，输出电压为36V的变压器副线圈烧坏，为