江苏省2020版高考物理二轮复习 专题四 电路 电磁感应规律及其应用课件

专题四电路电磁感应规律及其应用一、交变电流、变压器综合问题1.交变电流的“四值”物理量物理含义适用情况及说明瞬时值交变电流某一时刻的值计算线圈某时刻的受力情况峰值最大的瞬时值讨论电容器的击穿电压有效值跟交变电流的热效应等效的恒定电流值(1)计算与电流热效应有关的量(如功、功率、热量等)(2)电气设备“铭牌”上所标的一般是有效值(3)保险丝的熔断电流为有效值平均值交变电流图像中图线与时间轴所围的面积与时间的比值计算一段时间内通过导体横截面的电荷量2.理想变压器原理及其动态分析(1)根据题意分清变量和不变量,以及变压器电路的原、副线圈的功率、电流、电压的关系。(2)弄清“谁决定谁”的制约关系。对电压而言,输入决定输出;对电流、电功(率)而言,输出决定输入。例1(多选)(2019江苏泰州中学、宜兴中学等校三模联考)在如图甲所示的电路中,变压器为理想变压器,定值电阻R1=5Ω、R2=10Ω、R3=2.5Ω,流过副线圈的电流随时间的变化关系如图乙所示,已知电阻R2和R3消耗的功率相等,则 (AC)A.变压器原、副线圈的匝数比为2∶1B.流过变压器原线圈的电流有效值为1AC.流过电阻R1的电流有效值为 AD.电阻R1消耗的功率为5W2甲乙答案AC设R2、R3两端电压分别为U2、U3,由 = 得 = ,而 = ,故A正确。由题乙图可知,流过副线圈的电流有效值为I3= A,由 = 得I原= A,故B错误。U3=I3R3=  V,则U2=5 V,流过R2的电流有效值为I2= = A,流过R1的电流有效值为I1=I2+I原= A,故C正确。R1消耗的动率P1= R1=10W,故D错误。222UR233UR23UU2112nn23UU23II原21nn22522222UR22221I变式(2019江苏单科,1,3分)某理想变压器原、副线圈的匝数之比为1∶10,当输入电压增加20V时,输出电压 (D)A.降低2VB.增加2VC.降低200VD.增加200V答案D依据理想变压器原、副线圈的电压比与匝数比关系公式可知, = ,则ΔU2= ΔU1,得ΔU2=200V,故选项D正确。12ΔΔUU12nn21nn二、电磁感应与图像的综合1.图像问题的求解类型类型据电磁感应过程选图像据图像分析判断电磁感应过程   2.解题关键弄清初始条件、正负方向的对应变化范围、所研究物理量的函数表达式、进出磁场的转折点等是解决此类问题的关键。3.解决图像问题的一般步骤(1)明确图像的种类,即看图像是B-t图还是Φ-t图,或者E-t图、I-t图等。(2)分析电磁感应的具体过程。(3)用右手定则、楞次定律等确定方向的对应关系。(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出函数关系式。(5)根据函数关系式,进行分析,如分析斜率的变化、截距等。(6)画图像或判断图像。4.电磁感应中图像类选择题的两个常用方法排除法定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化),特别是分析物理量的正负,以排除错误的选项函数法根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系式,然后由函数关系式对图像进行分析和判断例2(2019江苏南通、泰州、扬州等七市二模联考)如图所示,光滑水平杆上套一导体圆环,条形磁铁平行于水平杆固定放置,t=0时刻,导体环在磁铁左侧O点获得一个向右的初速度,经过t0时间停在磁铁右侧O1点,O、O1两点间距离为x0,且两点关于磁铁左右对称。上述过程中,下列描述穿过导体环的磁通量Φ、导体环所受安培力F随位移x变化的关系图线,以及速度v、电流i随时间t变化的关系图线可能正确的是 ()  答案D整个过程穿过导体环的磁通量方向不变,故A错误;根据楞次定律可知,导体环受到的安培力一直与速度方向相反,不存在力反向的情况,故B错误;导体环经过磁铁中点时,穿过导体环的磁通量变化率为0,导体环不受安培力F,没有加速度,在v-t图像中该点图线斜率应为0,故C错误;开始导体环靠近磁极,磁通量增加,磁通量变化率可能会变大,故电流增大,之后磁通量变化率会变小,故电流会减小;过了OO1中点磁通量减小,因此产生反向电流,磁通量变化率可能会继续变大,故电流反向增大,靠近O1时随着速度减小磁通量变化率逐渐减至0,电流也逐渐减小到0,故D正确。变式(2018江苏南通如皋质量调研)将一段导线绕成如图甲所示的闭合回路,并固定在水平面(纸面)内。回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中。回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ,以向里为磁场Ⅱ的正方向,其磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示。用F表示ab边受到的安培力,以水平向右为F的正方向,能正确反映F随时间t变化的图像是 ()  答案B在0~ 时间内,磁感应强度均匀变化,由法拉第电磁感应定律可知,圆形线圈中产生恒定的感应电动势,则感应电流恒定不变,ab边在磁场中所受的安培力也恒定不变,故C、D错误。在0~ 时间内,由楞次定律及安培定则可知,圆形线圈中产生的感应电流方向为顺时针方向,通过ab的电流方向从b→a,由左手定则判断可知,ab所受的安培力方向水平向左,为负值;同理可知,在 ~T时间内,安培力大小恒定不变,方向水平向右,故A错误,B正确。2T2T2T三、电磁感应中感生类问题综合解答电磁感应中电路问题的步骤 例3(2018江苏苏、锡、常、镇四市调研)一种测量物体质量的装置,其结构如图甲、乙所示,磁极间存在着磁感应强度大小为B=0.5T的匀强磁场。边长L=0.1m、匝数n=100匝的正方形线圈abcd套于中心磁极并固定在托盘骨架上,总质量m0=1kg。线圈左右两边处于磁场中,与一数字式电量表(图上未画出)连接成一个回路,回路总电阻为R=10Ω。托盘下方和磁极之间固定一劲度系数为k=10N/cm的轻弹簧。在某次测量中,一物体从轻放到托盘上到最终静止的过程中流过电量表的电量为q=0.02C,不计摩擦和空气阻力,g取10m/s2。 (1)当托盘向下运动的速度为v=0.1m/s时,求此时线圈中感应电流的大小和方向。(2)求该物体的质量。(3)测量中弹簧增加的弹性势能为ΔEp=0.2J,求回路产生的焦耳热Q。答案(1)0.1A沿顺时针方向(2)2kg(3)0.4J解析(1)根据题意有E=BLvE=2nBLv=1VI= =0.1A方向在题图乙中沿顺时针方向(2)根据题意有q=It(或q= )q=  = ERΔnΦR2ΔnBLvtR2nBLxRx=0.02mkx=mg解得m=2kg(3)根据题意有ΔE重=(m+m0)gx根据能量守恒定律有(m+m0)gx=ΔEp+Q解得Q=0.4J变式(2019江苏通州、海门、启东联考)如图所示,磁场中有两个正方形导体环a、b,磁场方向与导体环所在平面垂直。磁感应强度B随时间均匀增大,两正方形边长之比为2∶1,环中产生的感应电动势分别Ea和Eb,不考虑两环间的相互影响。下列说法正确的是 (A)A.Ea∶Eb=4∶1,感应电流均沿逆时针方向B.Ea∶Eb=4∶1,感应电流均沿顺时针方向C.Ea∶Eb=2∶1,感应电流均沿逆时针方向D.Ea∶Eb=2∶1,感应电流均沿顺时针方向答案A根据法拉第电磁感应定律E=n =n S,题中 相同,两正方形边长之比为2∶1,则面积之比为4∶1,所以 = ,故C、D错误。由于磁场向里,磁感应强度B随时间均匀增大,根据楞次定律及安培定则可知,感应电流均沿逆时针方向,故A正确,B错误。ΔΔΦtΔΔBtΔΔBtabEE41四、电磁感应中动生类问题综合1.解决电磁感应中的动力学问题的一般思路是“先电后力”,具体思路如下: 2.计算电荷量时,可以根据q=n ,也可以利用q=It,还可以利用微元法等。ΔΦR总3.能量转化及热量求法(1)能量转化(2)求解热量Q的三种方法例4(2018江苏单科,13,15分)如图所示,两条平行的光滑金属导轨所在平面与水平面的夹角为θ,间距为d。导轨处于匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向与导轨平面垂直。质量为m的金属棒被固定在导轨上,距底端的距离为s,导轨与外接电源相连,使金属棒通有电流。金属棒被松开后,以加速度a沿导轨匀加速下滑,金属棒中的电流始终保持恒定,重力加速度为g。求下滑到底端的过程中,金属棒(1)末速度的大小v;(2)通过的电流大小I;(3)通过的电荷量Q。答案(1) (2) (3) 2as(sin-)mgθadB2(sin-)asmgθadBa解析(1)匀加速直线运动v2=2as解得v= (2)安培力F安=IdB金属棒所受合力F=mgsinθ-F安由牛顿第二定律得F=ma解得I= (3)运动时间t= 2as(sin-)mgθadBva电荷量Q=It解得Q= 2(sin-)asmgθadBa变式(2018江苏南京摸底)如图所示,水平光滑的平行金属导轨左端接有电阻R,磁感应强度为B的匀强磁场竖直向下,分布在导轨所在的空间内,质量一定的金属棒PQ垂直导轨放置。现使金属棒以一定的初速度v0向右运动,当其通过位置a、b时,速率分别为va、vb,到位置c时金属棒刚好静止,设导轨与金属棒的电阻均不计,a到b与b到c的间距相等,则金属棒在由a到b和由b到c的两个过程中 (C) A.回路中产生的内能相等B.金属棒运动的加速度相等C.通过金属棒横截面的电荷量相等D.安培力做功相等答案C金属棒由a到b再到c的过程中,速度逐渐减小,根据E=Blv,知E减小,故I减小,再根据F=BIl知安培力减小,根据F=ma知加速度减小,由于ab、bc长度相等,则从a到b安培力做的功大于从b到c安培力做的功,故A、B、D错误。再根据平均感应电动势 = = , = ,q= Δt,得q= ,故C正确。EΔΔΦtΔΔBStIERIΔBSR