2020届二轮复习专题四　电路　电磁感应规律及其应用课件（30张）（江苏专用）

2020届二轮复习专题四　电路　电磁感应规律及其应用课件（30张）（江苏专用）

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 R 1 =5 Ω、 R 2 =10 Ω、 R 3 =2.5 Ω,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 R 2 和 R 3 消耗的功率相等, 则   (　 AC 　) A.变压器原、副线圈的匝数比为2∶1 B.流过变压器原线圈的电流有效值为1 A C.流过电阻 R 1 的电流有效值为   A D.电阻 R 1 消耗的功率为5 W 甲 乙 答案     AC　设 R 2 、 R 3 两端电压分别为 U 2 、 U 3 ,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 I 3 =   A,由   =   得 I 原 =   A,故B错误。 U 3 = I 3 R 3 =     V,则 U 2 =5   V,流过 R 2 的电流有效值为 I 2 =   =   A,流过 R 1 的电流有效值为 I 1 = I 2 + I 原 =   A,故C正确。 R 1 消耗的动率 P 1 =   R 1 =10 W,故D错误。 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20 V时,输出电压   (　 D 　) A.降低2 V　　B.增加2 V C.降低200 V　　D.增加200 V 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Δ U 2 =   Δ U 1 ,得Δ U 2 =200 V,故选项D正确。 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 t 0 时间停在磁铁右侧 O 1 点, O 、 O 1 两点间距离 为 x 0 ,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 OO 1 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 O 1 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。 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 =0.5 T的匀强磁场。边长 L =0.1 m、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 m 0 =1 kg。 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 =10 Ω。托盘下方和磁极之间固定一劲 度系数为 k =10 N/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 =0.02 C,不计摩擦和空气阻力, g 取 10 m/s 2 。   (1)当托盘向下运动的速度为 v =0.1 m/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Δ E p =0.2 J,求回路产生的焦耳热 Q 。 答案 　(1) 0.1 A　沿顺时针方向　(2)2 kg　(3)0.4 J 解析 　(1)根据题意有 E = BLv E =2 nBLv =1 V I =   =0.1 A 方向在题图乙中沿顺时针方向 (2)根据题意有 q = It (或 q =   ) q =     =   x =0.02 m kx = mg 解得 m =2 kg (3)根据题意有 Δ E 重 =( m + m 0 ) gx 根据能量守恒定律有 ( m + m 0 ) gx =Δ E p + Q 解得 Q =0.4 J 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 E a 和 E b ,不考虑两环间 的相互影响。下列说法正确的是   (　 A 　) A. E a ∶ E b =4∶1,感应电流均沿逆时针方向 B. E a ∶ E b =4∶1,感应电流均沿顺时针方向 C. E a ∶ E b =2∶1,感应电流均沿逆时针方向 D. E a ∶ E b =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。 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。 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)   解析 　(1)匀加速直线运动 v 2 =2 as 解得 v =   (2)安培力 F 安 = IdB 金属棒所受合力 F = mg sin θ - F 安 由牛顿第二定律得 F = ma 解得 I =   (3)运动时间 t =   电荷量 Q = It 解得 Q =   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 v 0 向右运动,当其 通过位置 a 、 b 时,速率分别为 v a 、 v b ,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 =   Δ t ,得 q =   ,故C正确。