【物理】2019届一轮复习人教版电磁感应电路和交变电流学案

【物理】2019届一轮复习人教版电磁感应电路和交变电流学案

高频考点22　欧姆定律(Ⅱ)‎ ‎(1)部分电路欧姆定律 I＝，适用于金属导电体、电解液导体，不适用于空气导体和某些半导体器件．变形后，R＝是电阻R的计算式．‎ ‎(2)电阻定律 R＝ρ，该式是电阻的决定式，式中的ρ是电阻率，金属的电阻率随温度的升高而变大，半导体的电阻率随温度的升高而变小．‎ ‎(3)导体的伏安特性曲线 常画成I－U或U－I图象，对于线性元件，伏安特性曲线是直线，如图1甲所示，对于非线性元件，伏安特性曲线是弯曲的，是非线性的，如图乙所示．‎ 高频考点23　闭合电路的欧姆定律(Ⅱ)‎ ‎(1)电动势：描述电源把其他形式的能量转化为电能本领大小的物理量．电动势的大小等于电源的开路电压，在闭合电路中电动势等于内、外电路的电压之和，即E＝U内＋U外．‎ ‎(2)闭合电路欧姆定律 ‎①内容：I＝，或E＝U′＋U、E＝U＋Ir.‎ ‎②说明：外电路断路时，R→∞，有I＝0，U＝E.‎ 外电路短路时，R＝0，有I＝，U＝0.‎ ‎(3)闭合电路的U－I图象 :学_ _ _X_X_ ]‎ 在U－I坐标系中，路端电压随电流变化的图线是直线，如图2‎ 所示．图线纵截距表示电源电动势；横截距表示短路电流；斜率的绝对值表示电源内阻，且斜率越大内阻越大，斜率越小内阻越小．‎ 图2‎ 高频考点24　法拉第电磁感应定律(Ⅱ)‎ ‎(1)法拉第电磁感应定律的内容 在电磁感应现象中产生的感应电动势大小，跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比．公式E＝n.‎ ‎(2)两种形式：①回路与磁场垂直的面积S不变，磁感应强度发生变化，则ΔΦ＝ΔB·S.此时对应感生电动势E＝n·S，此式中的叫磁感应强度的变化率，等于B－t图象切线的斜率．若是恒定的，即磁场是均匀变化的，那么产生的感生电动势就是恒定的．‎ ‎②磁感应强度B不变，回路与磁场垂直的面积发生变化，则ΔΦ＝B·ΔS.此时对应动生电动势E＝nB，ΔS的变化是由部分导体切割磁感线所致．比如线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动产生交变电动势就属于这种情况．‎ ‎(3)一段导体切割磁感线产生的感应电动势为E＝BLvsin θ.‎ 高频考点25　楞次定律(Ⅱ)‎ ‎(1)内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．还可表述为阻碍导体间的相对运动或阻碍原电流的变化(自感)．‎ ‎(2)对楞次定律的理解 ‎“阻碍”不是阻止，总是“阻碍”，不是有时阻碍，有时不阻碍．感应电流的磁场不会阻止原磁场的变化，只能使原磁场的变化被延缓，如果原磁场不变化，即使原磁场再强，‎ 也不会产生感应电流．楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的体现．‎ ‎(3)楞次定律中“阻碍”的主要表现形式 ‎①阻碍原磁通量的变化——“增反减同”；②阻碍相对运动——“来拒去留”；③使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”；④阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”．‎ 高频考点26　交变电流、交变电流的图象(Ⅰ)　正弦式交变电流的函数表达式、峰值和有效值(Ⅰ)‎ ‎(1)交变电流：大小和方向都随时间做周期性变化的电流．方向做周期性变化是交变电流的重要特征．‎ ‎(2)交变电流的图象描述了电流或电压随时间的变化规律，正弦式交变电流的图象是一条正弦或余弦曲线．‎ ‎(3)交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的，正弦式交变电流的有效值与最大值的关系为：E＝，U＝，I＝.在计算电功、电功率、电热时用交变电流的有效值．‎ ‎(4)正弦式交变电流的表达式i＝Imsin ωt＝sin ωt.‎ 其中最大值Im＝，有效值I＝＝.‎ 高频考点27　理想变压器(Ⅱ)　远距离输电(Ⅰ)‎ ‎(1)理想变压器的规律：＝，＝，P1＝P2.功率不变，频率不变，磁通量的变化率不变．‎ ‎(2)理想变压器原、副线圈的制约关系：U1决定U2，I2决定I1，P2决定P1.‎ ‎(3)输电线上损耗的功率P损＝I2r＝()2r.由此可以看出当输送电功率一定时，输电电压U提高到原来的n倍，输电线上损耗的功率减小为原来的.‎ 例1　在如图3所示的电路中，E为电源电动势，r为电源内阻，R1和R3均为定值电阻，R2为滑动变阻器．当R2的滑动触点在a端时合上开关S，此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U.现将R2的滑动触点向b端移动，则三个电表示数的变化情况是(　　)‎ 图3‎ A．I1增大，I2不变，U增大 B．I1减小，I2增大，U减小 C．I1增大，I2减小，U增大 D．I1减小，I2不变，U减小 ‎【答案】B ‎【说明】本题主要考查考生对串并联电路的特点，以及部分电路、闭合电路欧姆定律的理解和应用，难度适中．‎ 例2　一理想变压器的原、副线圈的匝数比为3∶1，在原、副线圈的回路中分别接有阻值相同的电阻，原线圈一侧接在电压为220 V的正弦交流电源上，如图4所示．设副线圈回路中电阻两端的电压为U，原、副线圈回路中电阻消耗的功率的比值为 ，则(　　)‎ 图4‎ A．U＝66 V， ＝ B．U＝22 V， ＝ C．U＝66 V， ＝ D．U＝22 V， ＝ ‎【答案】A[ : | |X|X| ]‎ ‎【说明】本题主要考查变压器的工作原理，特别是电压关系、功率关系，要求学生能分析推理找出原线圈的电压和原线圈回路中的电阻的分压的数值关系，难度适中． 学 ‎ 例3　如图5所示，在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框；在导线框右侧有一宽度为d(d>L)的条形匀强磁场区域，磁场方向垂直桌面向下．导线框获得一向右的初速度进入并穿过磁场区域．以线框右边刚进入磁场时刻为t＝0，则下列速度图象中，可能正确描述线框穿越磁场过程的是(　　) ‎ 图5‎ ‎【答案】D ‎【解析】线框以一定初速度进入磁场，则感应电动势为：E＝BLv 根据闭合电路欧姆定律，则感应电流为：I＝＝ 学 . ‎ 安培力为：F＝BIL＝BL＝ 由牛顿第二定律有：F＝ma 则有：a＝v 由于v 减小，所以a也减小，当线框完全进入磁场后，不受到安培力，所以做匀速直线运动，当出磁场时，速度与时间的关系与进入磁场相似．而速度与时间的斜率表示加速度的大小，因此D正确，A、B、C错误．‎ ‎【说明】本题结合电磁感应定律、安培力、牛顿第二定律和v－t图象等内容，要求学生对导线框在非匀速运动阶段的图线进行缜密的分析，并能利用图线表达结果，难度适中．‎ 例4 如图所示，E为内阻不能忽略的电池，R1、R2、R3为定值电阻，S0、S为开关，V与A分别为电压表与电流表．初始时S0与S均闭合，现将S断开，则(　　)‎ A. V的读数变大，A的读数变小 ‎ B. V的读数变大，A的读数变大 C. V的读数变小，A的读数变小 ‎ D. V的读数变小，A的读数变大 ‎【答案】B 例5 （多选）如图所示，在平面上有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线，以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系．‎ 四个相同的闭合圆形线圈在四个象限中完全对称放置，两条导线中电流大小与变化情况相同，电流方向如图所示，当两条导线中的电流都开始增大时，四个线圈a、b、c、d中感应电流的情况是(　　)‎ A．线圈a中无感应电流 B．线圈b中无感应电流 C．线圈c中有顺时针方向的感应电流 D．线圈d中有逆时针方向的感应电流 ‎【答案】BC ‎【解析】由安培定则判断磁场方向如图所示．故线圈a、c中有电流．再根据楞次定律可知线圈a中的电流为逆时针，c中的电流为顺时针，A错，C对．而线圈b、d中合磁通量为零，无感应电流，B对，D错．‎ 例6 歼20战斗机为中国人民解放军研制的第四代战机．如图所示，机身长为l，机翼两端点C、D的距离为d，现该战斗机在我国近海海域上空以速度v沿水平方向飞行，已知战斗机所在空间地磁场磁感应强度的竖直分量大小为B，C、D两点间的电势差的绝对值为U.则(　　)‎ A．U＝Blv，C点电势高于D点电势 B．U＝Blv，D点电势高于C点电势 C．U＝Bdv，C点电势高于D点电势 D．U＝Bdv，D点电势高于C点电势 ‎【答案】D 例7 （多选）如图所示，一导线弯成直径为d的半圆形闭合回路．虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直．从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列说法中正确的是(　　)‎ A. 感应电流方向为逆时针方向 B. CD段直导线始终不受安培力 C. 感应电动势的最大值E＝Bdv D. 感应电动势的平均值E＝πBdv ‎【答案】AD ‎【解析】在闭合回路进入磁场的过程中，通过闭合回路的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向，选项A正确；根据左手定则可以判断，CD段直导线所受安培力向下，选项B错误；当半圆闭合回路进入磁场一半时，等效长度最大为，这时感应电动势为E＝Bdv，选项C错误；由法拉第电磁感应定律可得感应电动势平均值E＝＝＝πBdv，选项D正确．‎ 例8 在匀强磁场中，一矩形金属线圈绕与磁感线垂直的转轴匀速转动，如图甲所示，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则(　　)‎ A．t＝0.005 s时线圈平面与磁场方向平行 B．t＝0.01 s时线圈的磁通量变化率最大 C．线圈产生的交变电动势的频率为100 H D．线圈产生的交变电动势的有效值为311 V ‎【答案】A 例9 （多选）如图所示，有一矩形线圈，面积为S，匝数为N，内阻为r，绕垂直磁感线的对称轴OO′以角度速ω匀速转动，从图示位置转90°的过程中，下列说法正确的是(　　)‎ A．通过电阻R的电荷量q＝ ‎ B．通过电阻R的电荷量q＝ C．外力做功平均功率P＝ D．从图示位置开始计时，则感应电动势随时间变化的规律为e＝NBSωsin ωt ‎【答案】BC ‎【解析】从图示位置转90°的过程中，磁通量变化量ΔΦ＝BS，通过电阻R的电荷量q＝IΔt＝·Δt＝N＝，选项A错误，B正确；矩形线圈绕垂直磁感线的对称轴OO′以角速度ω匀速转动，产生的感应电动势最大值Em＝NBSω，感应电流有效值为I＝，外力做功平均功率P＝EmI＝I2(R＋r)＝，选项C正确；从图示位置开始计时，感应电动势随时间变化的规律为e＝NBSωsinωt＋＝NBSωcos ωt，选项D错误．‎ 例10 如图所示，理想变压器原、副线圈匝数比为10∶1，输入电压u＝311sin 100πt(V)，灯泡L1和L2都正常发光，两电表可视为理想交流电表．则(　　)‎ A．该交流电的频率为100 H ‎ B．电压表的示数为31.1 V C．若将变阻器的滑片P向上滑动，则电流表的示数将变大 D．若将变阻器的滑片P向上滑动，则灯泡L1将变暗、灯泡L2将变亮 ‎【答案】C 例11 （多选）如图甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为4∶1，b是原线圈的中心抽头，图中电表均为理想的交流电表，定值电阻R＝10 Ω，其余电阻均不计，从某时刻开始在原线圈c、d两端加上如图乙所示的交变电压，则下列说法正确的是(　　)‎ ‎　　甲　　　　 　乙 A．当单刀双掷开关与a连接时，电压表的示数为55 V B．当单刀双掷开关与a连接且t＝0.01 s时，电流表示数为零 C．当单刀双掷开关由a拨向b时，原线圈的输入功率增大 D．当单刀双掷开关由a拨向b时，副线圈输出电压的频率为25 H ‎ ‎【答案】AC 例12 (多选)图示为某小型水电站的电能输送示意图．已知输电线的总电阻R＝10 Ω，降压变压器T2的原、副线圈匝数之比为4∶1，电阻R0＝11 Ω.若T1、T2均为理想变压器，T2‎ 的副线圈两端电压表达式为u＝220 sin 100πt (V)，下列说法正确的是(　　)‎ A．发电机中的电流变化频率为100 H ‎ B．通过R0的电流有效值为20 A C．升压变压器T1的输入功率为4650 W D．若R0的电阻减小，发电机的输出功率也减小 ‎【答案】BC ‎【解析】 变压器不能改变交变电流的频率，交变电流的频率f＝＝50 H ，选项A错误；降压变压器副线圈两端交变电压有效值为220 V，负载电阻为11 Ω，所以通过R0电流的有效值是I4＝20 A，选项B正确；根据电流与匝数成反比可知，输电线上的电流为I3＝5 A，所以输电线上消耗的功率为IR＝250 W，用电器消耗的功率为IR0＝4400 W，所以升压变压器的输入功率为4650 W，选项C正确；当用电器的电阻R0减小时，通过用电器的电流增大，通过输电线的电流增大，用电器的功率增大，输电线损耗的功率增大，则发电机的输出功率也增大，所以D错误．学 ‎ ‎1. 某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律．当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流计的感应电流方向是(　　)‎ A．a→G→b B．先a→G→b，后b→G→a C．b→G→a D．先b→G→a，后a→G→b ‎【答案】D ‎ ‎【解析】①确定原磁场的方向：条形磁铁在穿入线圈的过程中，磁场方向向下．②明确回路中磁通量 ‎2. (多选)如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，MN的左边有一闭合电路，当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动．则PQ所做的运动可能是(　　) ‎ A．向右加速运动 B．向左加速运动 C．向右减速运动 D．向左减速运动 ‎【答案】BC ‎ ‎【解析】MN向右运动，说明它受到向右的安培力，因为ab在MN处产生的磁场垂直纸面向里，所以 ‎3. 如图所示，一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方，直导线与圆环在同一竖直面内，当通电直导线中电流增大时，弹性圆环的面积S和橡皮绳的长度l将(　　)‎ A．S增大，l变长 B．S减小，l变短 C．S增大，l变短 D．S减小，l变长 ‎【答案】D　‎ ‎【解析】当通电直导线中电流增大时，穿过金属圆环的磁通量增大，金属圆环中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流产生的效果要阻碍磁通量的增大，一是用缩小面积的方式进行阻碍，二是用远离直导线的方式进行阻碍．选项D正确．‎ ‎4. （多选）如图，电路中定值电阻阻值R大于电源内阻阻值r.将滑动变阻器滑片向下滑动，理想电压表V1、V2、V3示数变化量的绝对值分别为ΔU1、ΔU2、ΔU3，理想电流表A示数变化量的绝对值为ΔI，则(　　)‎ A. A的示数增大 B. V2的示数增大 C. ΔU3与ΔI的比值大于r D. ΔU1大于ΔU2‎ ‎【答案】ACD　‎ ‎【解析】定值电阻与滑动变阻器串联．A测量电流，V1测量R两端的电压，V2测量路端电压，V3测量滑动变阻器两端的电压．滑动变阻器的滑片向下滑动时，接入电路的电阻减小，A的示数增大，选项A正确；由E＝U2＋Ir可知，V2示数减小，选项B错误；ΔU1＝ΔI·R，ΔU2＝ΔI·r，R＞r，则ΔU1>ΔU2，选项D正确；而＝R＋r>r，选项C正确．‎ ‎5. 如图所示，A和B为竖直放置的平行金属板，在两极板间用绝缘线悬挂一带电小球．开始时开关S闭合且滑动变阻器的滑动头P在a处，此时绝缘线向右偏离竖直方向．(电源的内阻不能忽略)下列判断正确的是(　　)‎ A. 小球带负电 B. 当滑动头从a向b滑动时，绝缘线的偏角θ变大 C. 当滑动头从a向b滑动时，电流表中有电流流过，方向从上向下 D. 当滑动头停在b处时，电源的输出功率一定大于滑动头在a处时电源的输出功率 ‎【答案】C　‎ ‎【解析】根据电路可知A板电势高于B板电势，A、B间电场强度方向水平向右．小球受电场力也水平 ‎6. 法拉第发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机．如图所示，紫铜做的圆盘水平放置在竖直向下的匀强磁场中，圆盘圆心处固定一个摇柄，边缘和圆心处各与一个黄铜电刷紧贴，用导线将电刷与电流表连接起来形成回路．转动摇柄，使圆盘逆时针匀速转动，电流表的指针发生偏转．下列说法正确的是(　　)‎ A．回路中电流大小变化，方向不变 B．回路中电流大小不变，方向变化 C．回路中电流大小和方向都周期性变化 D．回路中电流方向不变，从b导线流进电流表 ‎【答案】D ‎ ‎7. 如图所示，虚线区域内有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁场宽度为L，磁感应强度大小为B.总电阻为R的直角三角形导线框，两条直角边边长分别为2L和L，在该线框以垂直于磁场边界的速度v匀速穿过磁场的过程中，下列说法正确的是(　　)‎ A．线框中的感应电流方向始终不变 B．线框中的感应电流一直在增大 C．线框所受安培力方向始终相同 D．当通过线框的磁通量最大时，线框中的感应电动势为零 ‎【答案】C [ :学 XX ]‎ ‎【解析】该线框以垂直于磁场边界的速度v匀速穿过磁场的过程中，穿过线框的磁通量先增大后减小，根据楞次定律、安培定则可以判断线框中的感应电流先沿逆时针方向后沿顺时针方向，且始终不为零，由左手定则可以判断线框在该磁场中一直受到水平向左的安培力作用，选项A、D错误，C正确；该线框以垂直于磁场边界的速度v匀速穿过磁场的过程中，导线框切割磁感线的有效长度先增大、后不变、再增大，由E＝Blv及闭合电路的欧姆定律可得线框中的感应电流先增大、后不变、再增大，选项B错误．‎ ‎8. (多选)如图所示是一个小型电风扇电路简图，其中理想变压器的原、副线圈的匝数比为n，原线圈接电压为U的交流电源，输出端接有一只电阻为R的灯泡L和风扇电动机D，电动机线圈电阻为r.接通电源后，电风扇正常运转，测出通过风扇电动机的电流为I，则下列说法正确的是(　　)‎ A．风扇电动机D两端的电压为Ir B．理想变压器的输入功率为 C．风扇电动机D输出的机械功率为－I2r D．若电风扇由于机械故障被卡住，则通过原线圈的电流为 ‎ ‎【答案】CD ‎ ‎9. （多选）图甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器．升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为100 Ω.‎ 降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R1为一定值电阻，R2为用半导体热敏材料制成的传感器，当温度升高时其阻值变小．电压表V显示加在报警器上的电压(报警器未画出)．未出现火警时，升压变压器的输入功率为750 W.下列说法中正确的有(　　)‎ 甲 乙 A．降压变压器副线圈输出的交流电频率为50 H ‎ B．远距离输电线路损耗功率为180 W C．当传感器R2所在处出现火警时，电压表V的示数变大 D．当传感器R2所在处出现火警时，输电线上的电流变大 ‎【答案】AD ‎ ‎【解析】由图乙知交流电的周期T＝0.02 s，所以频率为50 H ，选项A正确；由图乙知升压变压器输 ‎10. 如图所示电路中，变压器为理想变压器，a、b接在电压有效值不变的交流电源两端，R0为定值电阻，R为滑动变阻器．现将变阻器的滑片从一个位置滑动到另一位置，观察到电流表A1的示数增大了0.2 A，电流表A2的示数增大了0.8 A，则下列说法正确的是(　　)‎ A. 电压表V1示数增大 B. 电压表V2、V3示数均增大 C. 该变压器起升压作用 D. 变阻器滑片是沿c→d的方向滑动 ‎【答案】D　‎ ‎【解析】由图可知，电压表V1与V2分别测量原、副线圈电压，由理想变压器工作原理可知，原线圈电压由电源决定，副线圈电压与负载工作状态无关，故电压表V1与V2示数均不变，A、B错误；由能量守恒定律知，负载变化时，原、副线圈功率增量应相同，即ΔI1U1＝ΔI2U2，又ΔI1<ΔI2 ，故U1>U2 ，即该变压器起降压作用，C错误；由电流增大知，负载R的阻值应减小，D正确．‎ ‎11. 如图所示为远距离输电示意图，两变压器均为理想变压器，升压变压器T的原、副线圈匝数分别为n1、n2，在T的原线圈两端接入一电压u＝Umsin ωt的交流电源，若输送电功率为P，输电线的总电阻为2r，不考虑其他因素的影响，则输电线上损失的电功率为(　　)‎ A. B. [ :学 XX ]‎ C. 4r D. 4r ‎【答案】C　‎ ‎12. 小明设计的电磁健身器的简化装置如图所示，两根平行金属导轨相距l＝0.50 m，倾角θ＝53°，导轨上端串接一个R＝0.05 Ω的电阻.在导轨间长d＝0.56 m的区域内，存在方向垂直导轨平面向下的匀强磁场，磁感应强度B＝2.0 T.质量m＝4.0 g的金属棒CD水平置于导轨上，用绝缘绳索通过定滑轮与拉杆GH相连.CD棒的初始位置与磁场区域的下边界相距s＝0.24 m.一位健身者用恒力F＝80 N拉动GH杆，CD棒由静止开始运动，上升过程中CD棒始终保持与导轨垂直.当CD棒到达磁场上边界时健身者松手，触发恢复装置使CD棒回到初始位置(重力加速度g＝10 m/s2，sin 53°＝0.8‎ ‎，不计其他电阻、摩擦力以及拉杆和绳索的质量).求：‎ ‎(1)CD棒进入磁场时速度v的大小；‎ ‎(2)CD棒进入磁场时所受的安培力FA的大小；‎ ‎(3)在拉升CD棒的过程中，健身者所做的功W和电阻产生的焦耳热Q.‎ ‎【答案】(1)2.4 m/s　(2)48 N　(3)64 J　26.88 J 学 ‎ ‎【解析】(1)由牛顿第二定律得a＝＝12 m/s2‎ 进入磁场时的速度v＝＝2.4 m/s ‎(2)感应电动势E＝Blv ‎