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） 30页

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。