電磁感應(yīng)與電路的分析

1、知識(shí)改變命運(yùn)，學(xué)習(xí)成就未來(lái)歡迎各位老師踴躍投稿，稿酬豐厚 郵箱：第40頁(yè) 共40頁(yè)電磁感應(yīng)與電路的分析知識(shí)網(wǎng)絡(luò)考點(diǎn)預(yù)測(cè)本專題包含以“電路”為核心的三大主要內(nèi)容：一是以閉合電路歐姆定律為核心的直流電路的相關(guān)知識(shí)，在高考中有時(shí)以選擇題的形式出現(xiàn)，如2009年全國(guó)理綜卷第17題、天津理綜卷第3題、江蘇物理卷第5題，2007年上海物理卷第3(A)題、寧夏理綜卷第19題、重慶理綜卷第15題等；二是以交變電流的產(chǎn)生特點(diǎn)以及以變壓器為核心的交變電流的知識(shí)，在高考中常以選擇題的形式出現(xiàn)，如2009年四川理綜卷第17題、廣東物理卷第9題，2008年北京理綜卷第18題、四川理綜卷第16題、寧夏理綜卷第19題等；三

2、是以楞次定律及法拉第電磁感應(yīng)定律為核心的電磁感應(yīng)的相關(guān)知識(shí)，本部分知識(shí)是高考中的重要考點(diǎn)，既有可能以選擇題的形式出現(xiàn)，如2009年重慶理綜卷第20題、天津理綜卷第4題，2008年全國(guó)理綜卷第20題、全國(guó)理綜卷第21題、江蘇物理卷第8題等，也有可能以計(jì)算題的形式出現(xiàn)，如2009年全國(guó)理綜卷第24題、四川理綜卷第24題、北京理綜卷第23題，2008年全國(guó)理綜卷第24題、北京理綜卷第22題、江蘇物理卷第15題等在2010年高考中依然會(huì)出現(xiàn)上述相關(guān)知識(shí)的各種題型，特別是電磁感應(yīng)與動(dòng)力學(xué)、功能問(wèn)題的綜合應(yīng)成為復(fù)習(xí)的重點(diǎn)要點(diǎn)歸納一、電路分析與計(jì)算1部分電路總電阻的變化規(guī)律(1)無(wú)論是串聯(lián)電路還是并聯(lián)電路，

3、其總電阻都會(huì)隨其中任一電阻的增大(減小)而增大(減小)(2)分壓電路的電阻如圖51所示，在由R1和R2組成的分壓電路中，當(dāng)R1串聯(lián)部分的阻值RAP增大時(shí)，總電阻RAB增大；當(dāng)RAP減小時(shí)，總電阻RAB減小圖51(3)雙臂環(huán)路的阻值如圖52 所示，在由R1、R2和R組成的雙臂環(huán)路中，當(dāng)AR1P 支路的阻值和AR2P支路的阻值相等時(shí)，RAB最大；當(dāng)P滑到某端，使兩支路的阻值相差最大時(shí)，RAB最小圖522復(fù)雜電路的簡(jiǎn)化對(duì)復(fù)雜電路進(jìn)行簡(jiǎn)化，畫(huà)出其等效電路圖是正確識(shí)別電路、分析電路的重要手段常用的方法主要有以下兩種(1)分流法(電流追蹤法)：根據(jù)假設(shè)的電流方向，分析電路的分支、匯合情況，從而確定元件是串

4、聯(lián)還是并聯(lián)(2)等勢(shì)法：從電源的正極出發(fā)，凡是用一根無(wú)電阻的導(dǎo)線把兩點(diǎn)(或幾點(diǎn))連接在一起的，這兩點(diǎn)(或幾點(diǎn))的電勢(shì)就相等，在畫(huà)等效電路圖時(shí)可以將這些點(diǎn)畫(huà)成一點(diǎn)(或畫(huà)在一起)等電勢(shì)的另一種情況是，電路中的某一段電路雖然有電阻(且非無(wú)限大)，但無(wú)電流通過(guò)，則與該段電路相連接的各點(diǎn)的電勢(shì)也相等若電路中有且只有一處接地線，則它只影響電路中各點(diǎn)的電勢(shì)值，不影響電路的結(jié)構(gòu)；若電路中有兩處或兩處以上接地線，則它除了影響電路中各點(diǎn)的電勢(shì)外，還會(huì)改變電路的結(jié)構(gòu)，各接地點(diǎn)可認(rèn)為是接在同一點(diǎn)上另外，在一般情況下，接電流表處可視為短路，接電壓表、電容器處可視為斷路3歐姆定律(1)部分電路歐姆定律：公式Ieq f(U

5、,R)注意：電路的電阻R并不由U、I決定(2)閉合電路歐姆定律：公式Ieq f(E,Rr)或EUIr，其中UIR為路端電壓路端電壓U和外電阻R、干路電流I之間的關(guān)系：R增大，U增大，當(dāng)R時(shí)(斷路)，I0，UE；R減小，U減小，當(dāng)R0時(shí)(短路)，IImaxeq f(E,r)，U0(3)在閉合電路中，任一電阻Ri的阻值增大(電路中其余電阻不變)，必將引起通過(guò)該電阻的電流Ii的減小以及該電阻兩端的電壓Ui的增大，反之亦然；任一電阻Ri的阻值增大，必將引起與之并聯(lián)的支路中電流I并的增大，與之串聯(lián)的各電阻兩端電壓U串的減小，反之亦然4幾類常見(jiàn)的功率問(wèn)題(1)與電源有關(guān)的功率和電源的效率電源的功率P：電源

6、將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的功率，也稱為電源的總功率計(jì)算式為PEI(普遍適用)或Peq f(E2,Rr)I2(Rr)(只適用于外電路為純電阻的電路)電源內(nèi)阻消耗的功率P內(nèi)：電源內(nèi)阻的熱功率，也稱為電源的損耗功率計(jì)算式為P內(nèi)I2r電源的輸出功率P出：是指外電路上消耗的功率計(jì)算式為P出U外I(普遍適用)或P出I2Req f(E2R,(Rr)2)(只適用于外電路為純電阻的電路)電源的輸出功率曲線如圖53所示當(dāng)R0時(shí)，輸出功率P0；當(dāng)R時(shí)，輸出功率P0；當(dāng)Rr時(shí)， Pmaxeq f(E2,4r)；當(dāng)Rr 時(shí)，R增大，輸出功率增大；當(dāng)Rr時(shí)，R增大，輸出功率反而減小圖53對(duì)于E、r一定的電源，外電阻R一定

7、時(shí)，輸出功率只有唯一的值；輸出功率P一定時(shí)，一般情況下外電阻有兩個(gè)值R1、R2與之對(duì)應(yīng)，即R1r、R2r，可以推導(dǎo)出R1、R2的關(guān)系為eq r(R1R2)r功率分配關(guān)系：PP出P內(nèi)，即EIUII2r閉合電路中的功率分配關(guān)系反映了閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化和守恒關(guān)系，即電源提供的電能一部分消耗在內(nèi)阻上，另一部分輸出給外電路，并在外電路上轉(zhuǎn)化為其他形式的能能量守恒的表達(dá)式為EItUItI2rt(普遍適用)或EItI2RtI2rt(只適用于外電路為純電阻的電路)電源的效率：eq f(UI,EI)100%eq f(U,E)100%對(duì)純電阻電路有：eq f(I2R,I2(Rr)100%eq f(R,Rr)10

8、0%eq f(1,1f(r,R)100%因此當(dāng)R增大時(shí)，效率提高(2)用電器的額定功率和實(shí)際功率用電器在額定電壓下消耗的電功率叫額定功率，即P額U額I額用電器在實(shí)際電壓下消耗的電功率叫實(shí)際功率，即P實(shí)U實(shí)I實(shí)實(shí)際功率不一定等于額定功率(3)用電器的功率與電流的發(fā)熱功率用電器的電功率PUI，電流的發(fā)熱功率P熱I2R對(duì)于純電阻電路，兩者相等；對(duì)于非純電阻電路，電功率大于熱功率(4)輸電線路上的損耗功率和輸電功率輸電功率P輸U(kuò)輸I，損耗功率P線I2R線UI5交變電流的四值、變壓器的工作原理及遠(yuǎn)距離輸電(1)交變電流的四值交變電流的四值即最大值、有效值、平均值和瞬時(shí)值交變電流在一個(gè)周期內(nèi)能達(dá)到的最大數(shù)

9、值稱為最大值或峰值，在研究電容器是否被擊穿時(shí)，要用到最大值；有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)定義的，在計(jì)算電路中的能量轉(zhuǎn)換如電熱、電功、電功率或確定交流電壓表、交流電流表的讀數(shù)和保險(xiǎn)絲的熔斷電流時(shí)，要用有效值；在計(jì)算電荷量時(shí)，要用平均值；交變電流在某一時(shí)刻的數(shù)值稱為瞬時(shí)值，不同時(shí)刻，瞬時(shí)值的大小和方向一般不同，計(jì)算電路中與某一時(shí)刻有關(guān)的問(wèn)題時(shí)要用交變電流的瞬時(shí)值(2)變壓器電路的分析與計(jì)算正確理解理想變壓器原、副線圈的等效電路，尤其是副線圈的電路，它是解決變壓器電路的關(guān)鍵正確理解電壓變比、電流變比公式，尤其是電流變比公式電流變比對(duì)于多個(gè)副線圈不能使用，這時(shí)求電流關(guān)系只能根據(jù)能量守恒來(lái)求，即P輸入P輸

10、出正確理解變壓器中的因果關(guān)系：理想變壓器的輸入電壓決定了輸出電壓；輸出功率決定了輸入功率，即只有有功率輸出，才會(huì)有功率輸入；輸出電流決定了輸入電流理想變壓器只能改變交流的電流和電壓，卻無(wú)法改變其功率和頻率解決遠(yuǎn)距離輸電問(wèn)題時(shí)，要注意所用公式中各量的物理意義，畫(huà)好輸電線路的示意圖，找出相應(yīng)的物理量二、電磁感應(yīng)的規(guī)律1感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件及方向的判斷(1)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件(兩種說(shuō)法)閉合回路中的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)穿過(guò)閉合回路的磁通量發(fā)生變化(2)感應(yīng)電流方向的判斷右手定則：當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，用右手定則判斷導(dǎo)體中電流的方向比較方便注意右手定則與左手定則的區(qū)別，抓住“因果關(guān)系”：“因動(dòng)

11、而電”，用右手定則；“因電而動(dòng)”，用左手定則還可以用“左因右果”或“左力右電”來(lái)記憶，即電流是原因、受力運(yùn)動(dòng)是結(jié)果的用左手定則；反之，運(yùn)動(dòng)是原因、產(chǎn)生電流是結(jié)果的用右手定則楞次定律(兩種表述方式)表述一：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化表述二：感應(yīng)電流的作用效果總是要反抗引起感應(yīng)電流的原因楞次定律是判斷感應(yīng)電流方向的一般規(guī)律當(dāng)磁通量的變化引起感應(yīng)電流時(shí)，可用“楞次定律表述一”來(lái)判斷其方向應(yīng)用楞次定律的關(guān)鍵是正確區(qū)分涉及的兩個(gè)磁場(chǎng)：一是引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)；二是感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)理解兩個(gè)磁場(chǎng)的阻礙關(guān)系“阻礙”的是原磁場(chǎng)磁通量的變化從能量轉(zhuǎn)化的角度看，發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的過(guò)程就是其他

12、形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程，而這一過(guò)程總要伴隨外力克服安培力做功“阻礙”的含義可推廣為三種表達(dá)方式：阻礙原磁通量的變化(增反減同)；阻礙導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(來(lái)拒去留)；阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象)2正確理解法拉第電磁感應(yīng)定律(1)法拉第電磁感應(yīng)定律電路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小跟穿過(guò)這一回路的磁通量的變化率成正比，即Eneq f(,t)此公式計(jì)算的是t時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)當(dāng)導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算式為：EBLvsin ，式中的為B與v正方向的夾角若v是瞬時(shí)速度，則算出的是瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；若v為平均速度，則算出的是平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(2)磁通量、磁通量的變化量、磁通量的變化率的區(qū)別磁通量磁通量

13、的變化量磁通量的變化率物理意義某時(shí)刻穿過(guò)某個(gè)面的磁感線的條數(shù)某段時(shí)間內(nèi)穿過(guò)某個(gè)面的磁通量變化穿過(guò)某個(gè)面的磁通量變化的快慢大小BSn，其中Sn是與B垂直的面的面積21BSSBeq f(,t)Beq f(S,t)或eq f(,t)Seq f(B,t)注意若穿過(guò)某個(gè)面有方向相反的磁場(chǎng)，則不能直接用BS求解，應(yīng)考慮相反方向的磁通量抵消后所剩余的磁通量開(kāi)始時(shí)和轉(zhuǎn)過(guò)180時(shí)平面都與磁場(chǎng)垂直，穿過(guò)平面的磁通量是一正一負(fù)，2BS，而不是零既不表示磁通量的大小，也不表示變化的多少實(shí)際上，它就是單匝線圈上產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)，即Eeq f(,t)附注對(duì)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中繞處于線圈平面內(nèi)且垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的線圈：線圈平

14、面與磁感線平行時(shí)，0，但eq f(,t)最大線圈平面與磁感線垂直時(shí)，最大，但eq f(,t)0大或大，都不能保證eq f(,t)就大；反過(guò)來(lái)，eq f(,t)大時(shí)，和也不一定大這類似于運(yùn)動(dòng)學(xué)中的v、v及eq f(v,t)三者之間的關(guān)系(3)另外兩種常見(jiàn)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)長(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)體棒沿垂直于磁場(chǎng)的方向放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，且以勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：當(dāng)以中點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸時(shí)，E0(以中點(diǎn)平分的兩段導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和為零)；當(dāng)以端點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸時(shí)，Eeq f(1,2)BL2(平均速度取中點(diǎn)位置的線速度，即eq f(1,2)L)；當(dāng)以任意點(diǎn)為轉(zhuǎn)軸時(shí)，Eeq f(1,2)B(L12L22

15、)(不同的兩段導(dǎo)體產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和)面積為S的矩形線圈在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中以角速度繞線圈平面內(nèi)的垂直于磁場(chǎng)方向的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，矩形線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：線圈平面與磁感線平行時(shí)，EBS；線圈平面與磁感線垂直時(shí)，E0；線圈平面與磁感線的夾角為時(shí)，EBScos (3)理解法拉第電磁感應(yīng)定律的本質(zhì)法拉第電磁感應(yīng)定律是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁學(xué)中的一個(gè)具體應(yīng)用，它遵循能量守恒定律閉合電路中電能的產(chǎn)生必須以消耗一定量的其他形式的能量為代價(jià)，譬如：線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，實(shí)質(zhì)上是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程；變壓器是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)了電能的轉(zhuǎn)移運(yùn)用能量的觀點(diǎn)來(lái)解題是解決物理問(wèn)題的重要

16、方法，也是解決電磁感應(yīng)問(wèn)題的有效途徑三、電磁感應(yīng)與電路的綜合應(yīng)用電磁感應(yīng)中由于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，因此導(dǎo)體相當(dāng)于電源整個(gè)回路便形成了閉合電路，由電學(xué)知識(shí)可求出各部分的電學(xué)量，而導(dǎo)體因有電流而受到安培力的作用，從而可以與運(yùn)動(dòng)學(xué)、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、動(dòng)量定理、能量守恒等知識(shí)相聯(lián)系電磁感應(yīng)與電路的綜合應(yīng)用是高考中非常重要的考點(diǎn)熱點(diǎn)、重點(diǎn)、難點(diǎn)一、電路問(wèn)題1電路的動(dòng)態(tài)分析這類問(wèn)題是根據(jù)歐姆定律及串聯(lián)和并聯(lián)電路的性質(zhì)，分析電路中因某一電阻變化而引起的整個(gè)電路中各部分電學(xué)量的變化情況，它涉及歐姆定律、串聯(lián)和并聯(lián)電路的特點(diǎn)等重要的電學(xué)知識(shí)，還可考查學(xué)生是否掌握科學(xué)分析問(wèn)題的方法動(dòng)態(tài)電路局部的變化可以引

17、起整體的變化，而整體的變化決定了局部的變化，因此它是高考的重點(diǎn)與熱點(diǎn)之一常用的解決方法如下(1)程序法：基本思路是“部分整體部分”先從電路中阻值變化的部分入手，由串聯(lián)和并聯(lián)規(guī)律判斷出R總的變化情況；再由歐姆定律判斷I總和U端的變化情況；最后再由部分電路歐姆定律判定各部分電學(xué)量的變化情況即：R局eq blcrc (avs4alco1(增大,減小)R總eq blcrc (avs4alco1(增大,減小)I總eq blcrc (avs4alco1(減小,增大)U端eq blcrc (avs4alco1(增大,減小)eq blcrc (avs4alco1(I分,U分)(2)直觀法：直接應(yīng)用部分電路中R

18、、I、U的關(guān)系中的兩個(gè)結(jié)論任一電阻R的阻值增大，必引起該電阻中電流I的減小和該電阻兩端電壓U的增大，即：Req blcrc (avs4alco1(I,U)任一電阻R的阻值增大，必將引起與之并聯(lián)的支路中電流I并的增大和與之串聯(lián)的各電阻兩端的電壓U串的減小，即：Req blcrc (avs4alco1(I并,U串)(3)極端法：對(duì)于因滑動(dòng)變阻器的滑片移動(dòng)引起電路變化的問(wèn)題，可將變阻器的滑片分別滑至兩邊頂端討論(4)特殊值法：對(duì)于某些雙臂環(huán)路問(wèn)題，可以代入特殊值去判定，從而找出結(jié)論例1在如圖54所示的電路中，當(dāng)變阻器R3的滑片P向b端移動(dòng)時(shí)()圖54A電壓表的示數(shù)增大，電流表的示數(shù)減小B電壓表的示數(shù)

19、減小，電流表的示數(shù)增大C電壓表和電流表的示數(shù)都增大D電壓表和電流表的示數(shù)都減小【解析】方法一(程序法)當(dāng)滑片P向b端移動(dòng)時(shí)，R3接入電路的阻值減小，總電阻R將減小，干路電流增大，路端電壓減小，電壓表的示數(shù)減小，R1和內(nèi)阻兩端的電壓增大，R2、R3并聯(lián)部分兩端的電壓減小，通過(guò)R2的電流減小，但干路電流增大，因此通過(guò)R3的電流增大，電流表的示數(shù)增大，故選項(xiàng)B正確方法二(極端法)當(dāng)滑片P移到b端時(shí)R3被短路，此時(shí)電流表的示數(shù)最大，總電阻最小，路端電壓最小，故選項(xiàng)B正確方法三(直觀法)當(dāng)滑片P向b移動(dòng)時(shí)，R3接入電路的電阻減小，由部分電路中R、I、U關(guān)系中的兩個(gè)結(jié)論可知，該電阻中的電流增大，電流表的示

20、數(shù)增大，總電阻減小，路端電壓減小，故選項(xiàng)B正確答案B【點(diǎn)評(píng)】在進(jìn)行電路的動(dòng)態(tài)分析時(shí)，要靈活運(yùn)用幾種常用的解決此類問(wèn)題的方法2電路中幾種功率與電源效率問(wèn)題(1)電源的總功率：P總EI(2)電源的輸出功率：P出UI(3)電源內(nèi)部的發(fā)熱功率：P內(nèi)I2r(4)電源的效率：eq f(U,E)eq f(R,Rr)(5)電源的最大功率：Pmaxeq f(E2,r)，此時(shí)0，嚴(yán)重短路(6)當(dāng)Rr時(shí)，輸出功率最大，P出maxeq f(E2,4r)，此時(shí)50%例2如圖55所示，E8 V，r2 ，R18 ，R2為變阻器接入電路中的有效阻值，問(wèn)：圖55(1)要使變阻器獲得的電功率最大，則R2的取值應(yīng)是多大？這時(shí)R2的

21、功率是多大？(2)要使R1得到的電功率最大，則R2的取值應(yīng)是多大？R1的最大功率是多大？這時(shí)電源的效率是多大？(3)調(diào)節(jié)R2的阻值，能否使電源以最大的功率eq f(E2,4r)輸出？為什么？【解析】(1)將R1和電源(E，r)等效為一新電源，則：新電源的電動(dòng)勢(shì)EE8 V內(nèi)阻rrR110 ，且為定值利用電源的輸出功率隨外電阻變化的結(jié)論知，當(dāng)R2r10 時(shí)，R2有最大功率，即：P2maxeq f(E2,4r)eq f(82,410) W1.6 W(2)因R1是定值電阻，所以流過(guò)R1的電流越大，R1的功率就越大當(dāng)R20時(shí)，電路中有最大電流，即：Imaxeq f(E,R1r)0.8 AR1有最大功率P

22、1maxImax2R15.12 W這時(shí)電源的效率eq f(R1,R1r)100%80%(3)不可能因?yàn)榧词筊20，外電阻R1也大于r，不可能有eq f(E2,4r)的最大輸出功率本題中，當(dāng)R20時(shí)，外電路得到的功率最大答案(1)10 1.6 W(2)05.12 W80%(3)不可能，理由略【點(diǎn)評(píng)】本題主要考查學(xué)生對(duì)電源的輸出功率隨外電阻變化的規(guī)律的理解和運(yùn)用注意：求R1的最大功率時(shí)，不能把R2等效為電源的內(nèi)阻，R1的最大功率不等于eq f(E2,4(R2r)，因?yàn)镽1為定值電阻故求解最大功率時(shí)要注意固定電阻與可變電阻的區(qū)別另外，也要區(qū)分電動(dòng)勢(shì)E和內(nèi)阻r均不變與r變化時(shí)的差異3含容電路的分析與計(jì)

23、算方法在直流電路中，當(dāng)電容器充放電時(shí)，電路里有充放電電流，一旦電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，電容器在電路中就相當(dāng)于一個(gè)阻值無(wú)限大的儲(chǔ)能元件對(duì)于直流電，電容器相當(dāng)于斷路，簡(jiǎn)化電路時(shí)可去掉它，簡(jiǎn)化后求電容器所帶的電荷量時(shí)，可將其接在相應(yīng)的位置上；而對(duì)于交變電流，電容器相當(dāng)于通路在分析和計(jì)算含有電容器的直流電路時(shí)，需注意以下幾點(diǎn)：(1)電路穩(wěn)定后，由于電容器所在支路無(wú)電流通過(guò)，所以此支路中的電阻上無(wú)電壓降，因此電容器兩極間的電壓就等于該支路兩端的電壓；(2)當(dāng)電容器和電阻并聯(lián)后接入電路時(shí)，電容器兩端的電壓和與其并聯(lián)的電阻兩端的電壓相等；(3)電路的電流、電壓變化時(shí)，將會(huì)引起電容器的充放電例3 在如圖56所示的電

24、路中，電容器C14.0 F，C23.0 F，電阻R18.0 ，R26.0 閉合開(kāi)關(guān)S1，給電容器C1、C2充電，電路達(dá)到穩(wěn)定后，再閉合開(kāi)關(guān)S2，電容器C1的極板上所帶電荷量的減少量與電容器C2的極板上所帶電荷量的減少量之比是1615開(kāi)關(guān)S2閉合時(shí)，電流表的示數(shù)為1.0 圖56【解析】只閉合開(kāi)關(guān)S1時(shí)，電容器C1的電荷量Q1C1E，C2的電荷量Q2C2E，式中E為電源的電動(dòng)勢(shì)再閉合開(kāi)關(guān)S2后，電流表的示數(shù)為I，則C1的電荷量Q1C1IR1，C2的電荷量Q2C2IR2根據(jù)題意有：eq f(Q1Q1,Q2Q2)eq f(C1(EIR1),C2(EIR2)eq f(16,15)由閉合電路的歐姆定律，有

25、：EI(R1R2r)聯(lián)立解得：E16 V，r2.0 答案16 V2.0 【點(diǎn)評(píng)】本題是一個(gè)典型的含電容器的直流電路問(wèn)題，考查了學(xué)生對(duì)等效電路和電容器的充電、放電電路的理解及綜合分析能力4交變電流與交變電路問(wèn)題縱觀近幾年的高考試題，本部分內(nèi)容出現(xiàn)在選擇題部分的概率較高，集中考查含變壓器電路、交變電流的產(chǎn)生及變化規(guī)律、最大值與有效值如2009年高考四川理綜卷第17題、山東理綜卷第17題、福建理綜卷第16題等例4一氣體放電管兩電極間的電壓超過(guò)500 eq r(3) V時(shí)就會(huì)因放電而發(fā)光若在它發(fā)光的情況下逐漸降低電壓，則要降到 500 eq r(2) V 時(shí)才會(huì)熄滅放電管的兩電極不分正負(fù)現(xiàn)有一正弦交流

26、電源，其輸出電壓的峰值為1000 V，頻率為50 Hz若用它給上述放電管供電，則在一小時(shí)內(nèi)放電管實(shí)際發(fā)光的時(shí)間為()A10 minB25 minC30 minD35 min【解析】由題意知，該交變電流的ut圖象如圖所示電壓的表達(dá)式為：u1000sin 100t V綜合圖象可知：在0eq f(T,2)內(nèi)，eq f(T,6)eq f(3T,8)時(shí)間段放電管能通電發(fā)光，通電時(shí)間為：ti(eq f(3T,8)eq f(T,6)eq f(1,240) s故一小時(shí)內(nèi)放電管實(shí)際發(fā)光的時(shí)間為：ttieq f(t,f(T,2)1500 s25 min答案B【點(diǎn)評(píng)】交變電流的熱效應(yīng)(如熔斷、加熱等)取決于有效值，

27、而對(duì)電容、空氣導(dǎo)電的擊穿則取決于瞬時(shí)值分析正弦交變電流的特性時(shí)需要熟練地運(yùn)用數(shù)學(xué)函數(shù)與圖象，仔細(xì)周密地分析正弦函數(shù)中角度與變量時(shí)間的關(guān)系同類拓展1如圖57甲所示，理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為101，R120 ，R230 ，C為電容器已知通過(guò)R1的正弦交變電流如圖57乙所示，則2009年高考四川理綜卷()甲乙圖57A交變電流的頻率為0.02 HzB原線圈輸入電壓的最大值為200eq r(2) VC電阻R2的電功率約為6.67 WD通過(guò)R3的電流始終為零【解析】根據(jù)變壓器原理可知，原、副線圈中電流的周期、頻率相同，T0.020 s，f50 Hz，A錯(cuò)誤由乙圖可知，通過(guò)R1的電流最大值Im1 A，

28、根據(jù)歐姆定律可知，其最大電壓Um20 V，再根據(jù)原、副線圈的電壓之比等于匝數(shù)之比可知，原線圈的輸入電壓的最大值為200 因?yàn)殡娙萜饔型ń涣?、隔直流的作用，故有電流通過(guò)R3和電容器，D錯(cuò)誤根據(jù)正弦交變電流的峰值與有效值的關(guān)系以及并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知I2eq f(ImR1,r(2)R2)，U2eq f(Um,r(2)，R2上的電功率P2U2I2eq f(20,3) W，C正確答案C 例5某種發(fā)電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)平面圖如圖58甲所示，永磁體的內(nèi)側(cè)為圓柱面形，磁極之間上下各有圓心角30的扇形無(wú)磁場(chǎng)區(qū)域，其他區(qū)域兩極與圓柱形鐵芯之間的窄縫間形成B0.5 T的磁場(chǎng)在窄縫里有一個(gè)如圖58乙所示的U形導(dǎo)線框abcd

29、已知線框ab和cd邊的長(zhǎng)度均為L(zhǎng)10.3 m，bc邊的長(zhǎng)度L20.4 m，線框以eq f(500,圖58甲圖58乙(1)從bc邊轉(zhuǎn)到圖甲所示的H側(cè)磁場(chǎng)邊緣時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，求t2103 s 時(shí)刻線框中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大?。划?huà)出a、d兩點(diǎn)的電勢(shì)差Uad隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖象(感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的結(jié)果保留兩位有效數(shù)字，Uad的正值表示UaUd)(2)求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值【解析】(1)由題意知線框中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的周期Teq f(2,)1.2102 st2103 s時(shí)刻bc邊還在磁場(chǎng)中，故感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：BL2L131.4 根據(jù)bc邊在磁場(chǎng)區(qū)與非磁場(chǎng)區(qū)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間可畫(huà)出 Uadt 圖象如圖58丙所示圖58丙(2)設(shè)感應(yīng)電

30、動(dòng)勢(shì)的有效值為E，當(dāng)bc邊外接純電阻R時(shí)，考慮eq f(T,2)內(nèi)的熱效應(yīng)得：Qeq f(2,R)eq f(5,12)Teq f(E2,R)eq f(T,2)解得：E28.7 V答案(1)31.4 V如圖58丙所示(2)28.7 V二、電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用電磁感應(yīng)規(guī)律的綜合應(yīng)用問(wèn)題不僅涉及法拉第電磁感應(yīng)定律，還涉及力學(xué)、熱學(xué)、靜電場(chǎng)、直流電路、磁場(chǎng)等許多知識(shí)電磁感應(yīng)的綜合題有兩種基本類型：一是電磁感應(yīng)與電路、電場(chǎng)的綜合；二是發(fā)生電磁感應(yīng)的導(dǎo)體的受力和運(yùn)動(dòng)以及功能問(wèn)題的綜合也有這兩種基本類型的復(fù)合題，題中電磁現(xiàn)象與力現(xiàn)象相互聯(lián)系、相互影響、相互制約，其基本形式如下：注意：(1)求解一段時(shí)間內(nèi)流

31、過(guò)電路某一截面的電荷量要用電流的平均值；(2)求解一段時(shí)間內(nèi)的熱量要用電流的有效值；(3)求解瞬時(shí)功率要用瞬時(shí)值，求解平均功率要用有效值1電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題在電磁感應(yīng)中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)體或回路相當(dāng)于電源因此，電磁感應(yīng)問(wèn)題往往與電路問(wèn)題聯(lián)系在一起解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問(wèn)題的基本方法如下：(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向；(2)畫(huà)等效電路圖，注意區(qū)別內(nèi)外電路，區(qū)別路端電壓、電動(dòng)勢(shì)；(3)運(yùn)用閉合電路歐姆定律，串、并聯(lián)電路性質(zhì)以及電功率等公式聯(lián)立求解2感應(yīng)電路中電動(dòng)勢(shì)、電壓、電功率的計(jì)算例6如圖59甲所示，水平放置的U

32、形金屬框架中接有電源，電源的電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r現(xiàn)在框架上放置一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬桿，它可以在框架上無(wú)摩擦地滑動(dòng)，框架兩邊相距L，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向豎直向上ab桿受到水平向右的恒力F后由靜止開(kāi)始向右滑動(dòng)，求：圖59甲(1)ab桿由靜止啟動(dòng)時(shí)的加速度(2)ab桿可以達(dá)到的最大速度vm(3)當(dāng)ab桿達(dá)到最大速度vm時(shí)，電路中每秒放出的熱量Q【解析】(1)ab滑動(dòng)前通過(guò)的電流：Ieq f(E,rR)受到的安培力F安eq f(BEL,rR)，方向水平向左所以ab剛運(yùn)動(dòng)時(shí)的瞬時(shí)加速度為：a1eq f(FF安,m)eq f(F,m)eq f(BEL,(rR)m)(2)ab運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生的感應(yīng)

33、電流與原電路電流相同，到達(dá)最大速度時(shí)，感應(yīng)電路如圖59乙所示此時(shí)電流Imeq f(EBLvm,Rr)圖59乙由平衡條件得：FBImLeq f(BL(BLvmE),Rr)故可得：vmeq f(F(Rr)BLE,B2L2)(3)方法一由以上可知，Imeq f(BLvmE,Rr)eq f(F,BL)由焦耳定律得：QIm2(Rr)eq f(F2(Rr),B2L2)方法二由能量守恒定律知，電路每秒釋放的熱量等于電源的總功率加上恒力F所做的功率，即：QEImFvmeq f(EF,BL)eq f(F2(Rr)BLEF,B2L2)eq f(F2(Rr),B2L2)答案(1)eq f(F,m)eq f(BEL,

34、(rR)m)(2)eq f(F(Rr)BLE,B2L2)(3)eq f(F2(Rr),B2L2)【點(diǎn)評(píng)】本例全面考查了感應(yīng)電路的特點(diǎn)，特別是對(duì)于電功率的解析，通過(guò)對(duì)兩種求解方法的對(duì)比能很好地加深對(duì)功能關(guān)系的理解ab棒運(yùn)動(dòng)的vt圖象如圖59丙所示圖59丙3電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題電磁感應(yīng)中的圖象大致可分為以下兩類(1)由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程確定相關(guān)物理量的函數(shù)圖象一類常見(jiàn)的情形是在某導(dǎo)體受恒力作用做切割磁感線運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)中，該導(dǎo)體由于安培力的作用往往做加速度越來(lái)越小的變加速運(yùn)動(dòng)，圖象趨向于一漸近線(2)由給定的圖象分析電磁感應(yīng)過(guò)程，確定相關(guān)的物理量無(wú)論何種類型問(wèn)題，都需要綜合運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)

35、定律、楞次定律、右手定則、安培定則等規(guī)律來(lái)分析相關(guān)物理量之間的函數(shù)關(guān)系，確定其大小和方向及在坐標(biāo)系中的范圍，同時(shí)應(yīng)注意斜率的物理意義例7青藏鐵路上安裝的一種電磁裝置可以向控制中心傳輸信號(hào)，以確定火車的位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其原理是將能產(chǎn)生勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁鐵安裝在火車首節(jié)車廂下面，如圖58甲所示(俯視圖)當(dāng)它經(jīng)過(guò)安放在兩鐵軌間的線圈時(shí)，線圈便產(chǎn)生一個(gè)電信號(hào)傳輸給控制中心線圈邊長(zhǎng)分別為l1和l2，匝數(shù)為n，線圈和傳輸線的電阻忽略不計(jì)若火車通過(guò)線圈時(shí)，控制中心接收到線圈兩端的電壓信號(hào)u與時(shí)間t的關(guān)系如圖510乙所示(ab、cd為直線)，t1、t2、t3、t4是運(yùn)動(dòng)過(guò)程的四個(gè)時(shí)刻，則下列說(shuō)法正確的是()圖510

36、A火車在t1t2時(shí)間內(nèi)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B火車在t3t4時(shí)間內(nèi)做勻減速直線運(yùn)動(dòng)C火車在t1t2時(shí)間內(nèi)的加速度大小為eq f(U2U1,nBl1(t2t1)D火車在t3t4時(shí)間內(nèi)的平均速度的大小為eq f(U3U4,nBl1)【解析】信號(hào)電壓unBl1v，由ut圖象可知，火車在t1t2和t3t4時(shí)間內(nèi)都做勻加速直線運(yùn)動(dòng)在t1t2時(shí)間內(nèi)，a1eq f(v2v1,t2t1)eq f(U2U1,nBl1(t2t1)，在t3t4時(shí)間內(nèi)的平均速度eq xto(v)eq f(v3v4,2)eq f(U3U4,2nBl1)，故B、D錯(cuò)誤答案AC【點(diǎn)評(píng)】從題圖可以看出，在t3t4時(shí)間內(nèi)的ut圖線關(guān)于t軸的對(duì)稱線與

37、t1t2時(shí)間內(nèi)的ut圖線在同一直線上，由此可判斷，火車在0t4時(shí)間內(nèi)一直做勻加速直線運(yùn)動(dòng)的可能性很大例6如圖511甲所示，兩個(gè)垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向相反，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小均為B，磁場(chǎng)區(qū)域的寬度均為a一正三角形(高為a)導(dǎo)線框ACD從圖示位置沿圖示方向勻速穿過(guò)兩磁場(chǎng)區(qū)域以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较?，則圖511乙中能正確表示感應(yīng)電流i與線框移動(dòng)的距離x之間的關(guān)系的圖象是()圖511甲圖511乙【解析】如圖511丙所示，當(dāng)xa時(shí)，線框切割磁感線的有效長(zhǎng)度等于線框內(nèi)磁場(chǎng)邊界的長(zhǎng)度圖511丙故有E12Bvxtan 30當(dāng)ax2a時(shí)，線框在左右兩磁場(chǎng)中切割磁感線產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)方向相同，且都與xa 故E24B

38、v(xa)tan 30當(dāng)2ax3a時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與x故E32Bv(x2a答案C同類拓展2如圖512甲所示，光滑的平行金屬導(dǎo)軌水平放置，電阻不計(jì)，導(dǎo)軌間距為l，左側(cè)接一阻值為R的電阻區(qū)域cdef內(nèi)存在垂直軌道平面向下的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)寬度為s一質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，受到F0.5v0.4(N)(v為金屬棒速度)的水平外力作用，從磁場(chǎng)的左邊界由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，測(cè)得電阻兩端電壓隨時(shí)間均勻增大(已知：l1 m，m1 kg，R0.3 ，r0.2 ，圖512甲(1)分析并說(shuō)明該金屬棒在磁場(chǎng)中做何種運(yùn)動(dòng)(2)求磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小(3)若撤去外力后棒的速度v隨位移

39、x的變化規(guī)律滿足vv0eq f(B2l2,m(Rr)x，且棒在運(yùn)動(dòng)到ef處時(shí)恰好靜止，則外力F作用的時(shí)間為多少？(4)若在棒未出磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)撤去外力，畫(huà)出棒在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中速度隨位移變化所對(duì)應(yīng)的各種可能的圖線2009年高考上海物理卷【解析】(1)金屬棒做勻加速運(yùn)動(dòng)，R兩端的電壓UIEv，U隨時(shí)間均勻增大，即v隨時(shí)間均勻增大，故加速度為恒量(2)Feq f(B2l2,Rr)vma，將F0.5v0.4代入得：eq blc(rc)(avs4alco1(0.5f(B2l2,Rr)v0.4ma因?yàn)榧铀俣葹楹懔?，與v無(wú)關(guān)，m1所以0.5eq f(B2l2,Rr)0，a0.4 m/s代入數(shù)據(jù)得：B0.5 T(

40、3)x1eq f(1,2)at2v0eq f(B2l2,m(Rr)x2atx1x2s故eq f(1,2)at2eq f(m(Rr),B2l2)ats代入數(shù)據(jù)得：0.2t20.8t10解方程得：t1 s(4)速度隨位移變化的可能圖象如圖510乙所示圖512乙答案(1)略(2)0.5 T(3)1 s(4)如圖512乙所示4電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)、功能問(wèn)題電磁感應(yīng)中，通有感應(yīng)電流的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中將受到安培力的作用，因此電磁感應(yīng)問(wèn)題往往和力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等問(wèn)題聯(lián)系在一起電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的解題思路如下：例7如圖513所示，光滑斜面的傾角為，在斜面上放置一矩形線框abcd，ab邊的邊長(zhǎng)為l1，bc邊的長(zhǎng)為l2

41、，線框的質(zhì)量為m、電阻為R，線框通過(guò)細(xì)線與重物相連， 重物的質(zhì)量為M，斜面上ef線(ef平行底邊)的右方有垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(磁場(chǎng)寬度大于l2)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B如果線框從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，且進(jìn)入磁場(chǎng)的最初一段時(shí)間是做勻速運(yùn)動(dòng)，則()圖513A線框abcd進(jìn)入磁場(chǎng)前運(yùn)動(dòng)的加速度為 eq f(Mgmgsin ,m)B線框在進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)速度veq f(Mgmgsin )R,B2l12)C線框做勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為eq f(B2l12l2,(Mgmgsin )R)D該過(guò)程產(chǎn)生的焦耳熱Q(Mgmgsin )l1【解析】設(shè)線框進(jìn)入磁場(chǎng)前運(yùn)動(dòng)的加速度為a，細(xì)線的張力為FT，有：MgFTMaFTmgsin

42、 ma解得：aeq f(Mgmgsin ,Mm)設(shè)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中的速度為v，由平衡條件得：Mgmgsin eq f(B2l12v,R)解得：veq f(Mgmgsin )R,B2l12)故線框做勻速運(yùn)動(dòng)的時(shí)間t1eq f(B2l12l2,(Mgmgsin )R)這一過(guò)程產(chǎn)生的焦耳熱等于電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)化的電能，等于克服安培力做的功，等于系統(tǒng)機(jī)械能的減小量，即：QMgl2mgl2sin (Mgmgsin )l2答案BC【點(diǎn)評(píng)】求線框受恒定拉力作用下進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)后達(dá)到的最大速度在高中物理試題中較為常見(jiàn)這類問(wèn)題求轉(zhuǎn)化的電能往往有三種方法：一是eq f(2,R總)t；二是，克服安培力做的功；三是，根據(jù)

43、能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律例8如圖514所示，虛線右側(cè)為一有界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，現(xiàn)有一匝數(shù)為n、總電阻為R的邊長(zhǎng)分別為L(zhǎng)和2L的閉合矩形線框abcd，其線框平面與磁場(chǎng)垂直，cd邊剛好在磁場(chǎng)外(與虛線幾乎重合)在t0時(shí)刻磁場(chǎng)開(kāi)始均勻減小，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系為BB0kt圖514(1)試求處于靜止?fàn)顟B(tài)的線框在t0時(shí)刻其ad邊受到的安培力的大小和方向(2)假設(shè)在t1eq f(B0,2k)時(shí)刻，線框在如圖所示的位置且具有向左的速度v，此時(shí)回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為多大？(3)在第(2)問(wèn)的情況下，回路中的電功率是多大？【解析】(1)根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可得，t0時(shí)刻線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E0neq

44、f(,t)neq f(2L2B,t)2nkL2根據(jù)閉合電路的歐姆定律可得，t0時(shí)刻線框中感應(yīng)電流的大小為：I0eq f(E0,R)eq f(2nkL2,R)根據(jù)安培力公式可得，線框的ad邊受到的安培力大小為：F2nB0I0Leq f(4n2B0kL3,R)根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的方向沿順時(shí)針?lè)较?，再根?jù)左手定則可知，ad邊受到的安培力的方向?yàn)樨Q直(或垂直于ad邊)向上(2)在t1eq f(B0,2k)時(shí)刻，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1eq f(B0,2)線框中由于線框的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的大小為：E1nB1Lveq f(nB0Lv,2)，方向沿順時(shí)針?lè)较蚓€框中由于磁場(chǎng)變化而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為：

45、E2neq f(SB,t)eq f(2nL2B,t)2nkL2，方向沿順時(shí)針?lè)较蚬蚀藭r(shí)回路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：EE1E2eq f(nB0Lv,2)2nkL2(3)由(2)知線框中的總感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為：Eeq f(nB0Lv,2)2nkL2此時(shí)回路中的電功率為：Peq f(E2,R)eq f(nB0Lv4nkL2)2,4R)答案(1)eq f(4n2B0kL3,R)，方向豎直(或垂直于ad邊)向上(2)eq f(nB0Lv,2)2nkL2(3)eq f(nB0Lv4nkL2)2,4R)【點(diǎn)評(píng)】感生電動(dòng)勢(shì)可表示為E1nSeq f(B,t)，動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)可表示為E2nBeq f(S,t)，要注意這兩式都是

46、Eneq f(,t)的推導(dǎo)式或?qū)懗蒃neq f(,t)n(Seq f(B,t)Beq f(S,t)例9磁流體動(dòng)力發(fā)電機(jī)的原理圖如圖515所示一個(gè)水平放置的上下、前后均封閉的橫截面為矩形的塑料管的寬度為l，高度為h，管內(nèi)充滿電阻率為的某種導(dǎo)電流體(如電解質(zhì))矩形塑料管的兩端接有渦輪機(jī)，由渦輪機(jī)提供動(dòng)力使流體通過(guò)管道時(shí)具有恒定的水平向右的流速v0管道的前后兩個(gè)側(cè)面上各有長(zhǎng)為d的相互平行且正對(duì)的銅板M和N實(shí)際流體的運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，為簡(jiǎn)化起見(jiàn)作如下假設(shè)：在垂直于流動(dòng)方向的橫截面上各處流體的速度相同；流體不可壓縮圖515(1)若在兩個(gè)銅板M、N之間的區(qū)域內(nèi)加有方向豎直向上、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，則當(dāng)流

47、體以穩(wěn)定的速度v0流過(guò)時(shí)，兩銅板M、N之間將產(chǎn)生電勢(shì)差求此電勢(shì)差的大小，并判斷M、N兩板中哪個(gè)板的電勢(shì)較高(2)用電阻不計(jì)的導(dǎo)線將銅板M、N外側(cè)相連接，由于此時(shí)磁場(chǎng)對(duì)流體有阻力的作用，使流體的穩(wěn)定速度變?yōu)関(vv0)，求磁場(chǎng)對(duì)流體的作用力(3)為使流體的流速增大到原來(lái)的值v0，則渦輪機(jī)提供動(dòng)力的功率必須增大假設(shè)流體在流動(dòng)過(guò)程中所受到的來(lái)自磁場(chǎng)以外的阻力與它的流速成正比，試導(dǎo)出渦輪機(jī)新增大的功率的表達(dá)式【解析】(1)由法拉第電磁感應(yīng)定律得：兩銅板間的電勢(shì)差EBlv0由右手定則可判斷出M板的電勢(shì)高(2)用電阻不計(jì)的導(dǎo)線將銅板M、N外側(cè)相連接，即使兩銅板的外側(cè)短路，M、N兩板間的電動(dòng)勢(shì)EBlv短路電

48、流Ieq f(E,R內(nèi))又R內(nèi)eq f(l,hd)磁場(chǎng)對(duì)流體的作用力FBIl解得：Feq f(vB2hld,)，方向與v的方向相反(或水平向左)(3)解法一設(shè)流體在流動(dòng)過(guò)程中所受到的其他阻力與流速成正比的比例系數(shù)為k，在外電路未短路時(shí)流體以穩(wěn)定速度v0流過(guò)，此時(shí)流體所受到的阻力(即渦輪機(jī)所提供的動(dòng)力)為：F0kv0渦輪機(jī)提供的功率P0F0v0kv02外電路短路后，流體仍以穩(wěn)定速度v0流過(guò)，設(shè)此時(shí)磁場(chǎng)對(duì)流體的作用力為F安，根據(jù)第(2)問(wèn)的結(jié)果可知：F安eq f(v0B2hld,)此時(shí)，渦輪機(jī)提供的動(dòng)力FtF0F安kv0eq f(v0B2hld,)渦輪機(jī)提供的功率PtFtv0 kv02eq f(v

49、02B2hld,)所以渦輪機(jī)新增大的功率PPtP0eq f(v02B2hld,)解法二由能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律可知，渦輪機(jī)新增大的功率等于電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電功率，即Peq f(E2,R內(nèi))eq f(v02B2hld,)答案(1)Blv0M(2)eq f(vB2hld,)，方向與v的方向相反(或水平向左)(3)eq f(v02B2hld,)【點(diǎn)評(píng)】磁流體發(fā)電機(jī)的原理可以當(dāng)做導(dǎo)體連續(xù)切割磁感線來(lái)分析，此時(shí)有EBLv；也可用外電路開(kāi)路時(shí)，洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡，此時(shí)有qvBqeq f(U0,L)，得EU0BLv磁流體發(fā)電機(jī)附加壓強(qiáng)做功等于克服安培力做功，等于轉(zhuǎn)化的總電能經(jīng)典考題1某實(shí)物投影機(jī)有10個(gè)相同的

50、強(qiáng)光燈L1L10(24 V200 W)和10個(gè)相同的指示燈X1X10(220 V2 W)，將其連接在220 V交流電源上，電路圖如圖所示若工作一段時(shí)間后L2燈絲燒斷，則2009年高考重慶理綜卷()AX1的功率減小，L1的功率增大BX1的功率增大，L1的功率增大CX2的功率增大，其他指示燈的功率減小DX2的功率減小，其他指示燈的功率增大【解析】顯然L1和X1并聯(lián)、L2和X2并聯(lián)然后他們?cè)俅?lián)接在220 V交流電源上L2燈絲燒斷，則總電阻變大，電路中電流I減小，又L1和X1并聯(lián)的電流分配關(guān)系不變，則X1和L1的電流、功率都減小同理可知，除X2和L2外各燈功率都減小，A、B均錯(cuò)由于I減小，各并聯(lián)部分

51、的電壓都減小，交流電源電壓不變，則X2上電壓增大，根據(jù)Peq f(U2,R)可知，X2的功率變大，C正確、D錯(cuò)誤答案C2一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間變化的正弦規(guī)律圖象如圖甲所示已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0 ，現(xiàn)外接一只電阻為95.0 的燈泡，如圖乙所示，則2009年高考福建理綜卷()A電壓表的示數(shù)為220 VB電路中的電流方向每秒鐘改變50次C燈泡實(shí)際消耗的功率為484 WD發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2 J【解析】電壓表的示數(shù)為燈泡兩端電壓的有效值，由圖象知電動(dòng)勢(shì)的最大值Em220eq r(2) V，有效值E220 V，燈泡兩端電壓Ueq f(RE,Rr)209 V，A錯(cuò)誤；由

52、圖象知T0.02 s，一個(gè)周期內(nèi)電流方向變化兩次，可知1 s內(nèi)電流方向變化100次，B錯(cuò)誤；燈泡的實(shí)際功率Peq f(U2,R)eq f(2092,95) W459.8 W，C錯(cuò)誤；電流的有效值Ieq f(E,Rr)2.2 A，發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱QI2rt2.2251 J24.2 J，D正確答案D3如圖所示，理想變壓器的原、副線圈匝數(shù)比為15，原線圈兩端的交變電壓為u20eq r(2)sin 100t V氖泡在兩端電壓達(dá)到100 V時(shí)開(kāi)始發(fā)光，下列說(shuō)法中正確的有2009年高考江蘇物理卷()A開(kāi)關(guān)接通后，氖泡的發(fā)光頻率為100 HzB開(kāi)關(guān)接通后，電壓表的示數(shù)為100 VC開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后

53、，電壓表的示數(shù)變大D開(kāi)關(guān)斷開(kāi)后，變壓器的輸出功率不變【解析】由交變電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式知，原線圈兩端電壓的有效值U1eq f(20r(2),r(2) V20 V，由eq f(n1,n2)eq f(U1,U2)得，副線圈兩端的電壓U2100 V，電壓表的示數(shù)為交變電流的有效值，B項(xiàng)正確；交變電壓的頻率feq f(100,2)50 Hz，一個(gè)周期內(nèi)電壓兩次大于100 V，即一個(gè)周期內(nèi)氖泡能發(fā)兩次光，所以其發(fā)光頻率為100 Hz，A項(xiàng)正確；開(kāi)關(guān)斷開(kāi)前后，輸入電壓不變，變壓器的變壓比不變，故輸出電壓不變，C項(xiàng)錯(cuò)誤；斷開(kāi)后，電路消耗的功率減小，輸出功率決定輸入功率，D項(xiàng)錯(cuò)誤答案AB4如圖甲所示，一個(gè)電阻為

54、R、面積為S的矩形導(dǎo)線框abcd，水平放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向與ad邊垂直并與線框平面成45角，O、O分別是ab邊和cd邊的中點(diǎn)現(xiàn)將線框右半邊ObcO繞OO逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90到圖乙所示位置在這一過(guò)程中，導(dǎo)線中通過(guò)的電荷量是2009年高考安徽理綜卷()甲乙Aeq f(r(2)BS,2R)Beq f(r(2)BS,R)Ceq f(BS,R)D0【解析】線框的右半邊(ObcO)未旋轉(zhuǎn)時(shí)，整個(gè)回路的磁通量1BSsin 45eq f(r(2),2)BS；線框的右半邊(ObcO)旋轉(zhuǎn)90后，穿進(jìn)跟穿出的磁通量相等，如圖丁所示，整個(gè)回路的磁通量20，所以21eq f(r(2),2)BS根據(jù)公

55、式得qeq f(,R)eq f(r(2)BS,2R)，A正確丙丁答案A5如圖甲所示，一個(gè)電阻值為R、匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1連接成閉合回路，線圈的半徑為r1 在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線如圖乙所示，圖線與橫縱軸的截距分別為t0和B0導(dǎo)線的電阻不計(jì)求0t1時(shí)間內(nèi)(1)通過(guò)電阻R1上的電流大小和方向(2)通過(guò)電阻R1上的電荷量q及電阻R1上產(chǎn)生的熱量2009年高考廣東物理卷甲乙【解析】(1)由圖象分析可知，0t1時(shí)間內(nèi)，eq f(B,t)eq f(B0,t0)由法拉第電磁感應(yīng)定律有：Eneq f(,t)neq

56、 f(B,t)S而Sr22由閉合電路的歐姆定律有：I1eq f(E,R1R)聯(lián)立解得：通過(guò)電阻R1上的電流大小I1eq f(nB0r22,3Rt0)由楞次定律可判斷，通過(guò)電阻R1上的電流方向?yàn)閺腷到a(2)通過(guò)電阻R1上的電荷量qI1t1eq f(nB0r22t1,3Rt0)電阻R1上產(chǎn)生的熱量QI12R1t1eq f(2n2B022r24t1,9Rt02)答案(1)eq f(nB0r22,3Rt0)方向從b到a(2)eq f(2n2B022r24t1,9Rt02)6如圖甲所示，水平放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌，間距L0.3 m，導(dǎo)軌左端連接R0.6 的電阻，區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面B0.6

57、 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)區(qū)域?qū)扗0.2 m細(xì)金屬棒A1和A2用長(zhǎng)為2D0.4 m的輕質(zhì)絕緣桿連接，放置在導(dǎo)軌平面上，并與導(dǎo)軌垂直，每根金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻均為r0.3 ，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，使金屬棒以恒定速度v1.0 m/s沿導(dǎo)軌向右穿越磁場(chǎng)，計(jì)算從金屬棒A1進(jìn)入磁場(chǎng)(t2008年高考廣東物理卷甲乙【解析】A1從進(jìn)入磁場(chǎng)到離開(kāi)的時(shí)間為：t1eq f(D,v)0.2 s在0t1時(shí)間內(nèi)，A1產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：EBLv0.18 V丙丁由圖丙知，電路的總電阻為：R0req f(rR,rR)0.5 總電流ieq f(E,R0)0.36 通過(guò)R的電流iReq f(i,3)0.12 A1離開(kāi)磁場(chǎng)t10.2 s至A2

58、未進(jìn)入磁場(chǎng)t2eq f(2D,v)0.4 s的時(shí)間內(nèi)，回路中無(wú)電流，即iR0從A2進(jìn)入磁場(chǎng)t20.4 s至離開(kāi)磁場(chǎng)t3eq f(2DD,v)0.6 s的時(shí)間內(nèi)，A2上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：E0.18 V由圖丁知，電路總電阻R00.5 總電流i0流過(guò)R的電流iR0綜合上述計(jì)算結(jié)果，繪制通過(guò)R的電流與時(shí)間的關(guān)系圖線，如圖戊所示戊答案00.2 s時(shí)，0.12 A；0.20.4 s時(shí)，0；0.40.6 7單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)管道橫截面的液體體積叫做液體的體積流量(以下簡(jiǎn)稱流量)由一種利用電磁原理測(cè)量非磁性導(dǎo)電液體(如自來(lái)水、啤酒等)流量的裝置，稱為電磁流量計(jì)它主要由將流量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的傳感器和顯示儀表兩部分組成

59、傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示，圓筒形測(cè)量管內(nèi)壁絕緣，其上裝有一對(duì)電極a和c，a、c間的距離等于測(cè)量管內(nèi)徑D，測(cè)量管的軸線與a、c的連線方向以及通電線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向三者相互垂直當(dāng)導(dǎo)電液體流過(guò)測(cè)量管時(shí)，在電極a、c間出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E，并通過(guò)與電極連接的儀表顯示出液體流量Q設(shè)磁場(chǎng)均勻恒定，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B(1)已知D0.40 m，B2.5103 T，Q0.12 m3/s，設(shè)液體在測(cè)量管內(nèi)各處流速相同，試求E的大小(2)一新建供水站安裝了電磁流量計(jì)，在向外供水時(shí)流量本應(yīng)顯示為正值但實(shí)際顯示卻為負(fù)值經(jīng)檢查，原因是誤將測(cè)量管接反了，即液體由測(cè)量管出水口流入，從入水口流出因水已加壓充滿管道，不便再將測(cè)量管拆下重裝，

60、請(qǐng)你提出使顯示儀表的流量指示變?yōu)檎档暮?jiǎn)便方法(3)顯示儀表相當(dāng)于傳感器的負(fù)載電阻，其阻值記為Ra、c間導(dǎo)電液體的電阻r隨液體電阻率的變化而變化，從而會(huì)影響顯示儀表的示數(shù)試以E、R、r為參量，給出電極a、c間輸出電壓U的表達(dá)式，并說(shuō)明怎樣可以降低液體電阻率變化對(duì)顯示儀表示數(shù)的影響2009年高考北京理綜卷【解析】(1)導(dǎo)電液體通過(guò)測(cè)量管時(shí)，相當(dāng)于導(dǎo)線做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，在電極a、c間切割磁感線的液柱長(zhǎng)度為D，設(shè)液體的流速為v，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：EBDv由流量的定義，有：QSveq f(D2,4)v聯(lián)立解得：EBDeq f(4Q,D2)eq f(4BQ,D)代入數(shù)據(jù)得：Eeq f(42.510