板塊整合提能(五)　電磁感應和交變電流-2026版大一輪高中物理（解析版）

板塊整合提能(五)電磁感應和交變電流【高考原題】(2024·浙江卷)如圖為某燃氣灶點火裝置的原理圖。直流電經轉換器輸出u=5sin(100πt)V的交流電，經原、副線圈匝數(shù)分別為n1和n2的變壓器升壓至峰值大于10kV，就會在打火針和金屬板間引發(fā)電火花，實現(xiàn)點火。下列說法正確的是(B)A.n2nB.n1nC.用電壓表測原線圈兩端電壓，示數(shù)為5VD.副線圈輸出交流電壓的頻率是100Hz解析原線圈兩端電壓的有效值U1=52V=522V，根據(jù)電壓匝數(shù)關系有U1U2=n1n2變壓器副線圈電壓的峰值U2max=2U2，根據(jù)題意有U2max>10×103V，解得n1n2<12000，A項錯誤，B項正確；用電壓表測原線圈兩端電壓，電壓表測的是有效值，則示數(shù)U1=52V=522V，C項錯誤；根據(jù)ω=100π=2πf[回歸教材]教材是高考命題的發(fā)源地，很多高考試題在教材中能找到“根源”。此高考試題源于人教版選擇性必修第二冊第三章“復習與提高”，屬于對教材試題的改造。[鏈接教材]圖3-4甲是某燃氣灶點火裝置的原理圖。轉換器將直流電壓轉換為圖3-4乙所示的正弦交流電壓，并加在一臺理想變壓器的原線圈上，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，電壓表為交流電表。當變壓器副線圈電壓的瞬時值大于5000V時，就會在鋼針和金屬板間引發(fā)電火花進而點燃氣體。(1)圖中開關閉合時電壓表的示數(shù)是多少?(2)變壓器原、副線圈的匝數(shù)滿足怎樣的關系才能實現(xiàn)點火?【教考融合】高考試題與教材試題做到了神似形異，對教材試題進行了改造。兩題均考查了變壓器的電壓比，高考題還深入考查了變壓器的原、副線圈中電流的頻率相同這一特點?！究碱}示例】(2024·全國甲卷)兩根平行長直光滑金屬導軌距離為l，固定在同一水平面(紙面)內，導軌左端接有電容為C的電容器和阻值為R的電阻。開關S與電容器并聯(lián)；導軌上有一長度略大于l的金屬棒，如圖所示。導軌所處區(qū)域有方向垂直于紙面、磁感應強度大小為B的勻強磁場。開關S閉合，金屬棒在恒定的外力作用下由靜止開始加速，最后將做速率為v0的勻速直線運動。金屬棒始終與兩導軌垂直且接觸良好。導軌電阻和金屬棒電阻忽略不計。(1)在加速過程中，當外力做功的功率等于電阻R熱功率的2倍時，金屬棒速度大小是多少?(2)如果金屬棒達到(1)中的速度時斷開開關S，改變外力使金屬棒保持此速度做勻速運動。之后某時刻，外力做功的功率等于電阻R熱功率的2倍，求此時電容器兩極間的電壓及從斷開S開始到此刻外力做的功。【審題與建?！筷P鍵表述物理狀態(tài)或過程物理模型開關S閉合電容器被短路金屬棒、電阻R構成閉合回路金屬棒在恒定的外力作用下由靜止開始加速，最后將做速率為v0的勻速直線運動先加速，后勻速電磁感應中的動力學問題當外力做功的功率等于電阻R熱功率的2倍時功率關系依題意列出功率的表達式金屬棒達到(1)中的速度時斷開開關S電容器接入電路金屬棒、電阻R和電容器構成閉合回路，電容器充電改變外力使金屬棒保持此速度做勻速運動金屬棒處于平衡狀態(tài)根據(jù)平衡條件列方程外力做功的功率等于電阻R熱功率的2倍功率關系依題意列出功率的表達式求此時電容器兩極間的電壓某一瞬時狀態(tài)有充電電流，電容器兩極間電壓等于感應電動勢與電阻R兩端電壓之差從斷開S開始到此刻外力做的功涉及功能的過程對金屬棒應用動能定理列方程規(guī)范答題區(qū)評價（100分）自評解析(1)由法拉第電磁感應定律可得金屬棒切割磁感線運動過程中，金屬棒產生的感應電動勢為E=Blv，閉合開關S，電容器被短路，由閉合電路歐姆定律可得回路中的電流I=ER由安培力公式可得金屬棒所受的安培力F安=BIl，聯(lián)立可得F安=B2當金屬棒勻速運動時，金屬棒受力平衡，可得外力大小為F=F安m=B2所以外力做功的功率為P=Fv=B2又電阻R的熱功率為PR=I2R=B2當外力做功的功率等于電阻R熱功率的2倍，即P=2PR時，設金屬棒的速度大小為v1，則v1=v0(2)斷開開關S后，金屬棒勻速運動，設回路中的電流為I'，則外力的大小為F'=F安'=BI'l，則外力做功的功率為P'=F'v1=BI'lv而電阻R的熱功率為PR'=I'2R，當外力做功的功率等于電阻R熱功率的2倍，即P'=2PR'時，有I1'=Blv則此時電容器兩端的電壓為U=Blv1-I1'R=Blv電容器所帶電荷量為Q=CU，從斷開S開始到該時刻的過程，對金屬棒根據(jù)動能定理可知，外力做功的絕對值等于安培力做功的絕對值，則有W=W安=P安t=F安v1t=Blv1I其中I't=Q-0，聯(lián)立解得W=B2答案(1)v02(2)Bl書寫規(guī)范，卷面整潔（20分）指明研究對象，針對哪個