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1、專題四電路與電磁感應專題四電路與電磁感應第一部分第一部分專題突破方略專題突破方略專題四專題四 電路與電磁感應電路與電磁感應專題四電路與電磁感應專題四電路與電磁感應專題四電路與電磁感應專題四電路與電磁感應第第2講電磁感應交流電講電磁感應交流電重點知識歸納重點知識歸納一、楞次定律的理解及應用一、楞次定律的理解及應用1區(qū)分兩個磁場區(qū)分兩個磁場 (1)引起感應電流的磁場引起感應電流的磁場原磁場原磁場 (2)感應電流的磁場感應電流的磁場感應磁場感應磁場2理解三種阻礙理解三種阻礙 (1)阻礙原磁通量的變化阻礙原磁通量的變化增反減同增反減同 (2)阻礙導體間的相對運動阻礙導體間的相對運動來拒去留來拒去留 (

2、3)阻礙自身電流的變化阻礙自身電流的變化增反減同增反減同3解題四步分析解題四步分析 (1)確定原磁場的方向確定原磁場的方向(分析原磁場分析原磁場) (2)確定磁通量的變化確定磁通量的變化(增大或減小增大或減小) (3)判斷感應磁場的方向判斷感應磁場的方向(增反減同增反減同) (4)判斷感應電流的方向判斷感應電流的方向(安培定則安培定則)二、交變電流的四值及變壓器原理二、交變電流的四值及變壓器原理1交變電流的四值對比交變電流的四值對比物理物理量量物理含義物理含義重要關(guān)系重要關(guān)系適用情況及說明適用情況及說明瞬時瞬時值值交變電流交變電流某一時刻某一時刻的值的值eEmsint iImsint計算線圈某

3、時刻的受計算線圈某時刻的受力情況力情況峰值峰值電大的瞬電大的瞬時值時值當考慮某些電學元件當考慮某些電學元件(電容器、晶體管等電容器、晶體管等)的擊穿電壓時，指的的擊穿電壓時，指的是交變電壓的最大值是交變電壓的最大值有有效效值值根據(jù)電根據(jù)電流的熱流的熱效應效應(相相同時間同時間內(nèi)電流內(nèi)電流通過電通過電阻生熱阻生熱進行定進行定義義)對正弦、余對正弦、余弦交變電流弦交變電流(1)通常所說的交變電流的通常所說的交變電流的電壓、電流以及交流電表電壓、電流以及交流電表的讀數(shù)，保險絲的熔斷電的讀數(shù)，保險絲的熔斷電流值，電器設備流值，電器設備“銘牌銘牌”上所標的電壓、電流值都上所標的電壓、電流值都是指交變電流

4、的有效值；是指交變電流的有效值；(2)求解交變電流的電熱問求解交變電流的電熱問題時，必須用有效值來進題時，必須用有效值來進行計算；行計算；(3)計算時的計算時的“相相同時間同時間”應為一個周期應為一個周期平均平均值值交變電流圖交變電流圖象中圖線與象中圖線與t軸所圍成的軸所圍成的面積與時間面積與時間的比值的比值計算有關(guān)電荷計算有關(guān)電荷量時只能用平量時只能用平均值均值2.變壓器和遠距離輸電變壓器和遠距離輸電(1)理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系理想變壓器原、副線圈基本量的關(guān)系如圖如圖421所示：所示：圖圖421基本基本關(guān)系關(guān)系功率關(guān)系功率關(guān)系P入入P出出電壓關(guān)系電壓關(guān)系 ，與負載、副線圈，與負載、

5、副線圈 的個數(shù)多少無關(guān)的個數(shù)多少無關(guān)電流關(guān)系電流關(guān)系一個副線圈：一個副線圈： 多多個個副線圈：副線圈：I1n1I2n2I3n3Innn頻率關(guān)系頻率關(guān)系f1f2因果關(guān)系因果關(guān)系(n1、n2不變不變)U1決定了決定了U2I2決定了決定了I1P出出決定了決定了P入入(2)遠距離輸電遠距離輸電由于輸電導線電阻由于輸電導線電阻R線線的存在，輸電過程中的存在，輸電過程中不可避免地存在電能損耗，不可避免地存在電能損耗，P線線I R線線減小輸電減小輸電線路中的電流線路中的電流I，是減少輸電過程中電能損耗最，是減少輸電過程中電能損耗最有效的方法由有效的方法由PUI知提高輸電電壓可減小知提高輸電電壓可減小輸電電流

6、，所以遠距離輸電要用高壓輸電電流，所以遠距離輸電要用高壓過程歸納：過程歸納：輸電過程輸電過程示意圖示意圖常用關(guān)系常用關(guān)系功率關(guān)系功率關(guān)系P1P2，P3P4，P2P線線P3電壓關(guān)系電壓關(guān)系U2U線線U3電流關(guān)系電流關(guān)系I2I3I線線輸電電流輸電電流I線線 輸電導線上損耗的電功率輸電導線上損耗的電功率P線線U線線 I I線線 I R線線( )2R線線熱點題型示例熱點題型示例電磁感應中的圖象問題電磁感應中的圖象問題1常見圖象常見圖象圖象問題是一種半定量分析，電磁感應中常涉及磁圖象問題是一種半定量分析，電磁感應中常涉及磁感應強度感應強度B、磁通量、磁通量、感應電動勢、感應電動勢E和感應電流和感應電流I

7、隨隨時間時間t變化的圖象即變化的圖象即Bt圖象、圖象、t圖象、圖象、Et圖象圖象和和It圖象此外，還涉及感應電動勢圖象此外，還涉及感應電動勢E、感應電流、感應電流I隨線圈位移隨線圈位移x變化的圖象，即變化的圖象，即Ex圖象和圖象和Ix圖象圖象2解決圖象問題的一般步驟解決圖象問題的一般步驟(1)明確圖象的種類，即是明確圖象的種類，即是Bt圖還是圖還是t圖，圖，或者或者Et圖、圖、It圖等；圖等；(2)分析電磁感應的具體過程；分析電磁感應的具體過程；(3)用右手定則或楞次定律確定方向?qū)P(guān)系；用右手定則或楞次定律確定方向?qū)P(guān)系；(4)結(jié)合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓結(jié)合法拉第電磁感應定律、

8、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律寫出函數(shù)關(guān)系式；運動定律等規(guī)律寫出函數(shù)關(guān)系式；(5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系式，進行數(shù)學分析，如分析斜根據(jù)函數(shù)關(guān)系式，進行數(shù)學分析，如分析斜率的變化、截距等；率的變化、截距等；(6)畫圖象或判斷圖象畫圖象或判斷圖象3分析圖象問題時應注意的問題分析圖象問題時應注意的問題(1)圖象中兩個坐標軸各代表什么意義；圖象中兩個坐標軸各代表什么意義；(2)圖象中縱坐標的正、負表示什么意義；圖象中縱坐標的正、負表示什么意義；(3)畫圖象時應注意初始狀態(tài)如何以及正方向畫圖象時應注意初始狀態(tài)如何以及正方向的選??；的選取；(4)注意圖象橫軸、縱軸截距的物理意義以及注意圖象橫軸、縱軸截距的物理意義以及

9、圖線斜率的物理意義圖線斜率的物理意義圖圖422 (2011年試題調(diào)研年試題調(diào)研)如圖如圖422所示，有所示，有兩個有界勻強磁場，磁感應強度大小均為兩個有界勻強磁場，磁感應強度大小均為B，方，方向分別垂直紙面向里和向外，磁場寬度均為向分別垂直紙面向里和向外，磁場寬度均為L，距磁場區(qū)域的左側(cè)距磁場區(qū)域的左側(cè)L處，有一邊長為處，有一邊長為L的正方形的正方形導體線框，總電阻為導體線框，總電阻為R，且線框平面與磁場方向，且線框平面與磁場方向垂直，現(xiàn)用外力垂直，現(xiàn)用外力F使線框以速度使線框以速度v勻速穿過磁場勻速穿過磁場區(qū)域，以初始位置為計時起點，規(guī)定：電流沿區(qū)域，以初始位置為計時起點，規(guī)定：電流沿逆時針

10、方向時的電動勢逆時針方向時的電動勢E為正，磁感線垂直紙面為正，磁感線垂直紙面向里時磁通量向里時磁通量為正，外力為正，外力F向右為正則以下向右為正則以下關(guān)于線框中的磁通量關(guān)于線框中的磁通量、感應電動勢、感應電動勢E、外力、外力F和電功率和電功率P隨時間變化的圖象正確的是隨時間變化的圖象正確的是()圖圖423【自主解答】【自主解答】磁通量在線框向右運動磁通量在線框向右運動2.5L時為時為零，選項零，選項A錯誤；線框在向右運動錯誤；線框在向右運動2L后，右邊和后，右邊和左邊分別切割磁感線，相當于兩電源串聯(lián)，電流左邊分別切割磁感線，相當于兩電源串聯(lián)，電流變?yōu)樵瓉淼淖優(yōu)樵瓉淼?倍，且方向未變，選項倍，且

11、方向未變，選項B、C錯誤；錯誤；電流變?yōu)樵瓉淼碾娏髯優(yōu)樵瓉淼?倍，電功率變?yōu)樵瓉淼谋?，電功率變?yōu)樵瓉淼?倍，選倍，選項項D正確正確【答案答案】D強化訓練強化訓練1如圖如圖424所示，在光滑的水平桌面上所示，在光滑的水平桌面上(xOy平面內(nèi)平面內(nèi))有一長為有一長為L、寬為、寬為l的矩形金屬線框的矩形金屬線框abcd.有一垂直于有一垂直于xOy平面的磁場，磁場的左邊界為平面的磁場，磁場的左邊界為xx0、右邊界為、右邊界為xL，磁場的磁感應強度的大小只隨，磁場的磁感應強度的大小只隨x值而變化初始值而變化初始時線框的時線框的bc邊與邊與y軸重合，現(xiàn)從靜止開始用恒定的拉軸重合，現(xiàn)從靜止開始用恒定的拉力拉

12、著線框沿力拉著線框沿x軸正方向運動，如果線框軸正方向運動，如果線框bc邊通過磁邊通過磁場區(qū)域的這段時間內(nèi)，線框始終做勻加速直線運動，場區(qū)域的這段時間內(nèi)，線框始終做勻加速直線運動，則下圖中在則下圖中在x0 xL范圍內(nèi)磁感應強度大小范圍內(nèi)磁感應強度大小B隨隨x值變值變化關(guān)系圖象最接近實際的是化關(guān)系圖象最接近實際的是()圖圖424圖圖425解析：選解析：選D.線框始終做勻加速直線運動，由牛線框始終做勻加速直線運動，由牛頓第二定律和運動學公式得頓第二定律和運動學公式得F ma、vat，因此，因此，B2 ，又由，又由x at2，則，則B隨隨x的增大而減小，的增大而減小，D正確正確變壓器動態(tài)分析的技巧變壓

13、器動態(tài)分析的技巧1根據(jù)題意弄清變量和不變量如原線圈電根據(jù)題意弄清變量和不變量如原線圈電壓不變、原副線圈的匝數(shù)比不變，其他物理量可壓不變、原副線圈的匝數(shù)比不變，其他物理量可能隨電路的變化而發(fā)生變化能隨電路的變化而發(fā)生變化2弄清動態(tài)變化過程中的決定關(guān)系如弄清動態(tài)變化過程中的決定關(guān)系如U2由由U1決定、決定、P1、I1由由P2、I2決定決定3分析流程如下：分析流程如下： (2011年高考山東理綜卷改編年高考山東理綜卷改編)為保證用戶電壓為保證用戶電壓穩(wěn)定在穩(wěn)定在220 V，變電所需適時進行調(diào)壓，圖，變電所需適時進行調(diào)壓，圖426甲為調(diào)壓變壓器示意圖保持輸入電壓甲為調(diào)壓變壓器示意圖保持輸入電壓u1不變

14、，當不變，當滑動接頭滑動接頭P上下移動時可改變輸出電壓某次檢測得上下移動時可改變輸出電壓某次檢測得到用戶電壓到用戶電壓u2隨時間隨時間t變化的曲線如圖乙所示以下變化的曲線如圖乙所示以下正確的是正確的是()甲乙甲乙u2190 sin(50t) Vu2190 sin(100t) V為使用戶電壓穩(wěn)定在為使用戶電壓穩(wěn)定在220 V，應將，應將P適當下適當下移移為使用戶電壓穩(wěn)定在為使用戶電壓穩(wěn)定在220 V，應將，應將P適當上適當上移移A BC D【答案】【答案】D強化訓練強化訓練2(2011年高考福建理綜卷年高考福建理綜卷)圖圖427甲中理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比甲中理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)之比

15、n1n251，電阻，電阻R20 ，L1、L2為規(guī)格相為規(guī)格相同的兩只小燈泡，同的兩只小燈泡，S1為單刀雙擲開關(guān)原線圈為單刀雙擲開關(guān)原線圈接正弦交變電源，輸入電壓接正弦交變電源，輸入電壓u隨時間隨時間t的變化關(guān)的變化關(guān)系如圖乙所示現(xiàn)將系如圖乙所示現(xiàn)將S1接接1、S2閉合，此時閉合，此時L2正正常發(fā)光下列說法正確的是常發(fā)光下列說法正確的是()圖圖427A輸入電壓輸入電壓u的表達式的表達式u20 sin(50t)VB只斷開只斷開S2后，后，L1、L2均正常發(fā)光均正常發(fā)光C只斷開只斷開S2后，原線圈的輸入功率增大后，原線圈的輸入功率增大D若若S1換接到換接到2后，后，R消耗的電功率為消耗的電功率為0.

16、8 W電磁感應中幾種綜合問題電磁感應中幾種綜合問題1電磁感應中的動力學問題電磁感應中的動力學問題(3)在力和運動的關(guān)系中，要注意分析導體受在力和運動的關(guān)系中，要注意分析導體受力，判斷導體的加速度方向、大小及變化，加力，判斷導體的加速度方向、大小及變化，加速度等于零，速度最大，導體達到穩(wěn)定狀態(tài)往速度等于零，速度最大，導體達到穩(wěn)定狀態(tài)往往為該類題的一般特點往為該類題的一般特點(4)涉及電路問題一般要畫出等效電路圖，明涉及電路問題一般要畫出等效電路圖，明確內(nèi)、外電路確內(nèi)、外電路2電磁感應中的能量問題電磁感應中的能量問題(1)安培力的功是電能和其他形式的能之間轉(zhuǎn)安培力的功是電能和其他形式的能之間轉(zhuǎn)化的

17、化的“橋梁橋梁”簡單表示如下：簡單表示如下：(2)解題的基本思路：解題的基本思路：明確研究對象、研究過程；明確研究對象、研究過程；進行正確的受力分析、運動分析、感應電路分進行正確的受力分析、運動分析、感應電路分析析(E感感和和I感感的大小、方向、變化的大小、方向、變化)及相互制約關(guān)系；及相互制約關(guān)系；明確各力的做功情況及伴隨的能量轉(zhuǎn)化情況；明確各力的做功情況及伴隨的能量轉(zhuǎn)化情況；利用動能定理、能量守恒定律或功能關(guān)系列方利用動能定理、能量守恒定律或功能關(guān)系列方程求解程求解3電路問題電路問題 解決電磁感應與電路綜合問題的基本思路是：解決電磁感應與電路綜合問題的基本思路是： (1)明確哪部分相當于電

18、源由法拉第電磁感明確哪部分相當于電源由法拉第電磁感應定律和楞次定律確定感應電動勢的大小和方應定律和楞次定律確定感應電動勢的大小和方向向 (2)畫出等效電路圖畫出等效電路圖 (3)運用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的性運用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的性質(zhì)求解未知物理量質(zhì)求解未知物理量 (2011年高考浙江理綜卷年高考浙江理綜卷)如圖如圖428甲甲所示，在水平面上固定有長為所示，在水平面上固定有長為L2 m、寬為、寬為d1 m的金屬的金屬“U”型導軌，在型導軌，在“U”型導軌右側(cè)型導軌右側(cè)l0.5 m范圍內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場，且磁感應范圍內(nèi)存在垂直紙面向里的勻強磁場，且磁感應強度隨時間變化

19、規(guī)律如圖乙所示在強度隨時間變化規(guī)律如圖乙所示在t0時刻，時刻，質(zhì)量為質(zhì)量為m0.1 kg的導體棒以的導體棒以v01 m/s的初速度的初速度從導軌的左端開始向右運動，導體棒與導軌之間從導軌的左端開始向右運動，導體棒與導軌之間的動摩擦因數(shù)為的動摩擦因數(shù)為0.1，導軌與導體棒單位長度，導軌與導體棒單位長度的電阻均為的電阻均為0.1 /m，不計導體棒與導軌之，不計導體棒與導軌之間的接觸電阻及地球磁場的影響間的接觸電阻及地球磁場的影響(取取g10 m/s2)圖圖428(1)通過計算分析通過計算分析4 s內(nèi)導體棒的運動情況；內(nèi)導體棒的運動情況；(2)計算計算4 s內(nèi)回路中電流的大小，并判斷電流方內(nèi)回路中電

20、流的大小，并判斷電流方向；向；(3)計算計算4 s內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱內(nèi)回路產(chǎn)生的焦耳熱【自主解答自主解答】(1)導體棒先在無磁場區(qū)域做勻?qū)w棒先在無磁場區(qū)域做勻減速直線運動，有減速直線運動，有mgma，v1v0at，xv0t at2代入數(shù)據(jù)解得：代入數(shù)據(jù)解得：t1 s，x0.5 m，導體棒沒有，導體棒沒有進入磁場區(qū)域進入磁場區(qū)域?qū)w棒在導體棒在1 s末已停止運動，以后一直保持靜止，末已停止運動，以后一直保持靜止，離左端位置仍為離左端位置仍為x0.5 m.(2)前前2 s磁通量不變，回路電動勢和電流分別為磁通量不變，回路電動勢和電流分別為E0，I0后后2 s回路產(chǎn)生的電動勢為回路產(chǎn)生的電動勢為E

21、 ld 0.1 V回路的總長度為回路的總長度為5 m，因此回路的總電阻為，因此回路的總電阻為R50.5 電流為電流為I 0.2 A根據(jù)楞次定律，在回路中的電流方向是順時針方向根據(jù)楞次定律，在回路中的電流方向是順時針方向(3)前前2 s電流為零，后電流為零，后2 s有恒定電流，焦耳熱為有恒定電流，焦耳熱為QI2Rt0.04 J.【答案】見自主解答【答案】見自主解答強化訓練強化訓練3(2011年高三押題卷年高三押題卷)如圖如圖429甲所示，在光滑水平面上用恒力甲所示，在光滑水平面上用恒力F拉質(zhì)量為拉質(zhì)量為m的的單匝均勻正方形銅線框，邊長為單匝均勻正方形銅線框，邊長為a，在，在1位置以位置以速度速度

22、v0進入磁感應強度為進入磁感應強度為B的勻強磁場，并開始的勻強磁場，并開始計時，若磁場的寬度為計時，若磁場的寬度為b(b3a)，在，在3t0時刻線時刻線框到達框到達2位置，速度又為位置，速度又為v0，并開始離開勻強磁，并開始離開勻強磁場此過程中線框的場此過程中線框的vt 圖象如圖乙所示，則圖象如圖乙所示，則()圖圖429At0時，線框右側(cè)邊時，線框右側(cè)邊MN的兩端電壓為的兩端電壓為Bav0B在在t0時刻線框的速度為時刻線框的速度為v0C線框在線框在3位置完全離開磁場時的速度一定比位置完全離開磁場時的速度一定比t0時刻線框的速度大時刻線框的速度大D線框從線框從1位置進入磁場到位置進入磁場到3位置

23、完全離開磁場位置完全離開磁場的過程中，線框中產(chǎn)生的電熱為的過程中，線框中產(chǎn)生的電熱為F(ab)解析：解析：選選B.t0時，線框右側(cè)邊時，線框右側(cè)邊MN切割磁感線切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢，等效為線框回路的電源，產(chǎn)生感應電動勢，等效為線框回路的電源，MN兩端的電壓等效為電源的路端電壓，小于電源兩端的電壓等效為電源的路端電壓，小于電源電動勢電動勢Bav0(等效法等效法)，A錯；錯；0t0時間內(nèi)，線時間內(nèi)，線框在運動方向上受到拉力框在運動方向上受到拉力F和變化的安培力作用，和變化的安培力作用，且由于線框電阻未知，不可用牛頓第二定律求且由于線框電阻未知，不可用牛頓第二定律求t0時刻的速度時刻的速度v0，

24、而在，而在t03t0時間內(nèi)，線框只受拉時間內(nèi)，線框只受拉力力F作用，由牛頓第二定律得作用，由牛頓第二定律得Fm ，求，求得得vv0 ，B對；線框從對；線框從2位置運動到位置運動到3位置與線框從位置與線框從1位位置進入磁場到置進入磁場到t0時刻受力情況相同，因此安培力時刻受力情況相同，因此安培力的變化相同，即線框在通過的變化相同，即線框在通過3位置時的速度與位置時的速度與t0時刻的速度相等時刻的速度相等(類比法類比法)，C錯；由以上分析和錯；由以上分析和能量守恒定律可知，線框從能量守恒定律可知，線框從1位置進入磁場到位置進入磁場到3位置完全離開磁場的過程中，線框中產(chǎn)生的電位置完全離開磁場的過程中，線框中產(chǎn)生的電熱為拉力做的功與線框損失的動能之和，即熱為拉力做的功與線框損失的動能之和，即 ，D錯答案為錯答案為B.