高考物理月刊專(zhuān)版-專(zhuān)題09-交變電流和電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)與電路問(wèn)題課件

電磁感應(yīng)與電路問(wèn)題1.

電磁感應(yīng)是電磁學(xué)的重點(diǎn)，是高中物理中難度較大、綜合性最強(qiáng)的部分．本專(zhuān)題主要討論電磁感應(yīng)現(xiàn)象中與電路有關(guān)的物理問(wèn)題，即電學(xué)知識(shí)部分，如電磁感應(yīng)定律、楞次定律、直流電路知識(shí)、磁場(chǎng)知識(shí)等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)．近年來(lái)，此專(zhuān)題在高考中出現(xiàn)的頻率極高，如感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件、方向判定、自感現(xiàn)象、電磁感應(yīng)的圖象和導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算，且要求較高，幾乎是年年有考。試題題型全面，選擇題，填空題，計(jì)算題都可涉及，尤其是難度大，涉及知識(shí)合能力強(qiáng)，多以中檔以上題目出現(xiàn)來(lái)增加試題的區(qū)分度，點(diǎn)多綜合能力強(qiáng)，多以2.中檔以上題目出現(xiàn)來(lái)增加試題的區(qū)分度，而選擇和填空題多以中檔左右的試題出現(xiàn)．本專(zhuān)題在備考中應(yīng)給予高度重視，強(qiáng)化訓(xùn)練．重點(diǎn)是感應(yīng)電流方向的判定；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的產(chǎn)生與計(jì)算．難點(diǎn)是結(jié)合電路中的圖象問(wèn)題、電流和電壓?jiǎn)栴}、能量與功率問(wèn)題、電量問(wèn)題、自感問(wèn)題等，通過(guò)典型例題、變式訓(xùn)練達(dá)到鞏固知識(shí)的目的，培養(yǎng)考生理解能力、分析綜合能力，尤其從實(shí)際問(wèn)題中抽象概括構(gòu)建物理模型的創(chuàng)新能力．

3.2010年浙江卷19題考查中涉及了楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律，側(cè)重與其他知識(shí)的綜合考查.2011年熱點(diǎn)是滑軌類(lèi)問(wèn)題、線框穿越磁場(chǎng)的圖象和能量問(wèn)題，側(cè)重綜合能力和運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題的能力．4.【例一】如圖8-1-1所示，直角三角形導(dǎo)線框abc固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，ab是一段長(zhǎng)為l、電阻為R的均勻?qū)Ь€，ac和bc的電阻可不計(jì)，ac長(zhǎng)度為.磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里．現(xiàn)有一段長(zhǎng)度為、電阻為均勻?qū)w桿MN架在導(dǎo)線框上，開(kāi)始時(shí)緊靠ac以恒定速度v向b端滑動(dòng)，滑動(dòng)中始終與ac平行并與導(dǎo)線框保持良好接觸．當(dāng)MN滑過(guò)的距離為時(shí)，導(dǎo)線ac中的電流是多大？方向如何？圖8-1-1

電磁感應(yīng)中的電流、電壓?jiǎn)栴}5.【分析】

MN勻速切割磁感線，相當(dāng)于一個(gè)直流電源，直角三角形導(dǎo)線框abc為負(fù)載電阻，畫(huà)出等效電路圖(如圖所示)，再用E=BLv求出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，用右手定則判定感應(yīng)電流的方向，運(yùn)用閉合電路歐姆定律求解．

6.【解析】外7.

【評(píng)析】本題考查了法拉第電磁感應(yīng)定律、右手定則、電阻串、并聯(lián)、閉合電路歐姆定律，但關(guān)鍵是找出等效電源、負(fù)載，畫(huà)出電路圖。8.如圖8-1-2所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一質(zhì)量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質(zhì)細(xì)桿懸掛在O點(diǎn)，并可繞O點(diǎn)擺動(dòng)．金屬線框從右側(cè)某一位置靜止開(kāi)始釋放，在擺動(dòng)到左側(cè)最高點(diǎn)的過(guò)程中，細(xì)桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面．則線框中感應(yīng)電流的方向是()圖8-1-2【變式題1】(2009·浙江)9.【解析】由楞次定律，一開(kāi)始磁通量減小，后來(lái)磁通量增大，由“增反”“減同”可知電流方向是:d→c→b→a→d.A．a(chǎn)→b→c→d→aB．d→c→b→a→dC．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d

【答案】

B10.【變式題2】(2010·上海物理)如圖8-1-3，一有界區(qū)域內(nèi)，存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)寬度均為L(zhǎng)，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線框abcd的bc邊緊靠磁場(chǎng)邊緣置于桌面上，使線框從靜止開(kāi)始沿x軸正方向勻加速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域，若以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较?，能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是圖()

圖8-1-311.12.【解析】在0～t1，電流均勻增大；在t1～t2，兩邊感應(yīng)電流方向相同，大小相加，故電流大；在t2～t3，因右邊離開(kāi)磁場(chǎng)，只有一邊產(chǎn)生感應(yīng)電流，故電流小，所以選A，B錯(cuò)誤．同理，因?yàn)镃是i-x圖象，不是i-t圖象，所以C中是曲線，C正確D錯(cuò)誤．【答案】AC13.【變式題3】(2009·廣東新洲中學(xué)月考)如圖8-1-4甲所示，水平面上的兩光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置，間距d=0.5m，電阻不計(jì)，左端通過(guò)導(dǎo)線與阻值R=2的電阻連接，右端通過(guò)導(dǎo)線與阻值RL=4

的小燈泡L連接．在CDFE矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，CE長(zhǎng)l=2m，有一阻值r=2

的金屬棒PQ放置在靠近磁場(chǎng)邊界CD處．CDFE區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化如圖8-1-4乙所示．在t=0至t=4s內(nèi)，金屬棒PQ保持靜止，在t=4s時(shí)使金屬棒PQ以某一速度進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域并14.保持勻速運(yùn)動(dòng)．已知從t=0開(kāi)始到金屬棒運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)邊界EF處的整個(gè)過(guò)程中，小泡燈的亮度沒(méi)有發(fā)生變化，求：(1)通過(guò)小燈泡的電流．(2)金屬棒PQ在磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的速度大?。畧D8-1-415.【解析】總16.(2)當(dāng)金屬棒在磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由金屬

棒切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，電路為R與RL并

聯(lián)，再與r串聯(lián)，此時(shí)電路的總電阻

總由于燈泡中電流不變，所以燈泡的電流則流過(guò)金屬棒的電流為

解得金屬棒PQ在磁場(chǎng)區(qū)域中的速度v=1m/s

電動(dòng)勢(shì)總17.【例二】如圖8-2-1所示，兩足夠長(zhǎng)平行光滑的金屬導(dǎo)軌MN、PQ相距為L(zhǎng)，導(dǎo)軌平面與水平面夾角a=30°，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo)軌平面向上，長(zhǎng)為L(zhǎng)的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導(dǎo)軌上，且始終與導(dǎo)軌電接觸良好，金屬棒的質(zhì)量為m、電阻為R.兩金屬導(dǎo)軌的上端連接右端電路，燈泡的電阻RL=4R，定值電阻R1=2R，電阻箱電阻調(diào)到使R2=12R，重力加速度為g，現(xiàn)將金屬棒由靜止釋放，試求：電磁感應(yīng)中的電功、電熱問(wèn)題18.圖8-2-1(1)金屬棒下滑的最大速度為多少？(2)R2為何值時(shí)，其消耗的功率最大？最大的功率為多少？19.【解析】總總20.并并21.【變式題1】(2010·溫州八校聯(lián)考)如圖8-2-2所示，金屬棒AB垂直跨擱在位于水平面上的兩條平行光滑金屬導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌接觸良好，棒AB和導(dǎo)軌電阻均忽略不計(jì)．導(dǎo)軌左端接有電阻R，垂直于導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)向下穿過(guò)平面．現(xiàn)以水平向右的恒定外力F拉著棒AB向右移動(dòng)，t秒末棒AB速度為v，移動(dòng)的距離為l，且在t秒內(nèi)速度大小一直在變化，則下列判斷正確的是()22.A．t秒內(nèi)AB棒所受的安培力方向水平向左，大小逐漸增大B．t秒內(nèi)外力F做的功等于電阻R釋放的電熱C．t秒內(nèi)AB棒做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng)D．t秒末外力F做功的功率等于圖8-2-223.

【解析】金屬棒向右運(yùn)動(dòng)，據(jù)安培定則可知，AB棒受到的安培力向左，由于向右運(yùn)動(dòng)的速度增大，電流增大，所以安培力也逐漸增大，A對(duì)；F對(duì)棒做的功轉(zhuǎn)化為棒的動(dòng)能和R上的電熱，B錯(cuò)；t秒末F的功率為Fv，v為瞬時(shí)速度，由于不是勻加速運(yùn)動(dòng)，所以D錯(cuò)；因?yàn)楹懔不變，向左的安培力不斷增大，合力逐漸減小，所以加速度逐漸減小，C對(duì)．【答案】AC24.【變式題2】如圖8-2-3所示，平行光滑導(dǎo)軌豎直放置，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面，一質(zhì)量為m的金屬棒a沿導(dǎo)軌滑下，電阻R上消耗的最大功率為P(不計(jì)棒及導(dǎo)軌電阻)，要使R上消耗的最大功率為4P，可行的辦法有()A．將磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉?lái)的4倍B．將磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉?lái)的1/2C．將電阻R變?yōu)樵瓉?lái)的4倍D．將電阻R變?yōu)樵瓉?lái)的2倍圖8-2-325.【解析】【答案】BC26.【變式題3】(2009·福建)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8-2-4甲所示．已知發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻為5.0w，現(xiàn)外接一只電阻為95.0w的燈泡，如圖8-2-4乙所示，則()A．電壓表的示數(shù)為220VB．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484WD．發(fā)電機(jī)線圈內(nèi)阻每秒鐘產(chǎn)生的焦耳熱為24.2J圖8-2-427.【解析】28.【答案】D29.

【例三】

如圖8-3-1所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中固定放置一根串接一電阻R的直角形金屬導(dǎo)軌(在紙面內(nèi))，磁場(chǎng)方向垂直紙面朝里，另有兩根金屬導(dǎo)軌c、d分別平行于a、b放置，保持導(dǎo)軌之間接觸良好，金屬導(dǎo)軌的電阻不計(jì)．現(xiàn)經(jīng)歷以下四個(gè)過(guò)程：①以速率v移動(dòng)d，使它與Ob的距離增大一倍；②再以速率v移動(dòng)c，使它與Oa的距離減小一半；③然后，再以速率2v移動(dòng)c，使它回到原處；④最后以速率2v移動(dòng)d，使它也回到原處．設(shè)上述四個(gè)過(guò)程中通過(guò)電阻R的電荷量的大小依次為Q1、Q2、Q3和Q4，則()電磁感應(yīng)中的電量問(wèn)題30.A．Q1=Q2=Q3=Q4B．Q1=Q2=2Q3=2Q4C．2Q1=2Q2=Q3=Q4D．Q1Q2=Q3Q4

圖8-3-131.【分析】設(shè)開(kāi)始導(dǎo)軌d與Ob的距離為x1，導(dǎo)軌c與Oa的距離為x2，由法拉第電磁感應(yīng)定律知，移動(dòng)c或d時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)：，通過(guò)導(dǎo)體R的電量為：，由上式可知，通過(guò)導(dǎo)體R的電量與導(dǎo)體d或c移動(dòng)的速度無(wú)關(guān)，由于B與R為定值，其電量取決于所圍成面積的變化．32.【解析】①若導(dǎo)軌d與Ob距離增大一倍，即由x1變2x1，則所圍成的面積增大了DS1=x1

x2；②若導(dǎo)軌c再與Oa距離減小一半，即由x2變?yōu)?，則所圍成的面積又減小了DS2=2x1=x1x2；

③若導(dǎo)軌c再回到原處，此過(guò)程面積的變化為

;④最后導(dǎo)軌d又回到原處，此過(guò)程面積的變化為；由于，則通過(guò)電阻R的電荷量是相等的，即Q1=Q2=Q3=Q4，所以選A.【答案】A33.【評(píng)析】本題難度較大，要求考生對(duì)法拉第電磁感應(yīng)定律熟練掌握，明確電量與導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)，而取決于磁通量的變化，同時(shí)結(jié)合圖形去分析物理過(guò)程，考查了考生綜合分析問(wèn)題的能力．34.【變式題1】如圖8-3-2所示，匝數(shù)N=100匝、截面積S=0.2m2、電阻r=0.5

的圓形線圈MN處于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間按B=0.6+0.02t(T)的規(guī)律變化．處于磁場(chǎng)外的電阻R1=3.5，R2=6

，電容C=30μF，開(kāi)關(guān)S開(kāi)始時(shí)未閉合，求：

(1)閉合S后，線圈兩端M、N兩點(diǎn)間的電壓UMN和電阻R2消耗的電功率；(2)閉合S一段時(shí)間后又打開(kāi)S，則S斷開(kāi)后通過(guò)R2的電荷量為多少？圖8-3-235.【解析】(1)線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)通過(guò)電源的電流強(qiáng)度線圈兩端M、N兩點(diǎn)間的電壓電阻R2消耗的電功率36.

(2)閉合S一段時(shí)間后，電路穩(wěn)定，電器C相當(dāng)于開(kāi)路，其兩端電壓UC等于R2兩端的電壓，即:

電容器充電后所帶電荷量為:

當(dāng)S再斷開(kāi)后，電容器通過(guò)電阻R2放電，通過(guò)R2的電荷量為7.2×10-6C.37.圖8-3-3如圖8-3-3所示，單匝矩形閉合導(dǎo)線框abcd全部處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框面積為S，電阻為R.線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度w勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，線框中感應(yīng)電流的有效值I=

.線框從中性面開(kāi)始轉(zhuǎn)過(guò)的過(guò)程中，通過(guò)導(dǎo)線橫截面的電荷量q=

.【變式題2】(2009·天津)38.

【解析】本題考查交變流電的產(chǎn)生和最大值、有效值、平均值的關(guān)系及交變電流中有關(guān)電荷量的計(jì)算等知識(shí)．39.【變式題3】如圖8-3-4所示，兩個(gè)電阻的阻值分別為R和2R，其余電阻不計(jì)，電容器的電容為C，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里，金屬棒ab、cd的長(zhǎng)度均為l，當(dāng)棒ab以速度v向左切割磁感應(yīng)線運(yùn)動(dòng)，棒cd以速度2v向右切割磁感應(yīng)線運(yùn)動(dòng)時(shí)，電容C的電量為多大？哪一個(gè)極板帶正電？圖8-3-440.【解析】41.圖8-4-1AD【例4】電磁感應(yīng)中的自感問(wèn)題42.【解析】電鍵K閉合時(shí)每個(gè)燈泡的電流為I，則流過(guò)電感L1的電流為2I，流過(guò)電感L2的電流為I，斷開(kāi)電鍵K的瞬間，通過(guò)電感上的電流不會(huì)發(fā)生突變，L1中的電流從2I減小到零，L2中的電流從I減小到零，bc中電流都從I減小到零，a中電流從2I減小到零，故b、c緩慢變暗，a燈先亮一下然后逐漸變暗，AD正確．【答案】AD43.A．電流表A1的示數(shù)比A2的小B．電流表A2的示數(shù)比A3的小C．電流表A1和A2的示數(shù)相同D．電流表的示數(shù)都不為零

圖8-4-2【變式題1】(2010·四川)圖8-4-2甲所示電路中，A1、A2、A3為相同的電流表，C為電容器，電阻R1、R2、R3的阻值相同，線圈L的電阻不計(jì)．在某段時(shí)間內(nèi)理想變壓器原線圈內(nèi)磁場(chǎng)的變化如圖8-4-2乙所示，則在t1～t2時(shí)間內(nèi)( )44.【解析】由B-t圖象知在t1～t2時(shí)間內(nèi)，原線圈中磁場(chǎng)先負(fù)向減小后正向增大，則副線圈中磁通量是均勻變化的，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律在副線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小不變，再根據(jù)楞次定律可判斷負(fù)向減小時(shí)和正向增大時(shí)感應(yīng)電流的方向相同，則在t1～t2時(shí)間內(nèi)副線圈中感應(yīng)電流為穩(wěn)恒電流，所以A1和A2的示數(shù)相同，A3的示數(shù)為0.【答案】C

45.圖8-4-3【變式題2】如圖8-4-3所示，L1、L2、L3是完全相同的燈泡，L為直流電阻可忽略的自感線圈，開(kāi)關(guān)S原來(lái)接通，將開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，下面說(shuō)法正確的是( )A．L1閃亮一下后熄滅B．L2閃亮一下后恢復(fù)原來(lái)的亮度C．L3變暗一下后恢復(fù)原來(lái)的亮度D．L3閃亮一下后恢復(fù)原來(lái)的亮度D

46.圖8-5-1【例5】

abcd固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感線的方向與導(dǎo)線框所在平面垂直，規(guī)定磁場(chǎng)的正方向垂直紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖8-5-1所示．若規(guī)定順時(shí)針?lè)较驗(yàn)楦袘?yīng)電流I的正方向，下列各圖中正確的是(

)

電磁感應(yīng)中的圖像47.48.【分析】解決圖象類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵是分析磁通量的變化是否均勻，從而判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(電流)或安培力的大小是否恒定，然后運(yùn)用楞次定律或右手定則判斷它們的方向，分析出相關(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)在中的范圍．

49.【解析】0～1s內(nèi)B垂直紙面向里均勻增大，則由楞次定律及法拉第電磁感應(yīng)定律可得線圈中產(chǎn)生恒定的感應(yīng)電流，方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，排除A、C選項(xiàng)；2s～3s內(nèi)，B垂直紙面向外均勻增大，同理可得線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，排除B選項(xiàng)，D正確．【答案】D50.【評(píng)析】考查了電磁感應(yīng)現(xiàn)象中對(duì)圖象問(wèn)題的分析，要正確理解圖象問(wèn)題，必須能根據(jù)圖象的定義把圖象反映的規(guī)律對(duì)應(yīng)到實(shí)際過(guò)程中去，又能根據(jù)對(duì)實(shí)際過(guò)程的抽象對(duì)應(yīng)到圖象中去，最終根據(jù)實(shí)際過(guò)程的物理規(guī)律判斷．51.【變式題1】(2010·浙江)半徑為r帶缺口的剛性金屬圓環(huán)在紙面上固定放置，在圓環(huán)的缺口兩端引出兩根導(dǎo)線，分別與兩塊垂直于紙面固定放置的平行金屬板連接，兩板間距為d，如圖8-5-2(甲)所示．有一變化的磁場(chǎng)垂直于紙面，規(guī)定向內(nèi)為正，變化規(guī)律如圖8-5-2(乙)所示．在t=0時(shí)刻平板之間中心有一重力不計(jì)，電荷量為q的靜止微粒，則以下說(shuō)法正確的是( )

52.A．第2秒內(nèi)上極板為正極B．第3秒內(nèi)上極板為負(fù)極C．第2秒末微?；氐搅嗽瓉?lái)位置D．第2秒末兩極板之間