2020高考物理 月刊專版 專題09 交變電流和電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用專題

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1、交變電流和電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)與電路規(guī)律的綜合應(yīng)用專題測試題 一、電路問題 1、確定電源：首先判斷產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的那一部分導(dǎo)體（電源），其次利用或求感應(yīng)電動勢的大小，利用右手定則或楞次定律判斷電流方向。 2、分析電路結(jié)構(gòu)，畫等效電路圖 3、利用電路規(guī)律求解，主要有歐姆定律，串并聯(lián)規(guī)律等 二、圖象問題 1、定性或定量地表示出所研究問題的函數(shù)關(guān)系 2、在圖象中E、I、B等物理量的方向是通過正負(fù)值來反映 3、畫圖象時要注意橫、縱坐標(biāo)的單位長度定義或表達(dá) 【例1】如圖所示，平行導(dǎo)軌置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中（方向向里），間距為L，左端電阻為R，其余電阻不計，導(dǎo)軌右端接一電容為C的

2、電容器?，F(xiàn)有一長2L的金屬棒ab放在導(dǎo)軌上，ab以a為軸順時針轉(zhuǎn)過90°的過程中，通過R的電量為多少？ 解析：（1）由ab棒以a為軸旋轉(zhuǎn)到b端脫離導(dǎo)軌的過程中，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一直增大，對C不斷充電，同時又與R構(gòu)成閉合回路。ab產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的平均值 ① 表示ab掃過的三角形的面積，即 ② 通過R的電量 ③ 由以上三式解得 ④ 在這一過程中電容器充電的總電量Q=CUm ⑤ Um為ab棒在轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的最大值。即 ⑥ 聯(lián)立⑤⑥得： （2）當(dāng)ab棒脫離導(dǎo)軌后（對R放電，通過R的電量為 Q2，所以整個過程中通過

3、 R的總電量為： Q=Q1＋Q2= 電磁感應(yīng)中“雙桿問題”分類解析 【例2】勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度 B=0.2 T，磁場寬度L=3rn，一正方形金屬框邊長ab==1m，每邊電阻r=0.2Ω，金屬框以v=10m/s的速度勻速穿過磁場區(qū)，其平面始終保持與磁感線方解析：線框進(jìn)人磁場區(qū)時 E1=B l v=2 V，=2.5 A 方向沿逆時針，如圖（1）實線abcd所示，感電流持續(xù)的時間t1==0.1 s 線框在磁場中運動時：E2=0，I2=0 無電流的持續(xù)時間：t2==0.2 s， 圖（2） 線框穿出磁場區(qū)時：E3= B l v=2 V，=2.5 A 此電流的方向為順時針，如圖（1）虛

4、線abcd所示，規(guī)定電流方向逆時針為正，得I-t圖線如圖（2）所示 （2）線框進(jìn)人磁場區(qū)ab兩端電壓 U1=I1 r=2.5×0.2=0.5V 線框在磁場中運動時；b兩端電壓等于感應(yīng)電動勢 U2=B l v=2V 線框出磁場時ab兩端電壓：U3=E - I2 r=1.5V 由此得U-t圖線如圖（3）所示 點評：將線框的運動過程分為三個階段，第一階段ab為外電路，第二階段ab相當(dāng)于開路時的電源，第三階段ab是接上外電路的電源 三、綜合例析 電磁感應(yīng)電路的分析與計算以其覆蓋知識點多，綜合性強(qiáng)，思維含量高，充分體現(xiàn)考生能力和素質(zhì)等特點，成為歷屆高考命題的特點. 1、命題特點 對

5、電磁感應(yīng)電路的考查命題，常以學(xué)科內(nèi)綜合題目呈現(xiàn)，涉及電磁感應(yīng)定律、直流電路、功、動能定理、能量轉(zhuǎn)化與守恒等多個知識點，突出考查考生理解能力、分析綜合能力，尤其從實際問題中抽象概括構(gòu)建物理模型的創(chuàng)新能力. 2、求解策略 變換物理模型，是將陌生的物理模型與熟悉的物理模型相比較，分析異同并從中挖掘其內(nèi)在聯(lián)系，從而建立起熟悉模型與未知現(xiàn)象之間相互關(guān)系的一種特殊解題方法.巧妙地運用“類同”變換，“類似”變換，“類異”變換，可使復(fù)雜、陌生、抽象的問題變成簡單、熟悉、具體的題型，從而使問題大為簡化. 解決電磁感應(yīng)電路問題的關(guān)鍵就是借鑒或利用相似原型來啟發(fā)理解和變換物理模型，即把電磁感應(yīng)的問題等效轉(zhuǎn)換成

6、穩(wěn)恒直流電路，把產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體等效為內(nèi)電路.感應(yīng)電動勢的大小相當(dāng)于電源電動勢.其余部分相當(dāng)于外電路，并畫出等效電路圖.此時，處理問題的方法與閉合電路求解基本一致，惟一要注意的是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，有時導(dǎo)體兩端有電壓，但沒有電流流過，這類似電源兩端有電勢差但沒有接入電路時，電流為零. 【例3】據(jù)報道，1992年7月，美國“阿特蘭蒂斯”號航天飛機(jī)進(jìn)行了一項衛(wèi)星懸繩發(fā)電實驗，實驗取得了部分成功.航天飛機(jī)在地球赤道上空離地面約3000 km處由東向西飛行，相對地面速度大約6.5×103 m/s，從航天飛機(jī)上向地心方向發(fā)射一顆衛(wèi)星，攜帶一根長20 km，電阻為800 Ω的金屬懸繩，使這根懸繩與

7、地磁場垂直，做切割磁感線運動.假定這一范圍內(nèi)的地磁場是均勻的.磁感應(yīng)強(qiáng)度為4×10-5T，且認(rèn)為懸繩上各點的切割速度和航天飛機(jī)的速度相同.根據(jù)理論設(shè)計，通過電離層（由等離子體組成）的作用，懸繩可以產(chǎn)生約3 A的感應(yīng)電流，試求： （1）金屬懸繩中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢； （2）懸繩兩端的電壓； （3）航天飛機(jī)繞地球運行一圈懸繩輸出的電能（已知地球半徑為6400 km）. 命題意圖：考查考生信息攝取、提煉、加工能力及構(gòu)建物理模型的抽象概括能力. 錯解分析：考生缺乏知識遷移運用能力和抽象概括能力，不能于現(xiàn)實情景中構(gòu)建模型（切割磁感線的導(dǎo)體棒模型）并進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換為電源模型及直流電路模型），無

8、法順利運用直流電路相關(guān)知識突破. 解題方法與技巧：將飛機(jī)下金屬懸繩切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢看作電源模型，當(dāng)它通過電離層放電可看作直流電路模型.如圖所示. （1）金屬繩產(chǎn)生的電動勢： E=Blv=4×10-5×20×103×6.5×103 V=5.2×103 V （2）懸繩兩端電壓，即路端電壓可由閉合電路歐姆定律得： U=E-Ir=5.2×103-3×800 V=2.8×103 V （3）飛機(jī)繞地運行一周所需時間 t==s=9.1×103 s 則飛機(jī)繞地運行一圈輸出電能： E=UIt=2800×3×9.1×103 J=７.6×107 J 【例4】如圖所示，豎直向上的勻強(qiáng)磁場

9、，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5 T，并且以=0.1 T/s在變化，水平軌道電阻不計，且不計摩擦阻力，寬0.5 m的導(dǎo)軌上放一電阻R0=0.1 Ω的導(dǎo)體棒，并用水平線通過定滑輪吊著質(zhì)量M=0.2 kg的重物，軌道左端連接的電阻R=0.4 Ω，圖中的l=0.8 m，求至少經(jīng)過多長時間才能吊起重物. 命題意圖：考查理解能力、推理能力及分析綜合能力 錯解分析：（1）不善于逆向思維，采取執(zhí)果索因的有效途徑探尋解題思路；（2）實際運算過程忽視了B的變化，將B代入F安=BIlab，導(dǎo)致錯解. 解題方法與技巧： 由法拉第電磁感應(yīng)定律可求出回路感應(yīng)電動勢：E= ① 由閉合電路歐姆定律可求出回路中電流 I= ② 由于安培力方向向左，應(yīng)用左手定則可判斷出電流方向為順時針方向（由上往下看）.再根據(jù)楞次定律可知磁場增加，在t時磁感應(yīng)強(qiáng)度為： B′ =（B＋·t） ③ 此時安培力為 F安=B′Ilab ④ 由受力分析可知 F安=mg ⑤ 由①②③④⑤式并代入數(shù)據(jù)：t=495 s 解析：（1）棒滑過圓環(huán)直徑OO′ 的瞬時，MN中的電動勢