板块四电磁感应和电路.docx

1、板块四电磁感应和电路板块四：电磁感应和电路一、 考点展示与解读：1、考点展示：主题内容要求说明电路欧姆定律电阻定律电阻的串、并联电源的电动势和内阻闭合电路的欧姆定律不要求解反电动势问题电功率、焦耳定律电磁感应电磁感应现象不要求判断内电路各点电势的高低磁通量法拉第电磁感应定律导体切割磁感线时，感应电动势的计算，只限于l垂直于v、B的情况楞次定律自感、涡流不要求用自感系数计算自感电动势交变电流交变电流、交变电流的图像正弦交变电流的函数表达式、峰值和有效值不讨论交变电流的相位和相位差问题理想变压器只讨论单相理想变压器远距离输电2、考纲解读：2012年高考预测考查重点：选择题：直流电路的分析；楞次定律

2、的理解和运用；感应电流的图象问题；电磁感应过程中的动态分析问题；变压器原理及三个关系；交变电流的产生及描述问题。计算题：以导体棒运动（或磁场运动）为背景，综合运用电路的相关知识、牛顿运动定律和能的转化和守恒定律解决导体棒类问题；电磁感应与带电粒子在场中运动综合问题分析。二、知识网络：三、重点难点：1、电源的电动势和内阻电动势E是反映不同电源把其他形式的能转化为电能的本领大小的物理量。大小等于外电路开路时的路端电压，数值上等于把1C的正电荷从电源负极移到正极时非静电力所做的功。我们规定由负极经电源内部指向正极的方向（即电势升高的方向）为电动势的方向。2、电功和电热电功WqUUIt；电热QI2Rt

3、.(1)对纯电阻电路（如电炉等），电功等于电热，即电流流经纯电阻电路，消耗的电能全部转化为内能，电能=内能，所以WQUItI2RtU2t/R(2)对非纯电阻电路(如电动机和电解槽等)，由于电能除了转化为电热之外还同时转化为机械能或化学能等其他形式的能，电能=内能+其他能，所以电功必然大于电热，即WQ，这时电功只能用WUIt计算，电热只能用QI2Rt计算例1如图所示，电阻R1=20，电动机绕线电阻R2=10，当电键S断开时，电流表的示数是I1=0.5A,当电键合上后，电动机转动起来，电路两端的电压不变，电流表的示数I和电路消耗的电功率P应是（ ）AI=1.5A B.I1.5ACP=15W D.P

4、15W答案：（ BD ）3、欧姆定律、闭合电路的欧姆定律表达形式：(1)EU外U内； (2)IE/(R+r) (I、R间关系)；(3)UEIr(U、I间关系)； (4)UIR (U、R间关系)当外电路短路时(R0，因而U外0)，电流最大，为ImE/r(不允许出现这种情况，因为这会把电源烧坏)如R,则U = E4串、并电路的特点和性质（1）串联电路两个基本特点：U=U1=U2=U3=，I=I1=I2=I3 三个重要性质：R=R1+R2+R3+ U/R=U1/R1=U2/R2； P/R=P1/R1=P2/R2=Pn/Rn=I2.（2）并联电路两个基本特点：U=U1=U2=U3=I=I1+I2+I3

5、 三个重要性质：1/R=1/R1+1/R2+1/R3+，IR=I1R1=I2R2=I3R3=InRn=UP/R=P1/R1=P2/R2=P3/R3=Pn/Rn=U2.熟记：n个相同电阻R并联，总电阻R总R/n；两个电阻R1、R2并联，总电阻R总R1R2/(R1+R2)；不论串联、并联，某一支路电阻变大(其它支路电阻不变)，总电阻必变大，反之变小；并联支路增多，总电阻变小，反之增大； 并联电路总电阻小于任一支路电阻。5、电源的功率和效率(1)电源的功率P：也称电源的总功率，是电源将其他形式的能转化为电能的功率，计算式为：PIE(普遍适用)；PE2/(R+r)I2(Rr)(只适用于外电路为纯电阻的

6、电路)(2)电源内阻消耗功率P内：是电源内阻的热功率，也称电源的损耗功率，计算式为：P内I2r.(3)电源的输出功率P外：是外电路上消耗的功率，计算式为：P外IU外=EI -I2r(普遍适用)；P外I2RU外2/R (只适用于外电路为纯电阻的电路)(4)电源的效率：P外/P总 =UI/EI=U/E=R/(R+r)(5)电源的输出功率(P外)与外电阻R的关系：P外与R的关系图象如图所示6、法拉第电磁感应定律产生感应电动势、感应电流的条件：（1）闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体内就可以产生感应电动势和感应电流；（2）穿过线圈的磁通量发生变化时，线圈里就产生感应电动势或感应电流。

7、注意：对于闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线运动时不一定产生感应电流。如：如图所示，闭合线圈abcd部分导体在匀强磁场中做切割磁感线运动，但整个线圈中却没有感应电流产生.原因是：整个线圈中的磁通量并没有发生变化，回路总电动势为零.在电磁感应现象中，产生的感应电动势大小，跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比.=/t注意：（1）公式=/t计算的是t内的平均电动势. t0时，为瞬时电动势。（2）当回路中有部分导体在做切割磁感线运动时,在导体两端产生的感应电动势的计算公式=BLvsin （BL）式中为导体运动方向与磁感线方向的夹角.（应用时一定要注意B与v之间的夹角）.注意：v是平均速度则求得平

8、均感应电动势；若v是瞬时速度，则求得瞬时感应电动势.7、楞次定律感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。即阻碍原磁通量的变化、阻碍导体间的相对运动、阻碍线圈的形变、阻碍原电流的变化。当部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，产生感应电动势和感应电流用右手定则判定.当闭合电路中的磁通量发生变化时，引起感应电流时，用楞次定律判断.8、自感现象的分析一个含有自感线圈的电路与电源接通或断开时，由于自感线圈的“电惯性”，电流只能渐变而不能突变; 当电流达到稳定值时，没有感应电动势产生，此时自感线圈就是普通导线。利用这一特点可以快速解答相关问题。例2.如图所示的电路中，电源电动势为E（内阻不可忽略），线圈L

9、的电阻不计。以下判断准确的是（ ）A.闭合S稳定后，电容器两端电压为EB.闭合S稳定后，电容器的a极板带正电C.断开S的瞬间，通过R1的电流方向向右D.断开S的瞬间，通过R2的电流方向向右答案：（ C）例3.如图所示，P,Q是两个完全相同的灯泡，L是直流电阻为零的纯电阻，且自感系数L很大。C是电容较大且不漏电的电容器，下列判断正确的是( )A. S闭合时，P灯亮后逐渐熄灭，Q灯逐渐变亮B. S闭合时，P灯、Q灯同时亮，然后P灯变暗，Q灯变得更亮C. S闭合，电路稳定后，S断开时，P灯突然亮一下，然后熄灭，Q灯立即熄灭D. S闭合，电路稳定后，S断开时，P灯突然亮一下，然后熄灭，Q灯逐渐熄灭答案

10、：（ D ）四、思维与方法：1、非线性电路的求解方法非线性电路（如含二极管、热敏电阻的电路等）的分析要用到图线相交法。要注意理解图象交点的物理意义。例4如图a所示为一个电灯两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线，可见两者不成线性关系，这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故。参考这根曲线，回答下列问题（不计电流表和电池的内阻）。（1）若把三个这样的电灯串联后，接到电动势为12V的电源上，求流过灯泡的电流和每个灯泡的电阻。（2）如图b所示，将两个这样的电灯并联后再与10的定值电阻串联，接在电动势为8V的电源上，求通过电流表的电流值及各灯泡的电阻值。分析与解：（1）由于三个电灯完全相同中，所以每

11、个电灯两端的电压UL=12/3V=4V。在图a中画出U=4V的直线，得到和曲线的交点坐标为(4V,0.4A)，所以流过电灯的电流为0.4A，此时每个电灯的电阻值为。（2）设此时电灯两端的电压为U，流过每个电灯的电流为I，根据闭合电路欧姆定律得：E=2IR0+U，代入数据得U=8-20I.在图a上画出此直线，得到如图c所示的图象，可求得到直线和曲线的交点坐标为(2V,0.3A)，即流过电灯的电流为0.3A,流过电流表的电流强度为0.6A,此时电灯的电阻为。2、电路的动态分析分析直流电路的动态变化基本思路：(1)“局部整体局部”；(2)先分析电路结构未变化的，再分析变化的；(3)当R为定值时，R=

12、U/I=U/I.例5.在如图所示的电路中，电源电动势为E.设电流表的示数为I.电压表的示数为U，电容器C所带的电荷量为Q.将滑动变阻器R1的滑动触头P向上移动，待电流达到稳定后，则与P移动前相比( )A若电源内阻不可忽略，则U减小B若电源内阻不可忽略，则I增大C若电源内阻不可忽略，则Q减小D若电源内阻可以忽略，则Q减小答案：（AC）例6.如图所示电路中，闭合电键S，当滑动变阻器的滑动触头P，向下滑动时，四个理想电表的示数都发生变化，电表的示数分别用I、U1、U2和U3表示，电表示数变化量的大小分别用I、U1、U2和U3表示。下列比值正确的是（ ） （A）U1/I不变，U1/I不变. （B）U2

13、/I变大，U2/I变大. （C）U2/I变大，U2/I不变. （D）U3/I变大，U3/I不变.答案：（ACD）分析变压器动态变化问题的基本思路：在匝数比一定的情况下:理想变压器的输出电压由输入电压决定;输入电流由输出电流决定,输出电流由负载决定;输入功率由输出功率决定即例7.如图所示，T为理想变压器，A1、A2为理想交流电流表，V1、V2为理想交流电压表，R1，R2，R3为电阻，原线圈两端接电压一定的正弦交流电，当开关S闭合时，各交流电表的示数变化情况应是（ ）A电压表V1读数变小B电压表V2读数变大C电流表A1 读数变大D电流表A2读数变小答案：（C）3、电路故障的分析电路故障一般为断路和

14、短路，断路的表现是电路的端电压不为零而电流为零，一般是用电压表测量电路中某两点电压，若电压不为零，则说明这两点与电源的连接完好，断路点就在该两点之间，这样逐渐缩小测量范围即可找到断路点(用电流表也可类似得出)短路的表现是电流不为零而电压为零从电路分析角度看，断路可认为是电路中某处电阻增大，短路可认为电路某处电阻减小，因此也可用电路动态分析方法，从其他元件的电流、电压或功率(亮度)情况得到线索进行解答例8普通照明电路的一只白炽灯泡不发光了，电工师傅在检修时，拧下上盖，露出了两个接线柱（如图a，b所示）。然后用测电笔分别去接触a接线柱和b接线柱，结果发现都能使测电笔的氖管发光。根据这一现象，电工师

15、傅就判断出了故障的性质及发光故障的部位。以下说法中你认为正确的是（ ）A短路。短路处必在灯口内B短路。短路处必在跟灯口连线的两根电线之间C断路。必是跟灯口连接的两根电线中有一根断了，且断掉的那根是零线，灯泡的钨丝肯定没有断D短路。必是灯泡的钨丝断了，而不是连接灯口的电线断了答案：（C）4、含容电路的分析电容器两极板间的电压等于与电容器并联的电路两端的电压，与电容器串联的电阻两端的电压一定为零(有阻无流，则无电压)例9.如图所示，一个平行板电容器放在虚线框所示矩形区域的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面且与板面平行，金属板a与电源的正极相连。一个不计重力的带正电粒子以初动能E从左向右水平进入平行板中，

16、并沿直线穿过两板区域。则下列说法正确的是（ ）A保持开关S闭合，a板稍向上平移，粒子将沿曲线运动，从极板右边穿出时的动能减少B保持开关S闭合，a板稍向上平移，粒子仍沿直线运动，从极板右边穿出时的动能不变C断开开关S，a板稍向下平移，粒子仍沿直线运动，从极板右边穿出时的动能不变D断开开关S，a板稍向下平移，粒子将沿曲线运动，从极板右边穿出时的动能增加答案：（AC）5、含电表（理想或非理想）电路的分析理想情况：电流表内阻为零，电压表内阻可视为无穷大，都对电路没有影响在分析和计算时，常将电流表视为短路，将电压表视为断路；实际情况：可将电流表视为阻值为其内阻、能测量其本身电流的特殊电阻串入电路中，可将

17、电压表视为阻值为其内阻、能测量其本身电压的特殊电阻并入电路中例10.如图所示，用同一电路测量一未知电阻Rx，两次测量分别用不同的电流表和电压表，且R0保持不变第一次测量读数为3V、4mA，第二次测量读数为4V、3.9mA，则可推断Rx的测量值比较准确的是 ，该值与真实值比较 (填“偏大”“偏小”或“相等”)答案：（ 750，偏大 ）例11.三个完全相同的电压表如图所示接入电路中，已知V1表读数为8V，V3表的读数为5V，那么V2表读数为_.答案：3V。6、含传感器电路问题的分析例12.“陶瓷气敏传感器”可以用于分析气体中酒精蒸汽的含量，常用于检查酒后驾驶的人员。如果司机饮酒，血液中的酒精成分会

18、扩散到呼出的气体中，呼出的气体喷在传感器上，传感器的电阻将随酒精蒸汽浓度发生相应的变化，从而可以检测血液中的酒精含量。某种陶瓷气敏传感器的的电导（即电阻的倒数）与气体中酒精蒸汽浓度C的关系如图甲所示，现用其组成如图乙所示的检测电路（电池内阻为r,电流表内阻不计）。以下说法正确的是（ ）A.此陶瓷气敏传感器的电阻与气体中酒精蒸汽的浓度成反比B.气体中酒精蒸汽的浓度越大，则电流表指针偏转的角度越大C.气体中酒精的蒸汽浓度越大，则电池的路端电压越小，电阻R0两端的电压也越小D.电池用的时间长了，电动势减小，内阻变大，则会导致测得的酒精浓度偏低答案：（ BD）7、电磁感应定律的综合运用技巧（四类）解决

19、电磁感应电路综合问题的一般思路是：“先电后力”，即：先作“源”的分析分析电路中由电磁感应所产生的电源，求出电源参数E和r；再进行“路”的分析分析电路结构，弄清串并联关系，必要时画出等效电路图。求出相关部分的电流大小，以便安培力的求解；然后是研究对象（通常是金属杆、导体、线圈等）“力”的分析受力图（有时要将立体图转化为平面图）“运动”状态的分析运动过程示意图，阶段分析与状态分析。“能量”的分析寻找电磁感应过程中其能量转化和守恒的关系。题型1：电磁感应中的电路问题：解决电磁感应电路问题的关键就是借鉴或利用相似原型来启发理解和变换物理模型，即把电磁感应的问题等效转换成恒定直流电路，把产生感应电动势的

20、那部分导体等效为内电路感应电动势的大小相当于电源电动势其余部分相当于外电路，并画出等效电路图此时，处理问题的方法与闭合电路求解基本一致，唯一要注意的是电磁感应现象中，有时导体两端有电压，但没有电流流过，这类似于电源两端有电势差但没有接入电路时，电流为零求解这一类问题的步骤为：a.确定电源：判断产生电磁感应现象的是哪一部分导体（电源），利用E=n/t或E =BLvsin求感应电动势的大小，利用右手定则或楞次定律判断电流方向。b.分析电路结构，画等效电路图。c.利用电路规律（闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率公式等）求解。例13.（2007四川） 如图所示，P、Q为水平面内平行放置的光滑金属

21、长直导轨，间距为L1，处在竖直向下、磁感应强度大小为B1的匀强磁场中。一导体杆ef垂直于P、Q 放在导轨上，在外力作用下向左做匀速直线运动。质量为 m、每边电阻均为r、边长为L2的正方形金属框 abcd 置于竖直平面内，两顶点 a、b通过细导线与导轨相连，磁感应强度大小为 B2的匀强磁场垂直金属框向里，金属框恰好处于静止状态。不计其余电阻和细导线对 a、b 点的作用力。 ( 1 ）通过 ab 边的电流Iab是多大？( 2 ）导体杆 ef 的运动速度v是多大？答案：（1）3mg/4B2L2 (2)3mgr/4B1B2L1L2题型2：电磁感应中的图象问题：题型特点：在电磁感应现象中，回路产生的感应

22、电动势、感应电流及磁场对导线的作用力随时间的变化规律，也可用图象直观地表示出来此问题可分为两类(1)由给定的电磁感应过程选出或画出相应的物理量的函数图象;(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程,确定相关的物理量.答题技巧：要注意坐标轴上的标度、时间间隔、物理量方向、大小、变化趋势等。 例14如图所示，两个垂直纸面的匀强磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B，磁场区域宽度均为a，一正三角形（中垂线长为a） 导线框ABC从图示位置沿x轴正方向匀速穿过两磁场区域，以逆时针方向为电流的正方向，在下图中感应电流i与线框移动距离x的关系图象正确的是（ ）答案：（C）题型3：电磁感应中的能量问题a. 明确研究

23、对象、研究过程；b. 进行正确的E感大小分析、感应电路分析、受力分析、运动分析c. 明确各力的做功情况及伴随的能量转化情况d. 利用动能定理、能量守恒定律或功能关系列方程求解。分析问题时，应当牢牢抓住能量守恒这一基本规律，分析清楚有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量参与了相互转化，如有滑动摩擦力做功，必然有内能出现；重力做功，就可能有机械能参与转化；安培力做负功就将其他形式能转化为电能，做正功将电能转化为其他形式的能；然后利用能量守恒列出方程求解例15.如图所示，水平的平行虚线间距为d=50cm，其间有B=1.0T的匀强磁场。一个正方形线圈边长为l=10cm，线圈质量为m=100g，电阻为R

24、=0.20.开始时，线圈的下边缘到磁场上边缘的距离为h =80cm。将线圈由静止释放，其下边缘刚进入磁场和刚穿出磁场时的速度相等。取g=10m/s2.求：（1）线圈下边缘刚进入磁场时，线圈产生电流的大小和方向；（2）线圈进入磁场过程中产生的电热Q。答案：（1）I=2A ，方向：逆时针 （2）0.50J题型4：电磁感应中的动力学问题解决这类问题的关键在于通过运动状态的分析来寻找过程中的临界状态，如速度、加速度取最大值或最小值的条件等，基本思路是：电磁学部分思路：将产生感应电动势的部分电路等效为电源，分析内外电路结构，应用闭合电路欧姆定律等建立电学量之间的关系。力学部分思路：分析导体受力情况以及运

25、动情况，应用牛顿定律、动能定理、机械能守恒定律等建立力学量之间的关系。桥梁：感应电流受到的安培力是建立电学量和力学量的桥梁。例16如图所示，AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为L，导轨平面与水平面的夹角是，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感强度为B，在导轨的A、C端连接一个阻值为R的电阻。一根垂直于导轨放置的金属棒ab,质量为m，从静止开始沿导轨下滑，求ab棒的最大速度。已知ab与导轨间的动摩擦因素为，导轨和金属棒的电阻都不计。分析与解：金属棒ab下滑时，其加速度为：棒由静止下滑，当V变大时，有下述过程发生：V Fa V ,可知a=0时速度达到最大

26、值，以后棒做匀速运动。当平衡时有：所以有：。8、交流电四种值的运用峰值的运用：计算电容器的击穿电压。瞬时值的运用：计算安培力的瞬时值、氖泡发光、电功率瞬时值、通断电时间。平均值的运用：计算通过导体横截面的电量。有效值的运用：计算与电流热效应有关的量（如电功、电功率等）、保险丝的熔断电流、电机的铭牌上所标的值、交流电表的示数。9、远距离输电的分析技巧远距离输电示意图如图所示：分析技巧：弄清电压关系、电流关系、功率关系；抓输电线上损失功率P的计算，抓I2的计算。10、等效电路分析方法：电路的等效原则电源等效：产生电磁感应现象的电路通常是一个闭合电路，产生电动势的那一部分电路相当于电源，产生的感应电

27、动势就是电源的电动势，在“电源”内部电流的流向是从“电源”的负极流向正极，该部分电路两端的电压相当于路端电压，UER/(R+r)。在一些电路中，可以将一部分含电源的未知电路等效成一个不知内阻和电动势的电源。其等效电动势E等于未接入用电器时两输出端的电压，把两输出端用导线短接，通过该导线的电流等于等效电源的短路电流I，则等效电源的内电阻r=E/I。电路等效：元件的等效处理，理想电压表开路、理想电流表短路（先去掉不考虑，最后加上）；被短路或被开路的元件去掉。电路等效的常用方法电流分支法等势点排列法五、易错点辨析：1、分不清电阻伏安特性曲线UI图象和电源外特性曲线UI图象，导致错误： 对电源有：U=

28、E-Ir，如图中a线。 对定值电阻有：U=IR，如图中b线，a线和b线交点为定值电阻的工作电压电流。 图中a线常用来分析电源电动势和内阻的测量实验。 图中矩形OABD、OCPD和ABPC的“面积”分别表示电源的总功率、输出功率和内电阻消耗的功率。（5）非线性电路的求解问题。非线性电路（如含二极管、热敏电阻的电路等）的分析要用到图线相交法。要注意理解图象交点的物理意义。例17.把晶体二极管D和电阻R串联起来，连接成如图甲所示的电路。电源的电动势E=5.0V，内电阻不计。二极管两端的电压U与其中的电流I的关系曲线（伏安特性曲线）如图乙中实线所示，但为简单起见，可近似地看作直线，直线与横轴的交点E0

29、=1.0V（见图中虚线），即二极管上所加电压UE0时，I和U为线性关系，此二极管消耗的功率P超过4.0W时将被烧坏。（1）电阻R最小要多大才不致烧坏二极管？（2）在保证不致烧坏二极管的条件下，R值为多大时，输入给R的功率最大，此功率最大值等于多少？分析与解：（1）由题意， 二极管伏安特性曲线的方程可表示为： U=E0+R0I其中已知E0=1.0V，R0值可由特性曲线直线段上某点的U和I值得出，把A点坐标（4V,6A）代入上式可得，R0=0.5.按题意，二极管消耗的功率应满足：P=UI4.0W.由以上各式可得：U2.0V, I2.0A.这表示，为了保证二极管正常工作而不致被烧坏，应使其工作在题图

30、乙中B点以下直线段。E-U =IR已知：E=5.0V，U2.0V, I2A,可得，R1.5。（2）假设二极管不被烧坏，R的输入功率为P/,则有：.由上式可得，当R=R0=0.5时，P/有最大值： 可见，当RR0时，P/随R的减小而增大，实际上，为了保证二极管不被烧坏，必须R1.5R0.在这个条件下，P/随R的减小而增大。所以，当R=1.5时，P/是保证二极管不被烧坏的最大值。2、分不清电源最大输出功率和用电器获得最大功率，导致错误例18.某一电源的路端电压与电流的关系和电阻R1、R2的电压与电流的关系如图所示用此电源和电阻R1、R2组成电路R1、R2可以同时接入电路，也可以单独接入电路为使电源输出功率最大，可采用的接法是( )A将R1、R2串联后接到电源两端B将R1、R2并联后接到电源两端C将R1单独接到电源两端D