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

《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》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《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（7頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

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(cè)試題 一、電路問(wèn)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(dòng)勢(shì)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(huà)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(wèn)題 1、定性或定量地表示出所研究問(wèn)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(guò)正負(fù)值來(lái)反映 3、畫(huà)圖象時(shí)要注意橫、縱坐標(biāo)的單位長(zhǎng)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(chǎng)中（方向向里），間距為L(zhǎng)，左端電阻為R，其余電阻不計(jì)，導(dǎo)軌右端接一電容為C的

2、電容器。現(xiàn)有一長(zhǎng)2L的金屬棒ab放在導(dǎo)軌上，ab以a為軸順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中，通過(guò)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(guò)程中，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一直增大，對(duì)C不斷充電，同時(shí)又與R構(gòu)成閉合回路。ab產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的平均值 ① 表示ab掃過(guò)的三角形的面積，即 ② 通過(guò)R的電量 ③ 由以上三式解得 ④ 在這一過(guò)程中電容器充電的總電量Q=CUm ⑤ Um為ab棒在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的最大值。即 ⑥ 聯(lián)立⑤⑥得： （2）當(dāng)ab棒脫離導(dǎo)軌后（對(duì)R放電，通過(guò)R的電量為 Q2，所以整個(gè)過(guò)程中通過(guò)

3、 R的總電量為： Q=Q1＋Q2= 電磁感應(yīng)中“雙桿問(wèn)題”分類解析 【例2】勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B=0.2 T，磁場(chǎng)寬度L=3rn，一正方形金屬框邊長(zhǎng)ab==1m，每邊電阻r=0.2Ω，金屬框以v=10m/s的速度勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)，其平面始終保持與磁感線方解析：線框進(jìn)人磁場(chǎng)區(qū)時(shí) E1=B l v=2 V，=2.5 A 方向沿逆時(shí)針，如圖（1）實(shí)線abcd所示，感電流持續(xù)的時(shí)間t1==0.1 s 線框在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)：E2=0，I2=0 無(wú)電流的持續(xù)時(shí)間：t2==0.2 s， 圖（2） 線框穿出磁場(chǎng)區(qū)時(shí)：E3= B l v=2 V，=2.5 A 此電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針，如圖（1）虛

4、線abcd所示，規(guī)定電流方向逆時(shí)針為正，得I-t圖線如圖（2）所示 （2）線框進(jìn)人磁場(chǎng)區(qū)ab兩端電壓 U1=I1 r=2.5×0.2=0.5V 線框在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)；b兩端電壓等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) U2=B l v=2V 線框出磁場(chǎng)時(shí)ab兩端電壓：U3=E - I2 r=1.5V 由此得U-t圖線如圖（3）所示 點(diǎn)評(píng)：將線框的運(yùn)動(dòng)過(guò)程分為三個(gè)階段，第一階段ab為外電路，第二階段ab相當(dāng)于開(kāi)路時(shí)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(jì)算以其覆蓋知識(shí)點(diǎn)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(diǎn)，成為歷屆高考命題的特點(diǎn). 1、命題特點(diǎn) 對(duì)

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(dòng)能定理、能量轉(zhuǎn)化與守恒等多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，突出考查考生理解能力、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. 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(yùn)用“類同”變換，“類似”變換，“類異”變換，可使復(fù)雜、陌生、抽象的問(wèn)題變成簡(jiǎn)單、熟悉、具體的題型，從而使問(wèn)題大為簡(jiǎn)化. 解決電磁感應(yīng)電路問(wèn)題的關(guān)鍵就是借鑒或利用相似原型來(lái)啟發(fā)理解和變換物理模型，即把電磁感應(yīng)的問(wèn)題等效轉(zhuǎn)換成

6、穩(wěn)恒直流電路，把產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體等效為內(nèi)電路.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小相當(dāng)于電源電動(dòng)勢(shì).其余部分相當(dāng)于外電路，并畫(huà)出等效電路圖.此時(shí)，處理問(wèn)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(shí)導(dǎo)體兩端有電壓，但沒(méi)有電流流過(guò)，這類似電源兩端有電勢(shì)差但沒(méi)有接入電路時(shí)，電流為零. 【例3】據(jù)報(bào)道，1992年7月，美國(guó)“阿特蘭蒂斯”號(hào)航天飛機(jī)進(jìn)行了一項(xiàng)衛(wèi)星懸繩發(fā)電實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)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(duì)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(zhǎng)20 km，電阻為800 Ω的金屬懸繩，使這根懸繩與

7、地磁場(chǎng)垂直，做切割磁感線運(yùn)動(dòng).假定這一范圍內(nèi)的地磁場(chǎng)是均勻的.磁感應(yīng)強(qiáng)度為4×10-5T，且認(rèn)為懸繩上各點(diǎn)的切割速度和航天飛機(jī)的速度相同.根據(jù)理論設(shè)計(jì)，通過(guò)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(dòng)勢(shì)； （2）懸繩兩端的電壓； （3）航天飛機(jī)繞地球運(yùn)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(cuò)解分析：考生缺乏知識(shí)遷移運(yùn)用能力和抽象概括能力，不能于現(xiàn)實(shí)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(wú)

8、法順利運(yùn)用直流電路相關(guān)知識(shí)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(dòng)勢(shì)看作電源模型，當(dāng)它通過(guò)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(dòng)勢(shì)： 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(yùn)行一周所需時(shí)間 t==s=9.1×103 s 則飛機(jī)繞地運(yùn)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(chǎng)

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(jì)，且不計(jì)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(guò)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(guò)多長(zhǎng)時(shí)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(cuò)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(shí)際運(yùn)算過(guò)程忽視了B的變化，將B代入F安=BIlab，導(dǎo)致錯(cuò)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(dòng)勢(shì)：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?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍ㄓ缮贤驴矗?再根據(jù)楞次定律可知磁場(chǎng)增加，在t時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為： B′ =（B＋·t） ③ 此時(shí)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(guò)圓環(huán)直徑OO′ 的瞬時(shí)，MN中的電動(dòng)勢(shì)