专题八 电路和电磁感应

1、二轮二轮物理物理专题八电路和电磁感应专题八电路和电磁感应二轮二轮物理物理展示考纲展示考纲明晰考向明晰考向方法归纳方法归纳重点点拨重点点拨锁定考点锁定考点高效突破高效突破必备模型必备模型全面解读全面解读二轮二轮物理物理展示考纲展示考纲明晰考向明晰考向重要考点重要考点考题预测考题预测1.1.欧姆定律欧姆定律.().()2.2.电源的电动势和内阻电源的电动势和内阻.().()3.3.闭合电路的欧姆定律闭合电路的欧姆定律.().()4.4.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律.().()5.5.楞次定律楞次定律.().()直流电路的故障与动态分析、电功和电热的直流电路的故障与动态分析、电功和电热的计算

2、、感应电流的产生和方向的判断、楞次计算、感应电流的产生和方向的判断、楞次定律的理解、感应电动势的求解、法拉第电定律的理解、感应电动势的求解、法拉第电磁感应定律与图象结合设计问题是本专题在磁感应定律与图象结合设计问题是本专题在高考中的热点高考中的热点. .预计预计20162016年高考对直流电路的故障与动态分年高考对直流电路的故障与动态分析、电功和电热的计算、各种图象的考查析、电功和电热的计算、各种图象的考查( (如如-t-t图、图、B-tB-t图和图和I-tI-t图图) )、感应电流产生条件、感应电流产生条件和方向的判断、导体切割磁感线产生感应电和方向的判断、导体切割磁感线产生感应电动势的计算

3、是命题频率较高的知识点动势的计算是命题频率较高的知识点, ,主要以主要以选择题的形式出现选择题的形式出现. .二轮二轮物理物理方法归纳方法归纳重点点拨重点点拨(2)(2)与总电流的关系与总电流的关系关系式为关系式为U=E-IrU=E-Ir, ,用图像表示如图所示用图像表示如图所示. .当总电流增大时当总电流增大时, ,路端电压减小路端电压减小, ,内电压增大内电压增大, ,但两者之和保持不变但两者之和保持不变. .二轮二轮物理物理2.2.功率与效率功率与效率(1)(1)电源的功率电源的功率P PP=IE(P=IE(普遍适用普遍适用);P=I);P=I2 2(R+r)(R+r)(适用纯电阻电路适

4、用纯电阻电路).).(2)(2)电源损耗功率电源损耗功率P PP P内内=I=I2 2r.r.二轮二轮物理物理二、楞次定律的应用及感应电动势的求解二、楞次定律的应用及感应电动势的求解1.1.楞次定律推广的三种表述楞次定律推广的三种表述(1)(1)阻碍原磁通量的变化阻碍原磁通量的变化( (增反减同增反减同).).(2)(2)阻碍相对运动阻碍相对运动( (来拒去留来拒去留).).(3)(3)阻碍原电流的变化阻碍原电流的变化( (自感现象自感现象).).2.2.楞次定律和右手定则的适用对象楞次定律和右手定则的适用对象(1)(1)楞次定律楞次定律: :一般适用于线圈面积不变一般适用于线圈面积不变, ,

5、磁感应强度发生变化的情形磁感应强度发生变化的情形. .(2)(2)右手定则右手定则: :一般适用于导体棒切割磁感线的情形一般适用于导体棒切割磁感线的情形. .二轮二轮物理物理(4)(4)平动切割型平动切割型:E=Blv:E=Blv. .二轮二轮物理物理三、电磁感应中的图象问题三、电磁感应中的图象问题1.1.问题分类问题分类在电磁感应现象中在电磁感应现象中, ,回路产生的感应电动势、感应电流及磁场对导线的作回路产生的感应电动势、感应电流及磁场对导线的作用力随时间的变化规律用力随时间的变化规律, ,也可用图象直观地表示出来也可用图象直观地表示出来, ,如如I-I-t,Bt,B- -t,Et,E-

6、-t,Et,E- -x,Ix,I- -x x图象等图象等. .此问题可分为此问题可分为两类两类: :(1)(1)由给定的电磁感应过程选出相应的物理量的函数图象由给定的电磁感应过程选出相应的物理量的函数图象. .(2)(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程由给定的有关图象分析电磁感应过程, ,确定相关的物确定相关的物理量理量. .二轮二轮物理物理2.2.分析思路分析思路(1)(1)明确图象的种类明确图象的种类. .(2)(2)分析电磁感应的具体过程分析电磁感应的具体过程. .(3)(3)结合相关规律写出函数表达式结合相关规律写出函数表达式. .(4)(4)根据函数关系进行图象分析根据函数关系进行

7、图象分析. .二轮二轮物理物理锁定考点锁定考点高效突破高效突破考点一考点一直流电路的电功、电功率及动态分析直流电路的电功、电功率及动态分析 典例典例(2015(2015浙江全真模拟浙江全真模拟) )如图所示如图所示, ,整个装置处在竖直平面内整个装置处在竖直平面内, ,平行金平行金属板中带电质点属板中带电质点P P原来处于静止状态原来处于静止状态, ,不考虑电流表和电压表对电路的不考虑电流表和电压表对电路的影响影响,R,R1 1的阻值和电源内阻的阻值和电源内阻r r相等相等. .当滑动变阻器当滑动变阻器R R4 4的滑片向的滑片向b b端移动时端移动时, ,则下列说法正确的是则下列说法正确的是

8、( () )A.RA.R3 3上消耗的功率逐渐增大上消耗的功率逐渐增大B.B.电流表读数减小电流表读数减小, ,电压表读数增大电压表读数增大C.C.电源的输出功率逐渐增大电源的输出功率逐渐增大D.D.质点质点P P将向上运动将向上运动二轮二轮物理物理审题突破审题突破二轮二轮物理物理解析解析: :滑动变阻器滑动变阻器R R4 4的滑片向的滑片向b b端移动时端移动时,R,R4 4的阻值越来越小的阻值越来越小, ,故并联电路的故并联电路的总电阻减小总电阻减小, ,根据串联电路的分压规律可得根据串联电路的分压规律可得:R:R3 3的电压减小的电压减小, ,消耗的功率减消耗的功率减小小, ,故故A A

9、错误错误; ;电容器电压等于电容器电压等于R R3 3的电压的电压, ,故也减小故也减小, ,所以质点所以质点P P向下运动向下运动, ,所所以以D D错误错误; ;外电路总电阻减小外电路总电阻减小, ,所以干路电流所以干路电流I I1 1增大增大, ,而而R R3 3的电流的电流I I3 3减小减小, ,根根据据I I1 1=I=I3 3+I+IA A, ,可得电流表读数可得电流表读数I IA A增大增大, ,所以所以B B错误错误; ;因为因为R R1 1的阻值和电源内阻的阻值和电源内阻r r相等相等, ,故外电路电阻大于电源内阻故外电路电阻大于电源内阻, ,且逐渐减小且逐渐减小, ,由输

10、出功率与外电阻的关由输出功率与外电阻的关系可知电源的输出功率增大系可知电源的输出功率增大, ,所以所以C C正确正确. .答案答案: :C C二轮二轮物理物理以例说法以例说法 闭合电路动态分析、含容电路、故障分析方法闭合电路动态分析、含容电路、故障分析方法(1)(1)闭合电路动态分析的方法闭合电路动态分析的方法程序法程序法: :流程如下流程如下(2)(2)含容电路分析含容电路分析首先确定电容器两极板电势高低首先确定电容器两极板电势高低, ,当两板电势当两板电势( (电压电压) )变化时变化时, ,内部场内部场强发生变化强发生变化, ,且电容器充且电容器充( (放放) )电量电量qq=U=UCC

11、也等于与其串联电表也等于与其串联电表( (或电阻或电阻) )中流过的电量中流过的电量.(3)(3)电路故障分析电路故障分析电路故障常由断路电路故障常由断路( (或短路或短路) )引起引起, ,先由题目表述的现象判定故障发先由题目表述的现象判定故障发生在干路还是支路生在干路还是支路. .用电压表判定干路断路点两端电压时用电压表判定干路断路点两端电压时,(,(若只有若只有一处断路一处断路) )其值等于电源电动势其值等于电源电动势, ,用导线短接时其他部分将导通用导线短接时其他部分将导通. .二轮二轮物理物理题组训练题组训练1.1.直流电路的动态分析直流电路的动态分析(2015(2015嘉兴适应性考

12、试嘉兴适应性考试) )如图所示为一直流电路如图所示为一直流电路, ,电源内阻电源内阻不能忽略不能忽略, ,但但R R0 0大于电源内阻大于电源内阻, ,滑动变阻器的最大阻值小滑动变阻器的最大阻值小于于R,R,当滑动变阻器滑片当滑动变阻器滑片P P从滑动变阻器的最右端滑向最左从滑动变阻器的最右端滑向最左端的过程中端的过程中, ,下列说法正确的是下列说法正确的是( ( ) )A.A.电压表的示数一直增大电压表的示数一直增大B.B.电流表的示数一直增大电流表的示数一直增大C.C.电阻电阻R R0 0消耗的功率一直增大消耗的功率一直增大D.D.电源的输出功率一直增大电源的输出功率一直增大解析解析: :

13、根据电路图可知根据电路图可知, ,滑动变阻器的左半部分与滑动变阻器的左半部分与R R串联后再与变阻器的右串联后再与变阻器的右半部分并联后再与半部分并联后再与R R0 0串联串联, ,接入电源接入电源,P,P向左滑动时向左滑动时, ,由于滑动变阻器的最大由于滑动变阻器的最大阻值小于阻值小于R,R,所以并联部分电阻增大所以并联部分电阻增大, ,则总电阻增大则总电阻增大, ,电路中总电流减小电路中总电流减小, ,电电源的内电压以及源的内电压以及R R0 0所占电压都减小所占电压都减小, ,则由闭合电路欧姆定律可知则由闭合电路欧姆定律可知, ,电压表示电压表示数增大数增大, ,故选项故选项A A正确正

14、确; ;电流表测量干路电流电流表测量干路电流, ,则电流表示数减小则电流表示数减小, ,故选项故选项B B错错误误; ;根据根据P P0 0=I=I2 2R R0 0可知可知,I,I减小减小, ,则功率减小则功率减小, ,故选项故选项C C错误错误; ;当外电路电阻等于当外电路电阻等于电源内阻时电源内阻时, ,电源的输出功率最大电源的输出功率最大, ,而而R R0 0大于电源内阻大于电源内阻, ,所以随着外电阻增大所以随着外电阻增大, ,电源的输出功率一直减小电源的输出功率一直减小, ,故选项故选项D D错误错误. .A A二轮二轮物理物理ADAD解析解析: :当没有光照时当没有光照时,C,C

15、不带电说明不带电说明C C所接两点电势相等所接两点电势相等, ,以电源正极为参考点以电源正极为参考点,R,R4 4上的上的分压减小分压减小, ,而而R R3 3上的分压增大上的分压增大, ,故上极板所接处的电势低于下极板的电势故上极板所接处的电势低于下极板的电势, ,故下极板故下极板带正电带正电, ,上极板带负电上极板带负电, ,故选项故选项A A正确正确,B,B错误错误; ;因有光照射时因有光照射时, ,光敏电阻的阻值减小光敏电阻的阻值减小, ,故总电阻减小故总电阻减小; ;由闭合电路的欧姆定律可知由闭合电路的欧姆定律可知, ,干路中电流增大干路中电流增大, ,则电源提供的总功率则电源提供的

16、总功率增大增大, ,由由E=U+IrE=U+Ir可知路端电压减小可知路端电压减小,R,R1 1与与R R2 2支路中电阻不变支路中电阻不变, ,故该支路中的电流减小故该支路中的电流减小; ;则由并联电路的电流规律可知则由并联电路的电流规律可知, ,另一支路中电流增大另一支路中电流增大, ,即通过即通过R R2 2的电流减小的电流减小, ,而通过而通过R R4 4的电流增大的电流增大, ,所以选项所以选项C C错误错误,D,D正确正确. .二轮二轮物理物理考点二考点二法拉第电磁感应定律的应用法拉第电磁感应定律的应用二轮二轮物理物理审题突破审题突破二轮二轮物理物理答案答案: :BDBD二轮二轮物理

17、物理以例说法以例说法 电磁感应中电动势的求解及电源极性的判断电磁感应中电动势的求解及电源极性的判断(1)(1)导体切割磁感线的情况下导体切割磁感线的情况下, ,利用公式利用公式E=BLvE=BLv, ,当导体各点速度不相等时当导体各点速度不相等时, ,其中的其中的v v应为平均速度应为平均速度. .(3)(3)产生感应电动势的导体为电源产生感应电动势的导体为电源, ,其正电荷集聚的一端为正极其正电荷集聚的一端为正极. .二轮二轮物理物理题组训练题组训练B B二轮二轮物理物理AD AD 二轮二轮物理物理二轮二轮物理物理3.3.法拉第电磁感应定律的综合应用法拉第电磁感应定律的综合应用(2015(2

18、015诸暨市质检诸暨市质检) )在抗震救灾中常常利用悬停直升机向灾区空投救灾物资在抗震救灾中常常利用悬停直升机向灾区空投救灾物资. .医药救灾医药救灾物资只能从不高于物资只能从不高于h=20 mh=20 m处自由释放才能安全着地处自由释放才能安全着地, ,实际一些灾区往往地处深山峡谷实际一些灾区往往地处深山峡谷, ,直升机能够安全悬停的高度比直升机能够安全悬停的高度比h h要高得多要高得多, ,直接空投会造成损失直接空投会造成损失. .为解决这一问为解决这一问题题,“,“我爱发明我爱发明”研究小组设计了一台限速装置研究小组设计了一台限速装置, ,不论从多高处释放物资不论从多高处释放物资, ,最

19、终都能以最终都能以安全速度着地安全速度着地. .该装置简化工作原理如图所示该装置简化工作原理如图所示, ,竖直绝缘圆盘可以绕圆心竖直绝缘圆盘可以绕圆心O O自由转动自由转动, ,其上固定半径分别为其上固定半径分别为r r1 1=1 m=1 m和和r r2 2=0.5 m =0.5 m 的两个同心金属圆环的两个同心金属圆环, ,连接两圆环的金属杆连接两圆环的金属杆EFEF的延长线通过圆心的延长线通过圆心O,O,足够长的不可伸长的轻质细绳一端缠绕在大金属圆环上足够长的不可伸长的轻质细绳一端缠绕在大金属圆环上, ,另一另一端通过光滑滑轮挂救灾物资端通过光滑滑轮挂救灾物资, ,圆环上的圆环上的a a点

20、和点和b b点通过电刷连接一可调电阻点通过电刷连接一可调电阻R,R,两圆环之两圆环之间区域存在垂直于圆盘平面向内的匀强磁场间区域存在垂直于圆盘平面向内的匀强磁场, ,磁感应强度磁感应强度B=40 T.B=40 T.( (细绳与大金属圆环间没有滑动细绳与大金属圆环间没有滑动, ,金属杆、金属圆环、导金属杆、金属圆环、导线及电刷的电阻均不计线及电刷的电阻均不计, ,空气阻力及一切摩擦均不计空气阻力及一切摩擦均不计, ,重重力加速度力加速度g=10 m/sg=10 m/s2 2) )二轮二轮物理物理(1)(1)求医药物资能安全着地的最大速度求医药物资能安全着地的最大速度; ;答案答案: :(1)20

21、 m/s(1)20 m/s二轮二轮物理物理(2)(2)利用该装置使医药物资以最大安全速度匀速下降利用该装置使医药物资以最大安全速度匀速下降, ,求此时电阻求此时电阻R R两端的电两端的电势差势差; ;(3)(3)若医药物资的质量若医药物资的质量m=60 kg,m=60 kg,应如何设置可调电阻应如何设置可调电阻R R的阻值的阻值? ?答案答案: :(2)300 V(2)300 V(3)7.5 (3)7.5 二轮二轮物理物理(4)(4)试推导质量为试推导质量为m m的医药物资在匀速下降时的医药物资在匀速下降时, ,金属杆金属杆EFEF所受安培力与重力的所受安培力与重力的大小关系大小关系. .二轮

22、二轮物理物理考点三考点三电磁感应中的图象问题电磁感应中的图象问题二轮二轮物理物理答案答案: :ACAC二轮二轮物理物理以例说法以例说法 解答电磁感应图象问题的解答电磁感应图象问题的“三个关注三个关注”二轮二轮物理物理题组训练题组训练A A二轮二轮物理物理二轮二轮物理物理D D二轮二轮物理物理二轮二轮物理物理3.3.由由I-I-t t图象确定磁场的变化图象确定磁场的变化(2015(2015余姚第三次理综余姚第三次理综) )如图如图( (甲甲) )所示所示, ,圆形导线框与电阻圆形导线框与电阻R R串联串联, ,框内有框内有变化的磁场变化的磁场. .取由取由a a经经R R流向流向b b为感应电流

23、为正方向为感应电流为正方向, ,通过通过R R的电流随时间的电流随时间t t变化的图象如图变化的图象如图( (乙乙) )所示所示. .取垂直纸面向里为磁场的正方向取垂直纸面向里为磁场的正方向, ,则描述磁则描述磁感应强度感应强度B B随时间随时间t t变化的图象正确的是变化的图象正确的是( ( ) )B B二轮二轮物理物理二轮二轮物理物理必备模型必备模型全面解读全面解读“电磁感应中的单杆电磁感应中的单杆”模型模型模型解读模型解读1.1.模型概述模型概述“杆杆+ +导轨导轨”模型是电磁感应问题高考命题的模型是电磁感应问题高考命题的“基本道具基本道具”, ,也是高考的也是高考的热点热点, ,考查的

24、知识点多考查的知识点多, ,题目的综合性强题目的综合性强, ,物理情景变化空间大物理情景变化空间大, ,是复习中是复习中的难点的难点.“.“杆杆+ +导轨导轨”模型又分为模型又分为“单杆单杆”型和型和“双杆双杆”型型; ;导轨放置方式导轨放置方式可分为水平、竖直和倾斜可分为水平、竖直和倾斜; ;杆的运动状态可分为匀速运动、匀变速运动、杆的运动状态可分为匀速运动、匀变速运动、非匀变速运动或转动等非匀变速运动或转动等; ;磁场的状态可分为恒定不变、均匀变化和非均匀磁场的状态可分为恒定不变、均匀变化和非均匀变化等变化等, ,情景复杂形式多变情景复杂形式多变. .二轮二轮物理物理二轮二轮物理物理二轮二

25、轮物理物理典例典例 两足够长的平行金属导轨间的距离为两足够长的平行金属导轨间的距离为L,L,导轨光滑且电阻不计导轨光滑且电阻不计, ,导导轨所在的平面与水平面夹角为轨所在的平面与水平面夹角为,在导轨所在平面内在导轨所在平面内, ,分布着磁感应强度分布着磁感应强度为为B B、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场、方向垂直于导轨所在平面的匀强磁场. .把一个质量为把一个质量为m m的导体棒的导体棒abab放放在金属导轨上在金属导轨上, ,在外力作用下保持静止在外力作用下保持静止, ,导体棒与金属导轨垂直且接触良导体棒与金属导轨垂直且接触良好好, ,导体棒与金属导轨接触的两点间的电阻为导体棒与金属导轨接

26、触的两点间的电阻为R R1 1. .完成下列问题完成下列问题: :(1)(1)如图如图( (甲甲),),金属导轨的一端接一个内阻为金属导轨的一端接一个内阻为r r的直流电源的直流电源. .撤去外力后导撤去外力后导体棒仍能静止体棒仍能静止, ,求直流电源电动势求直流电源电动势. .思路探究思路探究(1)(1)撤去外力后撤去外力后, ,导体棒静止在导轨上的条件是什么导体棒静止在导轨上的条件是什么? ?答案答案: :安培力与重力的下滑分力大小相等安培力与重力的下滑分力大小相等. .二轮二轮物理物理二轮二轮物理物理(2)(2)如图如图( (乙乙),),金属导轨的一端接一个阻值为金属导轨的一端接一个阻值

27、为R R2 2的定值电阻的定值电阻, ,撤去外力让导撤去外力让导体棒由静止开始下滑体棒由静止开始下滑. .在加速下滑的过程中在加速下滑的过程中, ,当导体棒的速度达到当导体棒的速度达到v v时时, ,求求此时导体棒的加速度此时导体棒的加速度. .思路探究思路探究 (2)(2)导体棒速度为导体棒速度为v v时受几个力时受几个力? ?合力为多少合力为多少? ?答案答案: :重力、安培力、支持力重力、安培力、支持力. .合力沿导轨平面向下合力沿导轨平面向下, ,大小等于大小等于ma.ma.二轮二轮物理物理(3)(3)求求(2)(2)问中导体棒所能达到的最大速度问中导体棒所能达到的最大速度. .思路探究思路探究 (3)(3)导体棒达到最大速度的条件是什么导体棒达到最大速度的条件是什么? ?答案答案: :合力为零合力为零. .二轮二轮物理物理以例说法以例说法 导体切割磁感线动态问题分析的思路导体切割磁感线动态问题分析的思路导体受力运动产生感应电动势导体受力运动产生感应电