2025 高考物理三维设计二轮第一部分　专题四　电路和电磁感应

7/72025高考物理三维设计二轮第一部分专题四电路和电磁感应第10讲直流电路和交流电路1.（2024·广西高考6题）将横截面相同、材料不同的两段导体L1、L2无缝连接成一段导体，总长度为1.00m，接入图甲电路。闭合开关S，滑片P从M端滑到N端，理想电压表读数U随滑片P的滑动距离x的变化关系如图乙，则导体L1、L2的电阻率之比约为（）A.2∶3 B.2∶1C.5∶3 D.1∶32.（多选）（2024·新课标卷20题）电动汽车制动时可利用车轮转动将其动能转换成电能储存起来。车轮转动时带动磁极绕固定的线圈旋转，在线圈中产生电流。磁极匀速转动的某瞬间，磁场方向恰与线圈平面垂直，如图所示。将两磁极间的磁场视为匀强磁场，则磁极再转过90°时，线圈中（）A.电流最小B.电流最大C.电流方向由P指向QD.电流方向由Q指向P3.（2024·北京高考5题）如图甲所示，理想变压器原线圈接在正弦式交流电源上，输入电压u随时间t变化的图像如图乙所示，副线圈接规格为“6V3W”的灯泡。若灯泡正常发光，下列说法正确的是（）A.原线圈两端电压的有效值为242VB.副线圈中电流的有效值为0.5AC.原、副线圈匝数之比为1∶4D.原线圈的输入功率为12W4.（2024·浙江1月选考5题）如图为某燃气灶点火装置的原理图。直流电经转换器输出u＝5sin100πtV的交流电，经原、副线圈匝数分别为n1和n2的变压器升压至峰值大于10kV，就会在打火针和金属板间引发电火花，实现点火。下列正确的是（）A.n2nB.n1nC.用电压表测原线圈两端电压，示数为5VD.副线圈输出交流电压的频率是100Hz考点一直流电路的分析和计算1.闭合电路欧姆定律的三个公式（1）E＝U外＋U内；（任意电路）（2）E＝U外＋Ir；（任意电路）（3）E＝I（R＋r）。（纯电阻电路）2.动态电路分析的三种方法（1）程序法——最常规方法（2）串反并同法（电源内阻不为零）——最简洁方法（3）极限法3.电容器的特点（1）只有当电容器充、放电时，电容器所在支路中才会有电流，当电路稳定时，电容器所在的支路相当于断路。（2）电路稳定时，与电容器串联的电路中没有电流，同支路的电阻相当于导线，电容器两端的电压等于与之并联的电阻两端的电压。【例1】（2024·福建漳州三模）如图所示的电路中，电源电动势为E，内阻为r，开关S闭合，电路稳定后，灯泡L正常发光，然后向左移动滑动变阻器R的滑片，在此过程中（）A.灯泡L逐渐变暗B.电源的路端电压逐渐减小C.电容器C所带的电荷量逐渐减小D.定值电阻R0两端的电压始终为零尝试解答【例2】（2024·江西南昌三模）在如图所示的电路中，已知A、B两个电容器的电容之比CA∶CB＝1∶2，每个电阻都相同，则两个电容器带电荷量之比QA∶QB为（）A.1∶2 B.2∶3C.1∶1 D.2∶1尝试解答考点二交变电流的产生和描述1.线圈通过中性面时的特点（1）穿过线圈的磁通量最大。（2）线圈中的感应电动势为零。（3）线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次。2.有效值的计算（1）正弦式交变电流：E＝Em2，I＝Im2，（2）非正弦式交变电流：计算有效值时，要根据电流的热效应，即“一个周期”内“相同电阻”上产生“相同热量”，然后分段求和，求得有效值。3.正弦式交变电流“四值”的应用【例3】（2024·山东高考8题）如图甲所示，在－d≤x≤d、－d≤y≤d的区域中存在垂直Oxy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场（用阴影表示磁场的区域），边长为2d的正方形线圈与磁场边界重合。线圈以y轴为转轴匀速转动时，线圈中产生的交变电动势如图乙所示。若仅磁场的区域发生了变化，线圈中产生的电动势变为图丙所示实线部分，则变化后磁场的区域可能为（）尝试解答【例4】（2024·河北高考4题）R1、R2为两个完全相同的定值电阻，R1两端的电压随时间周期性变化的规律如图1所示（三角形脉冲交流电压的峰值是有效值的3倍），R2两端的电压随时间按正弦规律变化如图2所示，则两电阻在一个周期T内产生的热量之比Q1∶Q2为（）A.2∶3 B.4∶3C.2∶3 D.5∶4尝试解答【例5】（2024·天津河西区二模）一个单匝矩形线圈，绕垂直于匀强磁场并位于线圈平面内的固定轴做匀速转动。通过线圈的磁通量Φ随时间t的变化规律如图所示，则以下说法正确的是（）A.零时刻线圈位于中性面位置B.t2时刻电流方向发生改变C.感应电动势的有效值为2D.t1时刻到t3时刻，感应电动势的平均值为零尝试解答考点三理想变压器电能的输送1.理想变压器（1）三个基本关系①P入＝P出②U1U③I1I（2）三个决定关系①副线圈输出的功率决定原线圈输入的功率；②副线圈电流的变化决定原线圈电流的变化；③在匝数比一定的情况下，原线圈两端的电压决定副线圈两端的电压。2.电能的输送（1）理清三个回路（2）分清三种关系电压关系U1UU2＝ΔU＋U3U3U电流关系I1II2＝I3＝I线I3I功率关系P1＝P2P2＝P3＋ΔPΔP＝I线2R线P3＝P4【例6】（2024·河北石家庄模拟）如图所示，理想变压器原线圈与定值电阻R1＝12Ω串联后接在正弦式交流电源上。理想变压器原、副线圈的匝数比为1∶5，定值电阻R2＝10Ω，理想交流电压表的示数为20V，则交流电源电压的峰值是（）A.120VB.1202VC.124VD.1242V尝试解答【例7】（多选）（2024·全国甲卷19题）如图，理想变压器的副线圈接入电路的匝数可通过滑动触头T调节，副线圈回路接有滑动变阻器R、定值电阻R0和R1、开关S。S处于闭合状态，在原线圈电压U0不变的情况下，为提高R1的热功率，可以（）A.保持T不动，滑动变阻器R的滑片向f端滑动B.将T向b端移动，滑动变阻器R的滑片位置不变C.将T向a端移动，滑动变阻器R的滑片向f端滑动D.将T向b端移动，滑动变阻器R的滑片向e端滑动尝试解答【例8】（2024·山西晋中三模）2023年10月，国内某品牌发布全液冷超级充电桩，可实现“一秒一公里”的充电速度。总电源到充电桩的简化电路图如图所示。已知总电源输出频率为50Hz的正弦式交流电，升压变压器原线圈两端电压U1＝500V，输电线的总电阻r＝25Ω，降压变压器的匝数比为n3∶n4＝15∶1，变压器均视为理想变压器。若给汽车充电时该充电桩获得的电压为1000V，功率为600kW，下列说法正确的是（）A.流经充电桩电流的最大值为600AB.1s内电流的方向变化50次C.若充电桩消耗的功率减小，在U1不变的情况下，充电桩获得的电压减小D.升压变压器的匝数比为n1∶n2＝1∶32尝试解答等效电阻法在变压器电路中的应用当理想变压器的副线圈接纯电阻元件时，可以把理想变压器（含副线圈中的元件）等效成一个电阻来处理，设原、副线圈的匝数分别为n1、n2，原线圈输入电压为U1，电流为I1，副线圈输出电压为U2，电流为I2，副线圈负载电阻为R，则等效电阻R等效＝U1I1＝n1n2【典例1】（2024·湖南高考6题）根据国家能源局统计，截止到2023年9月，我国风电装机4亿千瓦，连续13年居世界第一位，湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度ω匀速转动，升、降压变压器均为理想变压器，输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0。当用户端接一个定值电阻R时，R0上消耗的功率为P。不计其余电阻，下列说法正确的是（）A.风速增加，若转子角速度增加一倍，则R0上消耗的功率为4PB.输电线路距离增加，若R0阻值增加一倍，则R0上消耗的功率为4PC.若升压变压器的副线圈匝数增加一倍，则R0上消耗的功率为8PD.若在用户端再并联一个完全相同的电阻R，则R0上消耗的功率为6P尝试解答【典例2】（2024·湖南长沙期中）如图所示的是节日彩灯供电电路图，变压器为理想变压器，所有灯泡均相同，在A、B两端接入电压恒定的正弦交流电，若发现灯泡的灯光较暗，为使灯泡正常发光，需要调节滑动变阻器R2的滑片，下列调节及结果判断正确的是（） A.应将滑动变阻器R2滑片向右移B.调节后，变压器原线圈输入电压变大C.调节后，电阻R1消耗的功率变大D.调节后，滑动变阻器R2两端的电压增大尝试解答提示：完成课后作业第一部分专题四第10讲第11讲电磁感应规律及其应用1.（2024·北京高考6题）如图所示，线圈M和线圈P绕在同一个铁芯上，下列说法正确的是（）A.闭合开关瞬间，线圈M和线圈P相互吸引B.闭合开关，达到稳定后，电流表的示数为0C.断开开关瞬间，流过电流表的电流方向由a到bD.断开开关瞬间，线圈P中感应电流的磁场方向向左2.（2024·江苏高考10题）如图所示，在绝缘的水平面上，有闭合的两个线圈a、b，线圈a处在垂直纸面向里的匀强磁场中，线圈b位于右侧无磁场区域，现将线圈a从磁场中匀速拉出，线圈a、b中产生的感应电流方向分别是（）A.顺时针，顺时针 B.顺时针，逆时针C.逆时针，顺时针 D.逆时针，逆时针3.（多选）（2024·山东高考11题）如图所示，两条相同的半圆弧形光滑金属导轨固定在水平桌面上，其所在平面竖直且平行，导轨最高点到水平桌面的距离等于半径，最低点的连线OO'与导轨所在竖直面垂直。空间充满竖直向下的匀强磁场（图中未画出），导轨左端由导线连接。现将具有一定质量和电阻的金属棒MN平行OO'放置在导轨图示位置，由静止释放。MN运动过程中始终平行于OO'且与两导轨接触良好，不考虑自感影响，下列说法正确的是（）A.MN最终一定静止于OO'位置B.MN运动过程中安培力始终做负功C.从释放到第一次到达OO'位置过程中，MN的速率一直在增大D.从释放到第一次到达OO'位置过程中，MN中电流方向由M到N4.（2024·浙江6月选考13题）如图所示，边长为1m、电阻为0.04Ω的刚性正方形线框abcd放在匀强磁场中，线框平面与磁场垂直。若线框固定不动，磁感应强度以ΔBΔt＝0.1T/s均匀增大时，线框的发热功率为P；若磁感应强度恒为0.2T，线框以某一角速度绕其中心轴OO'匀速转动时，线框的发热功率为2P，则ab边所受最大的安培力为A.12NB.22NC.1ND.2考点一楞次定律法拉第电磁感应定律1.感应电流方向的判断方法2.感应电动势大小的求法情境图研究对象表达式回路（不一定闭合）三种形式E＝nE＝nΔE＝nB一段直导线（或等效直导线）E＝Blv绕一端转动的一段导体棒E＝12Bl2绕与B垂直的轴转动的导线框从图示时刻计时e＝NBSωcosωt【例1】（2024·广东深圳二模）如图所示，一块绝缘薄圆盘可绕其中心的光滑轴自由转动，圆盘的四周固定着一圈带电的金属小球，在圆盘的中部有一个圆形线圈。实验中圆盘沿顺时针方向（俯视）绕中心轴转动时，发现线圈中产生逆时针方向（俯视）的电流，则下列描述可能的是（）A.圆盘上金属小球带负电，且转速减小B.圆盘上金属小球带负电，且转速增大C.圆盘上金属小球带正电，且转速不变D.圆盘上金属小球带正电，且转速减小尝试解答【例2】（2024·湖南高考4题）如图，有一硬质导线Oabc，其中abc是半径为R的半圆弧，b为圆弧的中点，直线段Oa长为R且垂直于直径ac。该导线在纸面内绕O点逆时针转动，导线始终在垂直纸面向里的匀强磁场中。则O、a、b、c各点电势关系为（）A.φO＞φa＞φb＞φc B.φO＜φa＜φb＜φcC.φO＞φa＞φb＝φc D.φO＜φa＜φb＝φc尝试解答【例3】（2024·安徽芜湖模拟）如图所示，在匀强磁场中有一由两段14圆弧及其部分半径构成的导线框CDEF，且C点和F点正好是OD、OE的中点，14圆的半径OE和OD与磁场边缘重合，磁场方向垂直于14圆面（纸面）向里，磁感应强度大小为B0。使该线框绕过圆心O且垂直于圆面的轴以角速度ω匀速转过90°，在线框中产生感应电流。现使线框保持图中所示位置不变，而磁感应强度大小随时间均匀变化。为了产生与线框转过90°过程中同样大小的电流，磁感应强度随时间的变化率ΔBA.ωB02π B.ωB0π C尝试解答考点二电磁感应中的电路问题电磁感应中电路问题的解题流程【例4】（2024·四川宜宾一模）如图所示，半径为L的半圆形光滑导体框架MN垂直放置于磁感应强度为B的匀强磁场中，长为L的导体杆OP绕圆心O以角速度ω匀速转动，N、O间接阻值为R的电阻，杆OP的电阻为r，框架电阻不计，求杆沿框架转动过程中：（1）电阻R两端电压；（2）电阻R消耗的电功率。尝试解答【例5】（2024·浙江6月选考19题）某小组探究“法拉第圆盘发电机与电动机的功用”，设计了如图所示装置。飞轮由三根长a＝0.8m的辐条和金属圆环组成，可绕过其中心的水平固定轴转动，不可伸长细绳绕在圆环上，系着质量m＝1kg的物块，细绳与圆环无相对滑动。飞轮处在方向垂直环面的匀强磁场中，左侧电路通过电刷与转轴和圆环边缘良好接触，开关S可分别与图示中的电路连接。已知电源电动势E0＝12V、内阻r＝0.1Ω、限流电阻R1＝0.3Ω、飞轮每根辐条电阻R＝0.9Ω，电路中还有可调电阻R2（待求）和电感L，不计其他电阻和阻力损耗，不计飞轮转轴大小。（1）开关S掷1，“电动机”提升物块匀速上升时，理想电压表示数U＝8V，①判断磁场方向，并求流过电阻R1的电流I；②求物块匀速上升的速度v。（2）开关S掷2，物块从静止开始下落，经过一段时间后，物块匀速下降的速度与“电动机”匀速提升物块的速度大小相等，①求可调电阻R2的阻值；②求磁感应强度B的大小。尝试解答考点三电磁感应中的图像问题解答图像问题应注意以下几个方面（1）把握三个关注（2）掌握两个常用方法①排除法：定性分析电磁感应过程中某个物理量的变化趋势、变化快慢，特别是分析物理量的方向（正、负），排除错误的选项。这种方法能快速解决问题，但不一定对所有问题都适用。②函数关系法：根据题目所给的条件写出物理量之间的函数关系，再对图像作出判断，这种方法得到的结果准确、详细，但不够简捷。【例6】（2024·四川绵阳二模）如图所示，两根足够长的平行金属导轨位于水平的xOy平面内，导轨与x轴平行，左端接有电阻R。在x＞0的一侧存在竖直向下的匀强磁场。一金属杆与导轨垂直放置，且接触良好，在外力F作用下沿x轴正方向由静止开始做匀加速运动。t＝0时金属杆位于x＝0处，不计导轨和金属杆的电阻。下列图像中关于电路总功率P和所受外力F大小的图像正确的是（）尝试解答【例7】（多选）（2024·全国甲卷21题）如图，一绝缘细绳跨过两个在同一竖直面（纸面）内的光滑定滑轮，绳的一端连接一矩形金属线框，另一端连接一物块。线框与左侧滑轮之间的虚线区域内有方向垂直纸面的匀强磁场，磁场上下边界水平。在t＝0时刻线框的上边框以不同的初速度从磁场下方进入磁场。运动过程中，线框始终在纸面内且上下边框保持水平。以向上为速度的正方向，下列线框的速度v随时间t变化的图像中可能正确的是（）尝试解答电磁感应中含电容器的电路问题1.含“容”有v0，无外力情境质量为m、电阻为R的金属杆ab在水平光滑导轨上以速度v0开始运动，忽略导轨电阻等效电路杆速度为v时，电流I＝BLv－UCR（安培力F安＝BIL＝B2L运动过程加速度a＝F安m＝B2L2vmR－BLUCmR，杆做加速度逐渐减小的减速运动。当BLvmin＝能量角度杆减少的动能转化为电容器的电场能和杆产生的热量动量角度最终电容器两端的电压UCm＝BLvmin，最终电容器的电荷量q＝CUCm＝CBLvmin，由动量定理可得－BIL·Δt＝mvmin－mv0，由于q＝I·Δt，联立解得vmin＝m【典例1】在图甲、乙、丙中，除导体棒ab可动外，其余部分均固定不动，图甲中的电容器C原来不带电。设导体棒、导轨和直流电源的电阻均可忽略，导体棒和导轨间的摩擦也不计。图中装置均在水平面内，且都处于方向垂直于水平面（即纸面）向下的匀强磁场中，导轨足够长。今给导体棒ab一个向右的初速度v0，在图甲、乙、丙三种情形下导体棒ab的最终运动状态是（）A.三种情形下导体棒ab最终均做匀速运动B.图甲、丙中，ab棒最终将以不同的速度做匀速运动；图乙中，ab棒最终静止C.图甲、丙中，ab棒最终将以相同的速度做匀速运动；图乙中，ab棒最终静止D.三种情形下导体棒ab最终均静止尝试解答2.含“容”有外力，F恒定，v0＝0情境质量为m、电阻为R的金属杆ab在水平光滑导轨上由静止开始运动，所受外力F恒定，忽略导轨电阻运动过程电容器持续充电，F－BIL＝ma，I＝ΔQΔt，ΔQ＝CΔU＝CBLΔv，a＝ΔvΔt，联立解得a＝能量角度F做的功一部分转化为杆的动能，一部分转化为电容器的电场能，即WF＝12mv2＋E【典例2】足够长的平行金属导轨ab、cd水平放置于竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，ac之间连接有电容为C的电容器，导轨间距为l，长度为l的光滑金属棒垂直于导轨放置，与导轨接触良好，俯视图如图所示。金属棒在水平恒力F的作用下开始向右运动，当金属棒运动距离为x时撤去外力F，整个过程电容器未被击穿，重力加速度为g。（1）在外力F作用下金属棒做什么运动？（2）在外力F的作用下，电容器的电荷量随时间如何变化？（3）撤去外力F时金属棒的速度为多少？（4）撤去外力F后金属棒做什么运动？尝试解答提示：完成课后作业第一部分专题四第11讲素养培优6电磁感应中动力学、能量和动量的综合动力学与能量观点在电磁感应中的应用1.电磁感应综合问题的解题思路2.求解焦耳热Q的三种方法（1）焦耳定律：Q＝I2Rt，适用于电流恒定的情况；（2）功能关系：Q＝W克安（W克安为克服安培力做的功）；（3）能量转化：Q＝ΔE（其他能的减少量）。【典例1】（多选）（2024·吉林高考9题）如图，两条“”形的光滑平行金属导轨固定在绝缘水平面上，间距为L，左、右两导轨面与水平面夹角均为30°，均处于竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小分别为2B和B。将有一定阻值的导体棒ab、cd放置在导轨上，同时由静止释放，两棒在下滑过程中始终与导轨垂直并接触良好。ab、cd的质量分别为2m和m，长度均为L。导轨足够长且电阻不计，重力加速度大小为g，两棒在下滑过程中（）A.回路中的电流方向为abcdaB.ab中电流趋于3C.ab与cd加速度大小之比始终为2∶1D.两棒产生的电动势始终相等尝试解答【典例2】（2024·江苏震泽中学模拟）如图所示的是水平平行光滑导轨M、N和P、Q，M、N的间距为L，P、Q的间距为2L。M、N上放有一导体棒ab，ab与导轨垂直，质量为m，电阻为R。P、Q上放有一导体棒cd，cd也与导轨垂直，质量为2m，电阻为2R。导轨电阻不计。匀强磁场竖直穿过导轨平面，磁感应强度大小为B。初始两导体棒静止，设在极短时间内给ab一个水平向左的速度v0，使ab向左运动，最后ab和cd的运动都达到稳定状态。求：（1）刚开始运动的瞬间，ab和cd的加速度大小和方向；（2）稳定后ab和cd的速度大小；（3）整个过程中ab产生的热量。尝试解答动量观点在电磁感应中的应用角度1动量定理在电磁感应中的应用在导体单杆切割磁感线做变加速运动时，若运用牛顿运动定律和能量观点不能解决问题，可运用动量定理巧妙解决问题。求解的物理量应用示例电荷量或速度－BILΔt＝mv2－mv1，q＝IΔt，即－BqL＝mv2－mv1位移－B2L2vΔtR总＝0－mv0，时间－BILΔt＋F其他Δt＝mv2－mv1，即－BLq＋F其他Δt＝mv2－mv1，已知电荷量q、F其他（F其他为恒力）－B2L2vΔtR总＋F其他Δ即－B2L2xR总＋F其他Δt＝已知位移x、F其他（F其他为恒力）【典例3】（多选）（2024·山东聊城一模）如图所示，四条光滑的足够长的金属导轨M、N、P、Q平行放置，导轨固定于绝缘水平面上，M、N导轨间距为2L，P、Q导轨间距为L，两组导轨间由导线相连，导轨内存在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场，两根质量均为m、接入电路的电阻均为R的导体棒C、D分别垂直于导轨放置，且均处于静止状态。C获得向右的瞬时速度v0，同时使导体棒D获得向左的瞬时速度13v0。两导体棒在达到稳定状态运动过程中始终与导轨垂直并与导轨接触良好，且均未到达两组导轨连接处。则下列说法正确的是（A.开始阶段，导体棒C、D均做减速运动，C先减速至零B.达到稳定运动时，导体棒C、D均向右运动C.从t＝0时至稳定运动的过程中，通过导体棒的电荷量为mD.从t＝0时至稳定运动的过程中，通过导体棒的电荷量为7尝试解答角度2动量守恒定律在电磁感应中的