2019届高考物理二轮复习专题8：电磁感应及综合应用交变电流Word版含答案.docx

专题八 电磁感应及综合应用 交变电流 考向预测 电磁感应命题频率较高，大部分以选择题的形式出题，也有部分是计算题，多以中档以上难度的题目来增加试卷的区分度，考查较多的知识点有：感应电流的产生条件、方向判定和导体切割磁感线产生感应电动势的计算，同时也会与力学、磁场、能量等知识综合考查及图象问题的考查。命题趋势集中在以下三个方面：楞次定律、右手定则、左手定则的应用；与图象结合考查电磁感应现象；通过“杆＋导轨”模型，“线圈穿过有界磁场”模型，考查电磁感应与力学、电路、能量等知识的综合应用。‎ 高频考点：电磁感应图象；电磁感应中的电路问题；理想变压器。‎ 知识与技巧的梳理 ‎1.法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小跟穿过这一电路的磁通量变化率成正比，这就是法拉第电磁感应定律。‎ 内容：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。‎ 发生电磁感应现象的这部分电路就相当于电源，在电源的内部电流的方向是从低电势流向高电势。(即：由负到正)‎ ‎2.[感应电动势的大小计算公式] 1) E＝BLV (垂直平动切割) ‎ ‎2) …=?(普适公式) ε∝(法拉第电磁感应定律) 3) E= nBSωsin（ωt+Φ）；Em＝nBSω (线圈转动切割) 4)E＝BL2ω/2 (直导体绕一端转动切割) 5)*自感E自＝nΔΦ/Δt＝＝L ( 自感 )‎ ‎3.楞次定律：感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量变化,这就是楞次定律。‎ 内容：感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。‎ B感和I感的方向判定：楞次定律(右手) 深刻理解“阻碍”两字的含义(I感的B是阻碍产生I感的原因)‎ B原方向?；B原?变化(原方向是增还是减)；I感方向?才能阻碍变化；再由I感方向确定B感方向。‎ ‎4.交变电流　　‎ 交变电流(1)中性面线圈平面与磁感线垂直的位置，或瞬时感应电动势为零的位置。‎ 中性面的特点：a．线圈处于中性面位置时，穿过线圈的磁通量Φ最大，但＝0；‎ 产生：矩形线圈在匀强磁场中绕与磁场垂直的轴匀速转动。‎ 变化规律e＝NBSωsinωt=Emsinωt；i＝Imsinωt；(中性面位置开始计时)，最大值Em＝NBSω 四值：①瞬时值②最大值③有效值电流的热效应规定的；对于正弦式交流U＝＝0.707Um ④平均值 不对称方波： 不对称的正弦波 ‎ 求某段时间内通过导线横截面的电荷量Q＝IΔt=εΔt/R＝ΔΦ/R 我国用的交变电流，周期是0.02s，频率是50Hz，电流方向每秒改变100次。‎ 瞬时表达式：e＝e=220sin100πt=311sin100πt=311sin314t 线圈作用是“通直流，阻交流；通低频，阻高频”．‎ 电容的作用是“通交流、隔直流；通高频、阻低频”．‎ 变压器两个基本公式：① ②P入=P出，输入功率由输出功率决定，‎ 远距离输电：一定要画出远距离输电的示意图来，包括发电机、两台变压器、输电线等效电阻和负载电阻。并按照规范在图中标出相应的物理量符号。一般设两个变压器的初、次级线圈的匝数分别为、n1、n1/ n2、n2/，相应的电压、电流、功率也应该采用相应的符号来表示。‎ 功率之间的关系是：P1=P1/，P2=P2/，P1/=Pr=P2。‎ 电压之间的关系是：。‎ 电流之间的关系是：.求输电线上的电流往往是这类问题的突破口。‎ 输电线上的功率损失和电压损失也是需要特别注意的。‎ 分析和计算时都必须用，而不能用。‎ 特别重要的是要会分析输电线上的功率损失。‎ ‎ ‎限时训练 ‎（45分钟）‎ 经典常规题 ‎1. 【浙江省2017普通高校招生选考科目考试物理试题】间距为l的两平行金属导轨由水平部分和倾斜部分平滑连接而成，如图所示,倾角为θ的导轨处于大小为B‎1‎，方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间Ⅰ中，水平导轨上的无磁场区间静止放置一质量为3m的“联动双杆”（由两根长为l的金属杆，cd和ef，用长度为L的刚性绝缘杆连接而成），在“联动双杆”右侧存在大小为B‎2‎，方向垂直导轨平面向上的匀强磁场区间Ⅱ，其长度大于L，质量为m，长为l的金属杆ab，从倾斜导轨上端释放，达到匀速后进入水平导轨（无能量损失），杆cd与“联动双杆”发生碰撞后杆ab和cd合在一起形成“联动三杆”，“联动三杆”继续沿水平导轨进入磁场区间Ⅱ并从中滑出，运动过程中，杆ab、cd和ef与导轨始终接触良好，且保持与导轨垂直。已知杆ab、cd和ef电阻均为R=0.02Ω,m=0.1kg,l=0.5m,L=0.3m,θ=‎30‎‎0‎,B‎1‎=0.1T,B‎2‎=0.2T。不计摩擦阻力和导轨电阻，忽略磁场边界效应。求：‎ ‎（1）杆ab在倾斜导轨上匀速运动时的速度大小v‎0‎；‎ ‎（2）联动三杆进入磁场区间II前的速度大小v；‎ ‎（3）联动三杆滑过磁场区间II产生的焦耳热 ‎Q 高频易错题 ‎ ‎ ‎1. 【2018年全国普通高等学校招生统一考试物理（江苏卷)】如图所 示，两条平行的光滑金属导轨所在平面与水平面的夹角为θ，间距为d．导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与导轨平面垂直．质量为m的金属棒被固定在导轨上，距底端的距离为s，导轨与外接电源相连，使金属棒通有电流．金属棒被松开后，以加速度a沿导轨匀加速下滑，金属棒中的电流始终保持恒定，重力加速度为g．求下滑到底端的过程中，金属棒：‎ ‎（1）末速度的大小v；‎ ‎（2）通过的电流大小I；‎ ‎（3）通过的电荷量Q．‎ 精准预测题 一、多选题 ‎1．如图，在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，有一面积为S的矩形单匝闭合导线abcd,ab边与磁场方向垂直，线框的电阻为R。使线框以恒定角速度ω绕过ad、bc中点的轴旋转。下列说法正确的是(　　)‎ A．线框abcd中感应电动势的最大值是BSω B．线框abcd中感应电动势的有效值是BSω C．线框平面与磁场方向平行时，流经线框的电流最大 D．线框平面与磁场方向垂直时，流经线框的电流最大 ‎2．如图‎(a)‎，在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R，R在PQ的右侧。导线PQ中通有正弦交流电i，i的变化如图‎(b)‎所示，规定从Q到P为电流正方向。导线框R中的感应电动势(　　)‎ A．在t=‎T‎4‎时为零 B．在t=‎T‎2‎时改变方向 C．在t=‎T‎2‎时最大，且沿顺时针方向 D．在t=T时最大，且沿顺时针方向 二、单选题 ‎1．采用220 kV高压向远方的城市输电．当输送功率一定时，为使输电线上损耗的功率减小为原来的‎1‎‎4‎，‎ 输电电压应变为(　　)‎ A．55 kV B．110 kV C．440 kV D．880 kV ‎2．教学用发电机能够产生正弦式交变电流。利用该发电机‎(‎内阻可忽略‎)‎通过理想变压器向定值电阻R供电，电路如图所示，理想交流电流表A、理想交流电压表V的读数分别为I、U，R消耗的功率为P.‎若发电机线圈的转速变为原来的‎1‎‎2‎，则(　　)‎ A．R消耗的功率变为‎1‎‎2‎P B．电压表V的读数变为‎1‎‎2‎U C．电流表A的读数变为2I D．通过R的交变电流频率不变 ‎3．如图，在同一平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域，区域宽度均为l,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下。一边长为‎3‎‎2‎l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动，线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是(　　)‎ A．B．C．D．‎ 三、解答题 ‎6．如图所示，在竖直平面内建立xOy坐标系，在‎0≤x≤0.65m，y≤0.40m范围内存在一具有理想边界、方向垂直纸面向里的匀强磁场区域。一边长为L=0.10m、质量m=0.02kg、电阻R=0.40Ω的匀质正方形刚性导线框abcd处于图示位置，其中心的坐标为（0，0.65）。现将线框以初速度v‎0‎‎=2m/s水平向右抛出，线框在进入磁场过程中速度保持不变，然后在磁场中运动，最后从磁场右边界离开磁场区域，完成运动全过程，线框在全过程中始终处于xOy平面内，其ab边与x轴保持平行，空气阻力不计，求：‎ ‎（1）磁感应强度B的大小；‎ ‎（2）线框在全过程中产生的焦耳热Q；‎ ‎（3）在全过程中，cb两端得到电势差Ucb与线框中心位置的x坐标的函数关系。‎ ‎7．如图，两光滑平行金属导轨置于水平面（纸面）内，轨间距为l，左端连有阻值为R的电阻．一金属杆置于导轨上，金属杆右侧存在一磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场区域．已知金属杆以速度v0向右进入磁场区域，做匀变速直线运动，到达磁场区域右边界（图中虚线位置）时速度恰好为零．金属杆与导轨始终保持垂直且接触良好．除左端所连电阻外，其他电阻忽略不计．求金属杆运动到磁场区域正中间时所受安培力的大小及此时电流的功率。‎ 参考答案 ‎ ‎限时训练 ‎（45分钟）‎ 经典常规题 ‎1.【解析】沿着斜面正交分解，最大速度时重力分力与安培力平衡 ‎ (1)感应电动势E=B‎1‎lv‎0‎ ‎ ‎ 电流I=‎E‎1.5R ‎ ‎ 安培力F=B‎1‎Il ‎ 匀速运动条件mgsinθ=‎B‎1‎‎2‎l‎2‎v‎0‎‎1.5R ‎ 代入数据解得：‎v‎0‎‎=6m/s ‎（2）由定量守恒定律mv‎0‎=4mv ‎ 解得：v=1.5m/s ‎ ‎（3）进入B2磁场区域，设速度变化大小为Δv,根据动量定理有 B‎2‎IlΔt=-4mΔv‎ ‎ IΔt=q=Δϕ‎1.5R=‎B‎2‎Ll‎1.5R‎ ‎ 解得：Δv=-0.25m/s ‎ 出B2磁场后“联动三杆”的速度为 v‎'‎‎=v+2Δv=1.0m/s‎ ‎ 根据能量守恒求得：‎ Q=‎1‎‎2‎×4m×v‎2‎‎-‎v‎'‎‎2‎=0.25J‎ ‎ ‎【答案】(1) v‎0‎‎=6m/s (2) 1.5m/s (3)0.25J 高频易错题 ‎ ‎ ‎1.【解析】（1）匀加速直线运动v2=2as 解得v=‎‎2as ‎（2）安培力F安=IdB 金属棒所受合力F=mgsinθ–‎F安 牛顿运动定律F=ma 解得I=‎m（gsinθ–a）‎dB ‎（3）运动时间t=‎va 电荷量Q=It 解得Q=‎‎2asm（gsinθ-a）‎dBa ‎【答案】（1）‎2as；（2）m(gsinθ-a)‎dB；（3）‎2asm(gsinθ-a)‎dBa；‎ 精准预测题 一、多选题 ‎1．【解题思路】一个单匝线圈在匀强磁场中旋转，当从中性面开始计时,产生的正弦式交变电流电动势的瞬时值表达式为：e=Emsinθ.＝Emsinωt。故感应电动势的最大值Em＝BSω，有效值E＝Em‎2‎，故A正确，B错误。‎ 当θ=‎90‎o时，即线框平面与磁场方向平行时，电流最大故C正确，D错误。‎ ‎【答案】AD ‎2．【解题思路】由图（b）可知，导线PQ中电流在t=T/4时达到最大值，变化率为零，导线框R中磁通量变化率为零，根据法拉第电磁感应定律，在t=T/4时导线框中产生的感应电动势为零，选项A正确；在t=T/2时，导线PQ中电流图象斜率方向不变，导致导线框R中磁通量变化率的正负不变，根据楞次定律，所以在t=T/2时，导线框中产生的感应电动势方向不变，选项B错误；由于在t=T/2时，导线PQ中电流图象斜率最大，电流变化率最大，导致导线框R中磁通量变化率最大，根据法拉第电磁感应定律，在t=T/2时导线框中产生的感应电动势最大，由楞次定律可判断出感应电动势的方向为顺时针方向，选项C正确；由楞次定律可判断出在t=T时感应电动势的方向为逆时针方向，选项D错误。‎ ‎【答案】AC 二、单选题 ‎1．【解题思路】本意考查输电线路的电能损失，意在考查考生的分析能力。当输电功率P=UI，U为输电电压，I为输电线路中的电流，输电线路损失的功率为P损=I2R，R为输电线路的电阻，即P损=PU‎2‎R。当输电功率一定时，输电线路损失的功率为原来的‎1‎‎4‎，则输电电压为原来的2倍，即440V，故选项C正确。‎ ‎【答案】C ‎2．【解题思路】根据公式Em‎=nBSω分析电动机产生的交流电的最大值以及有效值、频率的变化情况；根据n‎1‎n‎2‎‎=U‎1‎U‎2‎=‎I‎2‎I‎1‎判断原副线圈中电流电压的变化情况，根据副线圈中功率的变化判断原线圈中功率的变化；根据ω=2πn可知转速变为原来的‎1‎‎2‎，则角速度变为原来的‎1‎‎2‎，根据Em‎=nBSω可知电动机产生的最大电动势为原来的‎1‎‎2‎，根据U=‎Em‎2‎可知发电机的输出电压有效值变为原来的‎1‎‎2‎，即原线圈的输出电压变为原来的‎1‎‎2‎，根据n‎1‎n‎2‎‎=‎U‎1‎U‎2‎可知副线圈的输入电压变为原来的‎1‎‎2‎，即电压表示数变为原来的‎1‎‎2‎，根据P=‎U‎2‎R可知R消耗的电功率变为‎1‎‎4‎P，A错误B正确；副线圈中的电流为I‎2‎‎=‎‎1‎‎2‎UR，即变为原来的‎1‎‎2‎，根据n‎1‎n‎2‎‎=‎I‎2‎I‎1‎可知原线圈中的电流也变为原来的‎1‎‎2‎，C错误；转速减小为原来的‎1‎‎2‎，则频率变为原来的‎1‎‎2‎，D错误。‎ ‎【答案】B ‎3．【解题思路】试题分析：找到线框在移动过程中谁切割磁感线，并根据右手定则判断电流的方向，从而判断整个回路中总电流的方向。要分过程处理本题。‎ 第一过程从①移动②的过程中左边导体棒切割产生的电流方向是顺时针，右边切割磁感线产生的电流方向也是顺时针，两根棒切割产生电 动势方向相同所以E=2Blv ，则电流为i=ER=‎‎2BlvR ，电流恒定且方向为顺时针。‎ 再从②移动到③的过程中左右两根棒切割磁感线产生的电流大小相等，方向相反，所以回路中电流表现为零，然后从③到④的过程中，左边切割产生的电流方向逆时针，而右边切割产生的电流方向也是逆时针，所以电流的大小为i=ER=‎‎2BlvR，方向是逆时针。‎ 当线框再向左运动时，左边切割产生的电流方向顺时针，右边切割产生的电流方向是逆时针，此时回路中电流表现为零，故线圈在运动过程中电流是周期性变化，故D正确。故选D。‎ ‎【答案】D 三、解答题 ‎6．【解析】（1）线框进入磁场的过程中速度不变，线框受力平衡： ‎mg=BIl 感应电流I=‎BlvyR 进入时的y方向速度：vy‎=2m/s，‎ 解得：B=2T ‎（2）动量定理：‎‎-BlΔq=mv-mv‎0‎ 解得Δq=‎Bl‎2‎R 全过程能量守恒：‎Q=mgl+‎1‎‎2‎mv‎0‎‎2‎-‎1‎‎2‎mv‎2‎ 解得Q=0.0375J ‎（3）进入磁场前：‎x≤0.4m Uab‎=0‎ 进入磁场过程：‎‎0.4m