高中物理电磁感应、正弦交流电、变压器专题复习

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高考物理第二轮重点复习专题四电磁感应与电路

高考物理第二轮重点复习专题四电磁感应与电路【方法归纳】电磁感应是电磁学中最为重要的内容，也是高考的热点之一。

电磁感应是讨论其他形式能转化为电能的特点和规律；电路问题主要是讨论电能在电路中传输、分配并通过用电器转化成其他形式能的特点和规律，本专题的思想是能量转化与守恒思想。

在复习电磁感应部分时，其核心是法拉第电磁感应定律和楞次定律；这两个定律一是揭示感应电动势的大小所遵循的规律；一个是揭示感的电动势方向所遵循的规律，法拉第电磁感定律的数学表达式为：ntε∆Φ=∆，磁通量的变化率越大，感应电动势越大．磁通量的变化率越大，外界所做的功也越大．楞次定律的表述为：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，从楞次定律的内容可以判断出：要想获得感应电流就必须克服感应电流的阻碍，需要外界做功，需要消耗其他形式的能量．在第二轮复习时如果能站在能量的角度对这两个定律进行再认识，就能够对这两个定律从更加整体、更加深刻的角度把握．电路部分的复习，其一是以部分电路欧姆定律为中心，包括六个基本物理量（电压、电流、电阻、电功、电功率、电热），三条定律（部分电路欧姆定律、电阻定律和焦耳定律），以及串、并联电路的特点等概念、定律的理解掌握和计算；其二是以闭合电路欧姆定律为中心讨论电动势概念、闭合电路中的电流、路端电压以及闭合电路中能量的转化；其三，对高中物理所涉及的三种不同类别的电路进行比较，即恒定电流电路、变压器电路、远距离输电电路，比较这些电路哪些是基本不变量，哪些是变化量，变化的量是如何受到不变量的制约的．其能量是如何变化的．在恒定电流电路中，如果题目不加特殊强调，电源的电动势和内电阻是基本不变量，在外电阻改变时其他量的变化受到基本不变量的制约．在变压器电路中，如果题目不加特殊强调，变压器的输入电压不变，其他量改变时受到这个基本不变量的制约．在远距离输电电路中，如果题目不加特殊强调，发电厂输出的电功率不变，其他量改变时受到这个基本不变量的制约．【典例分析】1．电磁感应的图象问题方法：图象问题有两种：一是给出电磁感应过程选出或画出正确图象；二是由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量．其思路是：利用法拉第电磁感应定律计算感应电动势．感应电流的大小，利用楞次定律或右手定则判定感应电流的方向，利用图象法直观，明确地表示出感应电流的大小和方向．掌握这种重要的物理方法．例1、如图4—1（a）所示区域（图中直角坐标系x O y的1、3象限）内有匀强磁场，磁感应强度方向垂直于图面向里，大小为B，半径为l，圆心角为60°的扇形导线框OPQ以角速度ω绕O点在图面内沿逆时针方向匀速转动，导线框回路电阻为R．（1）求线框中感应电流的最大值I0和交变感应电流的频率f．（2）在图（b）中画出线框转一周的时间内感应电流I随时间t变化的图象．（规定在图（a）中线框的位置相应的时刻为t =0）（a）（b）2、电路的动态分析方法：利用欧姆定律，串、并联电路的性质，闭合电路的欧姆定律；明确不变量，以“从局部到整体再到局部”，“从外电路到内电路再到外电路”的顺序讨论各物理量的变化情况．例2、如图4—3所示的电路中，电源的电动势为E ，内阻为r ．当可变电阻的滑片P 向b 移动时，电压表的读数U 1与电压表的读数U 2的变化情况是（）A ．U 1变大，U 2变小B ．U 1变大，U 2变大C ．U 1变小，U 2变小 B ．U 1变小，U 2变大 3、电磁感应与力学综合方法：从运动和力的关系着手，运用牛顿第二定律（1）基本思路：受力分析→运动分析→变化趋向→确定运动过程和最终的稳定状态→由牛顿第二定律列方程求解．（2）注意安培力的特点：（3）纯力学问题中只有重力、弹力、摩擦力，电磁感应中多一个安培力，安培力随速度变化，部分弹力及相应的摩擦力也随之而变，导致物体的运动状态发生变化，在分析问题时要注意上述联系．例3、如图4—4所示，两根相距为d 的足够长的平行金属导轨位于水平x O y 平面内，左端接有阻值为R 的电阻，其他部分的电阻均不计．在x >0的一侧存在垂直x O y 平面且方向竖直向下的稳定磁场，磁感强度大小按B =kx 规律变化（其中k 是一大于零的常数）．一根质量为m 的金属杆垂直跨搁在光滑的金属导轨上，两者接触良好．当t =0时直杆位于x =0处，其速度大小为v 0，方向沿x 轴正方向，在此后的过程中，始终有一个方向向左的变力F 作用于金属杆，使金属杆的加速度大小恒为a ，加速度方向一直沿x 轴的负方向．求：（1）闭合回路中感应电流持续的时间有多长？V 1V 2导体运动v感应电动势E 感应电流I安培力F磁场对电流的作用电磁感应阻碍闭合电路欧姆定律图4—3（2）当金属杆沿x 轴正方向运动的速度为02v 时，闭合回路的感应电动势多大？此时作用于金属杆的外力F 多大？4、电磁感应与动量、能量的综合方法：（1）从动量角度着手，运用动量定理或动量守恒定律①应用动量定理可以由动量变化来求解变力的冲量，如在导体棒做非匀变速运动的问题中，应用动量定理可以解决牛顿运动定律不易解答的问题．②在相互平行的水平轨道间的双棒做切割磁感线运动时，由于这两根导体棒所受的安培力等大反向，合外力为零，若不受其他外力，两导体棒的总动量守恒．解决此类问题往往要应用动量守恒定律．（2）从能量转化和守恒着手，运用动能定律或能量守恒定律①基本思路：受力分析→弄清哪些力做功，正功还是负功→明确有哪些形式的能量参与转化，哪增哪减→由动能定理或能量守恒定律列方程求解．−−−−−−安培力做负功−−−−−电流做功例4、如图4—6所示，在空间中有一水平方向的匀强磁场区域，区域的上下边缘间距为h ，磁感应强度为B ．有一宽度为b （b <h ）、长度为L、电阻为R 、质量为m 的矩形导体线圈紧贴磁场区域的上边缘从静止起竖直下落，当线圈的PQ 边到达磁场下边缘时，恰好开始做匀速运动．求：（1）线圈的MN 边刚好进入磁场时，线圈的速度大小．（2）线圈从开始下落到刚好完全进入磁场所经历的时间．图4—4图4—6例5、两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平内，两导轨间的距离为l ，导轨上面横放着两根导体棒ab 和cd 构成矩形回路，如图4—7所示．两根导体棒的质量皆为m ，电阻皆为R ，磁感应强度为B ，设两导体棒均为沿导轨无摩擦地滑行，开始时，棒cd 静止，棒ab 有指向棒cd 的初速度（如图所示），若两导体棒在运动中始终不接触，求：（1）在运动中产生的焦耳热最多是多少？（2）当ab 棒的速度变为初速度的34时，cd 棒的加速度是多少？5、电磁感应与电路综合方法：在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路相当于电源．解决电磁感应与电路综合问题的基本思路是：图4—7（1）明确哪部分相当于电源，由法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向．（2）画出等效电路图．（3）运用闭合电路欧姆定律．串并联电路的性质求解未知物理量．例6、如图4—8所示，直角三角形导线框abc 固定在匀强磁场中，ab 是一段长为L 、电阻为R 的均匀导线，ac 和bc 的电阻可不计，ac 长度为2L ．磁场的磁感强度为B ，方向垂直纸面向里．现有一段长度为2L，电阻为2R的均匀导体棒MN 架在导线框上，开始时紧靠ac ，然后沿bc 方向以恒定速度v 向b 端滑动，滑动中始终与ac 平行并与导线框保持良好接触，当MN 滑过的距离为3L时，导线ac 中的电流为多大？方向如何？6、交变电流的三值（1）最大值：m E NBS ω=，最大值(、)m m m E V I 与线圈的形状，以及转轴的位置无关，但转轴应与磁感线垂直．（2）有效值：交流电的有效值是根据电流的热效应来定义的．即在同一时间内，跟某一交流电一样能使同一电阻产生相等热量的直流的数值，叫做该交流电的有效值．正弦交流电的有效值与最大值之间的关系为：E U I ===．各种交流电器设备上标准值及交流电表上的测量值都是指有效值．（3）平均值 ntϕε∆=∆ （4）最大值、有效值和平均值的应用①求电功、电功率以及确定保险丝的熔断电流等物理量时，要用有效值计算．正弦交变电流的有效值为I =，其他交流电流的有效值只能根据有效值的定义来计算．②求一段时间内通过导体横截面的电量时要用平均值来计算．,q It =而,E I E nR t∆Φ==∆．注意122E E E +≠，平均值不等于有效值．图4—8③在考虑电容器的耐压值时，则应根据交流电的最大值．例7、边长为a 的N 匝正方形线圈在磁感应强度为B 的匀强磁场中，以角速度绕垂直于磁感线的转轴匀速转动，线圈的电阻为R ．求：（1）线圈从中性面开始转过90°角的过程中产生的热量．（2）线圈从中性面开始转过90°角的过程中，通过导线截面的电量．7、电容、电路、电场、磁场综合方法：从电场中的带电粒子受力分析入手，综合运用牛顿第二定律；串、并联电路的性质、闭合电路欧姆定律和法拉第电磁感应定律进行分析、计算，注意电容器两端的电压和等效电路．例8、如图4—11所示，光滑的平行导轨P 、Q 相距l =1m ，处在同一水平面中，导轨左端接有如图所示的电路，其中水平放置的平行板电容器C 两极板间距离d =10mm ，定值电阻R 1=R 3=8Ω，R 2=2Ω，导轨电阻不计，磁感应强度B =0.4T 的匀强磁场竖直向下穿过导轨平面，当金属棒ab 沿导轨向右匀速运动（开关S 断开）时，电容器两极板之间质量m =1×10－14kg ，带电荷量q =－1×10－25C 的粒子恰好静止不动；当S 闭合时，粒子以加速度a =7m/s 2向下做匀加速运动，取g =10m/s 2，求：（1）金属棒ab 运动的速度多大？电阻多大？（2）S 闭合后，使金属棒ab 做匀速运动的外力的功率多大？8、电磁感应与交流电路、变压器综合方法：①变压器遵循的是法拉第电磁感应定律，理想变压器不考虑能量损失，即输入功率等于输出功率．②理想变压器原线圈的电压决定着负线圈的电压，而副线圈上的负载反过来影响着原线圈的电流，输入功率．③远距离输电是以电功率展开分析的，其中损失功率是最为关键的因素．④在供电电路、输电电路、用电回路所构成的输电电路中，输出电路中的电流和输电回路中的损失电压是联系其余两回路的主要物理量．× × × × × × × × × × × ×R 3R 2 qSmR 1vaPbQ 图4—11n1︰n 2 1n'︰2n'图4—12例9、有条河流，流量Q=2m3/s，落差h=5m，现利用其发电，若发电机总效率为50%，输出电压为240V，输电线总电阻R=30Ω，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用电的需求，则该输电线路所使用的理想电压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220V、100W”的电灯正常发光．【跟踪练习】1．矩形导线框abcd放在匀强磁场中，磁感线方向与线圈平面垂直，磁感强度B随时间变化的图象如图4—13所示．t=0时刻，磁感强度的方向垂直于纸面向里．在0～4s时间内，线框的ab边受力随时间变化的图象（力的方向规定以向左为正方向），可能如图4—14中的（）A．B．C．D．2．如图4—14甲所示，由均匀电阻丝做成的正方形线框abcd的电阻为R，ab=bc=cd=da=l．现将线框以与ab垂直的速度v匀速穿过一宽为2l、磁感应强度为B的匀强磁场区域，整个过程中ab、cd两边始终保持与边界平行．令线框的cd边刚与磁场左边界重合时t=0，电流沿abcda流动的方向为正．（1）求此过程中线框产生的焦耳热；（2）在图乙中画出线框中感应电流随时间变化的图象；（3）在图丙中画出线框中a、b两点间电势差U ab随时间t变化的图象．图4—13～U0I送P输U送RU1U2a bcditO图甲图乙U abtO图丙l图4—143．如图4—15所示，T 为理想变压器，A 1、A 2为交流电流表，R 1、R 2为定值电阻，R 3为滑动变阻器，原线圈两端接恒压交流电源，当滑变阻器的滑动触头向下滑动时（）A ．A 1的读数变大，A 2读数变大B ．A 1的读数变大，A 2读数变小C ．A 1的读数变小，A 2读数变大D ．A 1的读数变小，A 2的读数变小4．如图4—16所示：半径为r 、电阻不计的两个半圆形光滑导轨并列竖直放置，在轨道左上方端点M 、N 间接有阻值为R 的小电珠，整个轨道处在磁感强度为B 的匀强磁场中，两导轨间距为L ，现有一质量为m ，电阻为R 的金属棒ab 从M 、N 处自由静止释放，经一定时间到达导轨最低点O 、O ′，此时速度为v ．（1）指出金属棒ab 从M 、N 到O 、O ′的过程中，通过小电珠的电流方向和金属棒ab 的速度大小变化情况．（2）求金属棒ab 到达O 、O ′时，整个电路的瞬时电功率．（3）求金属棒ab 从M 、N 到O 、O ′的过程中，小电珠上产生的热量．图4—16～R 1A 1R 2R 3A 2T图4—155．（2002·上海）如图4—17所示，有两根和水平方向成α角的光滑平行的金属轨道，上端接有可变电阻R ，下端足够长，空间有垂直于轨道平面的匀强磁场，磁感应强度为B ．一根质量为m 的金属杆从轨道上静止自由滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度会趋近于一个最大速度v m ，则（）A ．如果B 增大，v m 将变大 B ．如果α变大，v m 将变大C ．如果R 变小，v m 将变大D ．如果m 变小，v m 将变大6．（2004年全国）如图4—18所示a 1b 1c 1d 1和a 2b 2c 2d 2为在同一竖直平面内的金属导轨，处在磁感应强度为B 的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨所在的平面（纸面）向里．导轨的a 1b 1段与a 2b 2段是竖直的，距离l 1；c 1d 1段与c 2d 2段也是竖直的，距离为l 2．x 1y 1与x 2y 2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆，质量分别为m 1和m 2，它们都垂直于导轨并与导轨保持光滑接触．两杆与导轨构成的回路的总电阻为R ．F 为作用于金属杆x 1y 1上的竖直向上的恒力．已知两杆运动到图示位置时，已匀速向上运动，求此时作用两杆的重力的功率的大小和回路电阻上的热功率．7．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图4—19所示，抛物线的方程是y =x 2，下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y =a 的直线（图中虚线所示），一个小金属环从抛物线上y =b （y >a ）处以速度v 沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，金属环沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是（） A ．mgb B ．212mv C ．mg (b －a ) D ．21()2mg b a mv -+8．如图4—20所示，长为L 、电阻r =0.3Ω、质量m =0.1kg 的金属棒CD 垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，两导轨间距也是L ，棒与导轨间接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有R =0.5Ω的电阻，量程为0～3.0A 的电流表串接在一条导轨上，量程为0～1.0V 的电压表接在电阻R 的两端，垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面．现以向右恒定外力F 使金属棒右移，当金属棒以v =2m/s 的速度在导轨平面上匀速滑动时，观察到电路中的一个电表正好满偏，而另一个电表未满偏，问：（1）此满偏的电表是什么表？说明理由．（2）拉动金属棒的外力F 多大？（3）此时撤去外力F ，金属棒将逐渐慢下来，最终停止在导轨上．求从撤去外力到金属棒停止运动的过程中通过电阻R 的电量．图4—18图4—19图4—20图4—179．高频焊接是一种常用的焊接方法，其焊接的原理如图所示．将半径为10cm 的待焊接的圆形金属工件放在导线做成的1000匝线圈中，然后在线圈中通以高频的交变电流，线圈产生垂直于金属工件所在平面的变化磁场，磁场的磁感应强度B 的变化率为10002sin t πωT/s ．焊接处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的 99倍．工作非焊接部分每单位长度上的电阻为31010m R π--=Ωg，焊接的缝宽非常小，求焊接过程中焊接处产生的热功率．（取2π=10，不计温度变化对电阻的影响）图4—2110．如图所示，与光滑的水平平行导轨P 、Q 相连的电路中，定值电阻R 1=5Ω，R 2=6Ω；电压表的量程为0～10V ，电流表的量程为0～3A ，它们都是理想电表；竖直向下的匀强磁场穿过水平导轨面，金属杆ab 横跨在导轨上，它们的电阻均可不计，求解下列问题：（1）当滑动变阻器的阻值R 0=30Ω时，用水平恒力F 1=40N 向右作用于ab ，在ab 运动达到稳定状态时，两个电表中有一个电表的指针恰好满偏，另一个电表能安全使用．试问：这时水平恒力F 1的功率多大？ab 的速度v 1多大？（2）将滑动变阻器的电阻调到R 0=3Ω，要使ab 达到稳定运动状态时，两个电表中的一个电表的指针恰好满偏，另一个电表能安全使用，作用于ab 的水平恒力F 2多大？这时ab 的运动速度v 2多大？图4—22R 0R xR 111．两只相同的电阻，分别通过简谐波形的交流电和方形波的交流电．两种交变电流的最大值相等，波形如图4—23所示．在简谐波形交流电的一个周期内，简谐波形交流电在电阻上产生的焦耳热Q 1与方波形交流电在电阻上产生的焦耳热Q 2之比为12Q Q 等于（） A ．3︰1 B ．1︰2 C ．2︰1 D ．4︰312．曾经流行过一种向自行车车头灯供电的小型交流发电机，图4—24甲为其结构示意图．图中N 、S 是一对固定的磁极，abcd 为固定在转轴上的矩形线框，转轴过bc 边中点、与ab 边平行，它的一端有一半径r 0=1.0cm 的摩擦小轮，小轮与自行车车轮的边缘相接触，如图4—24乙所示．当车轮转动时，因摩擦而带动小轮转动，从而使线框在磁极间转动．设线框由N =800匝导线圈组成，每匝线圈的面积S =20cm 2，磁极间的磁场可视为匀强磁场，磁感强度B =0.010T ，自行车车轮的半径R 1=35cm ，小齿轮的半径R 2=4.0cm ，大齿轮的半径R 3=10.0cm （见图乙）．现从静止开始使大齿轮加速运动，问大齿轮的角速度为多大时才能使发电机输出电压的有效值U =3.2V ？（假定摩擦小轮与自行车轮之间无相对滑动）图4—2413．如图4—25所示，两块水平放置的平行金属板间距为d ，定值电阻的阻值为R ，竖直放置线圈的匝数为n ，绕制线圈导线的电阻为R ，其他导线的电阻忽略不计．现在竖直向上的磁场B 穿过线圈，在两极板中一个质量为m ，电量为q ，带正电的油滴恰好处于静止状态，则磁场B 的变化情况是（） A ．均匀增大，磁通量变化率的大小为2mgdnqB ．均匀增大，磁通量变化率的大小为mgdnq C ．均匀减小，磁通量变化率的大小为2mgdnq图4—25图4—23D ．均匀减小，磁通量变化率的大小为mgdnq14．如图4—26所示，水平面中的光滑平行导轨P 1、P 2相距l =50cm ，电池电动势E ′=6V ，电阻不计；电容C =2μF ，定值电阻R =9Ω；直导线ab 的质量m =50g ，横放在平行导轨上，其中导轨间的电阻R ′=3Ω；竖直向下穿过导轨面的匀强磁场的磁感应强度B =1.0T ；导轨足够长，电阻不计．（1）闭合开关S ，直导线ab 由静止开始运动的瞬时加速度多大？ab 运动能达到的最大速度多大？（2）直导线ab 由静止开始运动到速度最大的过程中，电容器的带电荷量变化了多少？15．如图4—27所示的四个图中，a 、b 为输入端，接交流电源、cd 为输出端，下列说法中错误．．的是（） A B C D A ．A 图中U ab <U cd B ．B 图中U ab >U cd C ．C 图中U ab <U cd D ．D 图中U ab >U cd16．某电站输送的电功率是500kW ，当采用6kV 电压输电时，安装在输电线路起点的电度表和终点的电度表一昼夜读数相差4800kWh （即4800度），试求：（1）输电线的电阻；（2）若要使输电线上损失的功率降到输送功率的2.304%，应采用多高的电压向外输电？专题四电磁感应与电路参考答案典型例题【例1】解析：在从图中位置开始（t =0）匀速转动60°的过程中，只有OQ 边切割磁感线，产生的感应电动势2112E Bl ω=，由右手定则可判定电流方向为逆时针方向（设为正方向）．根据欧姆定律得， 211(0)23E Bl I t R R ωπω==<≤．导线框再转过30°的过程中，由于∆Φ=0，则22350(),()32226Bl I t I t R ππωππωωωω=<=<≤≤顺时针方向．～ ab cd ～ ab d c～ ab cd ～ab dcE ′P 1P 2图4—26245540()()623Bl I t I t R ππωππωωωω=<=<≤≤逆时针方向267433110()()32226Bl I t I t R ππωππωωωω=<=<≤≤顺时针方向81120()6I t ππωω=<≤综合以上分析可知，感应电流的最大值202Bl I Rω=，频率f πω=．其I —t 图象如图4—2所示．答案：（1）20;2Bl I f R ωπω==（2）如图4—2所示．【例2】解析：P 向b 移动，电路中总电阻变大，由闭合电路的欧姆定律、欧姆定律以及电路的性质从而可以判断U 1、U 2的变化情况．当P 向b 移动时，电路中总电阻变大，由闭合电路的欧姆定律可知电路中总电路I 变小，由欧姆定律得U 2=IR 变小，再由闭合电路欧姆定律得U 1=E －Ir 变大，故本题正确答案应选A ．【例3】解析：（1）由题意可知，金属杆在磁场中的运动分为两个阶段：先沿x 轴正方向做匀减速运动，直到速度为零；然后x 轴负方向做匀加速直线运动，直到离开磁场，其速度一时间图象如图4—5所示．金属杆在磁场中运动切割磁感线，闭合回路产生感应电流，所以回路中感应电流持续的时间122v t t a==．（2）当金属杆沿x 轴正方向运动的速度为02v 时，对应的x 坐标x 1`满足：2001()2,2v v ax =-解得x 1=2038v a ．则在x 1处的磁感强度21138kv B kx a==此时回路中的感应电动势，30013216v kdv E B d a==金属杆所受的安培力大小25201129128k v d E F BId B d R a R===安方向沿x 轴负方向由牛顿第二定律得F ＋F 安=ma所以，此时作用于金属杆的外力252029128k v dF ma a R=-方向沿x 轴负方向．答案：（1）02v a （2）325200239;16128kdv k v d ma a a R- 【例4】解析：（1）设线圈匀速穿出磁场的速度为v ′，此时线圈中产生的感应电动势为E BLv '=． ① 产生的感应电流为EI R=② 线圈受到的安培力为F =BIL ③图4—2图4—5此过程线圈受到的重力与安培力平衡mg =F ④ 联立①②③④式，得22mgR v B L'=⑤设线圈的上边刚好进入磁场时速度为v ，线圈全部在磁场里运动的过程中，根据能量守恒定律2211()22mg h b mv mv '-=- ⑥联立⑤⑥解得v = ⑦（2）设线圈从开始下落到刚好完全进入磁场所用时间为t ，根据动量定理0F mgt I mv -=- ⑧ 根据法拉第电磁感应定律BLbE t t∆Φ==⑨ 线圈中产生的平均电流EI R=⑩ 故安培力的冲量F I Ft BLIt == ○11联立⑨⑩○11得，22F B L b I R= ○12将⑦和○12代入⑧解得22B L b t mgR =+【例5】解析：ab 棒向cd 棒运动时，两棒和导轨构成的回路面积变小，磁通量发生变化，于是产生感应电流．ab 棒受到与运动方向相反的安培力作用做减速运动，cd 棒则在安培力作用下做加速运动，在ab 棒的速度大于cd 棒的速度时，回路中总有感应电流，ab 棒继续减速，cd 棒继续加速．两棒速度达到相同后，回路面积保持不变，磁通量不变化，不产生感应电流，再棒以相同的速度v 做匀速运动．（1）从初始至两棒达到速度相同的过程中，两棒的动量守恒，有02mv mv =．根据能量守恒，整个过程中产生的总热量22200111(2)224Q mv m v mv =-= （2）设ab 棒的速度为初速度的34时，cd 棒的速度为v ′，则由动量守恒可知0034mv m v mv '=+g ．此时回路中感应电动势和感应电流分别为03(),42E E v v Bl I R'=-=．此时cd 棒所受的安培力F =IBl ，cd 棒的加速度F a m=．由以上各式可得2204B l v a mR=．答案：（1）2014mv （2）2204B l v mR【例6】解析：MN 滑过的距离为3L时，它与bc 的接触点为P ，如图4—9所示．由几何关系可知，MP 的长度为3L ，MP 相当于电路中的电源，其感应电动势13E BLv =，内阻13r R =．等效电路如图4—10所示．图4—9 图4—10外电路并联电阻为1223312933R R R ⨯==+并由闭合电路欧姆定律可得，MP 中的电流EI R r=+并ac 中的电流23ac I I =联立以上各式解得25ac BLvI R=根据右手定则，MP 中的感应电流方向由P 流向M ，所以电流I ac 的方向由a 流向c ．答案：25ac BLvI R=，方向由a 流向c ．【例7】解析：（1）线圈中产生的热量应用转动过程中产生的交变电流的有效值来计算．因线圈中感应电动势的峰值为2m E NBa ω=，故线圈中电流的有效值为2I ===，线圈转过90°角经历的时间为42T t πω==．所以此过程中产生的热量22424N B a Q I Rt Rπω==．（3）线圈转过90°角的过程中，感应电动势和感应电流的平均值分别为222222NBa NBa E NBa E N I t R Rωωπππω∆Φ=====∆所以通过导体截面的电量为2NBa q It R==答案：（1）2244N B a Q R πω=（2）2NBa q R=【例8】解：（1）带电粒子在电容器两极板间静止时，受向上的电场力和向下的重力作用而平衡1U mg qd= 求得电容器两极板间的电压：14115110100.011V 10mgd U q --⨯⨯⨯=== 由于粒子带负电，可知上极板电势高．由于S 断开，R 1上无电流，R 2、R 3上电压等于U 1，电路中的感应电流．。

高三一轮复习专题：交流电复习

交流电考点1 正弦交变电流的产生及变化规律1．交流电产生过程中的两个特殊位置图示概念中性面位置与中性面垂直的位置特点B⊥S B∥SΦ＝BS，最大Φ＝0，最小e＝n＝0，最小e＝n＝nBSω，最大感应电流为零，方向改变感应电流最大，方向不变2.正弦式交变电流的变化规律磁通量：Φ＝Φmcos ωt；电动势：e＝Emsin ωt；电流：i＝Imsin ωt。

1．[交变电流的产生]如图所示，矩形线圈abcd在匀强磁场中可以分别绕垂直于磁场方向的轴P1和P2以相同的角速度匀速转动，当线圈平面转到与磁场方向平行时( )A．线圈绕P1转动时的电流等于绕P2转动时的电流B．线圈绕P1转动时的电动势小于绕P2转动时的电动势C．线圈绕P1和P2转动时电流的方向相同，都是a→b→c→d→aD．线圈绕P1转动时dc边受到的安培力大于绕P2转动时dc边受到的安培力2．[交变电流的图象](多选)如图甲是小型交流发电机的示意图，两磁极N、S间的磁场可视为水平方向的匀强磁场，为交流电流表。

线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示。

以下判断正确的是( )A．电流表的示数为10 A B．线圈转动的角速度为50π rad/sC．0.01 s时线圈平面与磁场方向平行 D．0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左3．[交变电流的瞬时表达式]边长为a的N匝正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线且与线圈在同一平面内的对称轴匀速转动，转速为n，线圈所围面积内的磁通量Φ随时间t变化的规律如图所示，图象中Φ0为已知。

则下列说法正确的是( )A．t1时刻线圈中感应电动势最大 B．t2时刻线圈中感应电流为零C．匀强磁场的磁感应强度大小为D．线圈中瞬时感应电动势的表达式为e＝2NπΦ0ncos 2πnt考点2 有效值的理解与计算1．公式法利用E＝、U＝、I＝计算，只适用于正(余)弦式交变电流。

备战2024年高考物理一轮重难点复习第十二章交变电流

第十二章交变电流1、理解远距离输电线上的能量损失与哪些因素有关2、分析交变电流的产生过程，推导交变电流电动势的表达式3、理解正弦式交变电流的公式和图像4、了解变压器的构造以及几种常见的变压器，理解变压器的工作原理一、交变电流、交变电流的图像1．交变电流大小和方向均随时间做周期性变化的电流叫作交变电流。

2．正弦式交变电流的产生和变化规律(1)产生：在匀强磁场中，线圈绕垂直于磁场方向的轴匀速转动产生的电流是正弦式交变电流。

(2)中性面①中性面：与磁感线垂直的平面称为中性面。

①中性面的特点以及与峰值面(中性面的垂面)的比较(3)电流方向的改变：线圈通过中性面时，电流方向发生改变，一个周期内线圈两次通过中性面，因此电流的方向改变两次。

(4)正弦式交流电的图像：如果从线圈位于中性面位置时开始计时，其图像为正弦曲线。

如图甲、乙所示。

(5)变化规律正弦式交变电流的函数表达式(线圈在中性面位置时开始计时)①电动势e 随时间变化的规律：e ＝Emsinωt ，其中ω表示线圈转动的角速度，Em ＝NBSω。

①负载两端的电压u 随时间变化的规律：u ＝Umsinωt 。

①电流i 随时间变化的规律：i ＝Imsinωt 。

二、描述交变电流的物理量 1．周期和频率(1)周期(T)：交变电流完成一次周期性变化(线圈转一周)所需的时间，单位是秒(s)，公式T ＝2πω。

(2)频率(f)：交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数。

单位是赫兹(Hz)。

(3)周期和频率的关系：T ＝1f 或f ＝1T。

2．交变电流的瞬时值、峰值、有效值和平均值(1)瞬时值：交变电流的电动势、电流或电压在某一时刻的值，是时间的函数。

(2)峰值：交变电流的电动势、电流或电压所能达到的最大值。

(3)有效值①定义：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，就把这个恒定电流的电流I 、电压U 叫作这一交变电流的有效值。

高三一轮复习专题交流电复习

交流电考点1 正弦交变电流的产生及变化规律1．交流电产生过程中的两个特殊位置图示概念中性面位置与中性面垂直的位置特点B⊥S B∥SΦ＝BS，最大Φ＝0，最小e＝nΔΦΔt＝0，最小e＝nΔΦΔt＝nBSω，最大感应电流为零，方向改变感应电流最大，方向不变2.正弦式交变电流的变化规律磁通量：Φ＝Φm cos ωt；电动势：e＝E m sin ωt；电流：i＝I m sin ωt。

线圈绕垂直于磁场的水平轴OO′沿逆时针方向匀速转动，从图示位置开始计时，产生的交变电流随时间变化的图象如图乙所示。

以下判断正确的是( )A．电流表的示数为10 A B．线圈转动的角速度为50π ra d/s C．0.01 s时线圈平面与磁场方向平行D．0.02 s时电阻R中电流的方向自右向左3．[交变电流的瞬时表达式]边长为a的N匝正方形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线且与线圈在同一平面内的对称轴匀速转动，转速为n，线圈所围面积内的磁通量Φ随时间t变化的规律如图所示，图象中Φ0为已知。

则下列说法正确的是( )A．t1时刻线圈中感应电动势最大B．t2时刻线圈中感应电流为零C．匀强磁场的磁感应强度大小为Φ0Na2D．线圈中瞬时感应电动势的表达式为e＝2NπΦ0ncos 2πnt考点2 有效值的理解与计算1．公式法利用E＝E m2、U＝U m2、I＝I m2计算，只适用于正(余)弦式交变电流。

高三物理第二轮专题复习专题三电磁感应与电路教案人教版

2009二轮复习专题三电磁感应与电路[典例分析]1．电磁感应的图象问题例1、如图4—1（a ）所示区域（图中直角坐标系x O y 的1、3象限）内有匀强磁场，磁感应强度方向垂直于图面向里，大小为B ，半径为l ，圆心角为60°的扇形导线框OPQ 以角速度ω绕O 点在图面内沿逆时针方向匀速转动，导线框回路电阻为R ．（1）求线框中感应电流的最大值I 0和交变感应电流的频率f ．（2）在图（b ）中画出线框转一周的时间内感应电流I 随时间t 变化的图象．（规定在图（a ）中线框的位置相应的时刻为t =0）2、电路的动态分析例2、如图4—3所示的电路中，电源的电动势为E ，内阻为r ．当可变电阻的滑片P 向b 移动时，电压表V 1的读数U 1与电压表V 2的读数U 2的变化情况是（）A ．U 1变大，U 2变小B ．U 1变大，U 2变大C ．U 1变小，U 2变小D ．U 1变小，U 2变大 3、电磁感应与力学综合例3、如图4—4所示，两根相距为d 的足够长的平行金属导轨位于水平x O y 平面内，左端接有阻值为R 的电阻，其他部分的电阻均不计．在x >0的一侧存在垂直x O y 平面且方向竖直向下的稳定磁场，磁感强度大小按B =kx 规律变化（其中k 是一大于零的常数）．一根质量为m 的金属杆垂直跨搁在光滑的金属导轨上，两者接触良好．当t =0时直杆位于x =0处，其速度大小为v 0，方向沿x 轴正方向，在此后的过程中，始终有一个方向向左的变力F 作用于金属杆，使金属杆的加速度大小恒为a ，加速度方向一直沿x 轴的负方向．求：（1）闭合回路中感应电流持续的时间有多长？（2）当金属杆沿x 轴正方向运动的速度为2v 时，闭合回路的感应电动势多大？此时作用于金属杆的外力F 多大？4、电磁感应与动量、能量的综合例4、如图4—6所示，在空间中有一水平方向的匀强磁场区域，区域的上下边缘间距为h ，磁感应强度为B ．有一宽度为b （b <h ）、长度为L 、电阻为R 、质量为m 的矩形导体线圈紧贴磁场区域的上边缘从静止起竖直下落，当线圈的PQ 边到达磁场下边缘时，恰好开始做匀速运动．求：（a ）（b ）图4—12πω图4—3图4—4（1）线圈的MN 边刚好进入磁场时，线圈的速度大小．（2）线圈从开始下落到刚好完全进入磁场所经历的时间．例5、两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平内，两导轨间的距离为l ，导轨上面横放着两根导体棒ab 和cd 构成矩形回路，如图4—7所示．两根导体棒的质量皆为m ，电阻皆为R ，磁感应强度为B ，设两导体棒均为沿导轨无摩擦地滑行，开始时，棒cd 静止，棒ab 有指向棒cd 的初速度（如图所示），若两导体棒在运动中始终不接触，求：（1）在运动中产生的焦耳热最多是多少？（2）当ab 棒的速度变为初速度的34时，cd 棒的加速度是多少？5、电磁感应与电路综合例6、如图4—8所示，直角三角形导线框abc 固定在匀强磁场中，ab 是一段长为L 、电阻为R 的均匀导线，ac 和bc 的电阻可不计，ac 长度为2L．磁场的磁感强度为B ，方向垂直纸面向里．现有一段长度为2L ，电阻为2R的均匀导体棒MN 架在导线框上，开始时紧靠ac ，然后沿bc 方向以恒定速度v 向b 端滑动，滑动中始终与ac 平行并与导线框保持良好接触，当MN 滑过的距离为3L时，导线ac 中的电流为多大？方向如何？6、交变电流的三值例7、边长为a 的N 匝正方形线圈在磁感应强度为B 的匀强磁场中，以角速度绕垂直于磁感线的转轴匀速转动，线圈的电阻为R ．求：（1）线圈从中性面开始转过90°角的过程中产生的热量．（2）线圈从中性面开始转过90°角的过程中，通过导线截面的电量．图4—6图4—8图4—77、电容、电路、电场、磁场综合例8、如图4—11所示，光滑的平行导轨P 、Q 相距l =1m ，处在同一水平面中，导轨左端接有如图所示的电路，其中水平放置的平行板电容器C 两极板间距离d =10mm ，定值电阻R 1=R 3=8Ω，R 2=2Ω，导轨电阻不计，磁感应强度B =0.4T 的匀强磁场竖直向下穿过导轨平面，当金属棒ab 沿导轨向右匀速运动（开关S 断开）时，电容器两极板之间质量m =1×10－14kg ，带电荷量q =－1×10－25C 的粒子恰好静止不动；当S 闭合时，粒子以加速度a =7m/s 2向下做匀加速运动，取g =10m/s 2，求：（1）金属棒ab 运动的速度多大？电阻多大？（2）S 闭合后，使金属棒ab 做匀速运动的外力的功率多大？8、电磁感应与交流电路、变压器综合例9、有条河流，流量Q =2m 3/s ，落差h =5m ，现利用其发电，若发电机总效率为50%，输出电压为240V ，输电线总电阻R=30Ω，允许损失功率为输出功率的6%，为满足用电的需求，则该输电线路所使用的理想电压、降压变压器的匝数比各是多少？能使多少盏“220V 、100W ”的电灯正常发光．专题四《电磁感应与电路》跟踪练习与高考预测1．矩形导线框abcd 放在匀强磁场中，磁感线方向与线圈平面垂直，磁感强度B 随时间变化的图象如图4—13所示．t =0时刻，磁感强度的方向垂直于纸面向里．在0～4s 时间内，线框的ab 边受力随时间变化的图象（力的方向规定以向左为正方向），可能如图4—14中的（）A ．B ．C ．D ．2．如图4—14甲所示，由均匀电阻丝做成的正方形线框abcd 的电阻为R ，ab =bc =cd =da =l ．现将线框以与ab 垂直的速度v 匀速穿过一宽为2l 、磁感应强度为B 的匀强磁场区域，整个过程中ab 、cd 两边始终保×× ×× × × × × × × × ×R 3R 2qSmR 1vaPQ图4—11图4—13持与边界平行．令线框的cd边刚与磁场左边界重合时t=0，电流沿abcda流动的方向为正．（1）求此过程中线框产生的焦耳热；（2）在图乙中画出线框中感应电流随时间变化的图象；（3）在图丙中画出线框中a、b两点间电势差U ab随时间t变化的图象．图4—143．如图4—15所示，T为理想变压器，A1、A2为交流电流表，R1、R2为定值电阻，R3为滑动变阻器，原线圈两端接恒压交流电源，当滑变阻器的滑动触头向下滑动时（）A．A1的读数变大，A2读数变大B．A1的读数变大，A2读数变小C．A1的读数变小，A2读数变大D．A1的读数变小，A2的读数变小4．如图4—16所示：半径为r、电阻不计的两个半圆形光滑导轨并列竖直放置，在轨道左上方端点M、N间接有阻值为R的小电珠，整个轨道处在磁感强度为B的匀强磁场中，两导轨间距为L，现有一质量为m，电阻为R的金属棒ab从M、N处自由静止释放，经一定时间到达导轨最低点O、O′，此时速度为v．（1）指出金属棒ab从M、N到O、O′的过程中，通过小电珠的电流方向和金属棒ab的速度大小变化情况．（2）求金属棒ab到达O、O′时，整个电路的瞬时电功率．（3）求金属棒ab从M、N到O、O′的过程中，小电珠上产生的热量．5．（2004年全国）如图4—18所示a1b1c1d1和a2b2c2d2为在同一竖直平面内的金属导轨，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨所在的平面（纸面）向里．导轨的a1b1段与a2b2段是竖直的，距离l1；c1d1段与c2d2段也是竖图4—16～R1A1R2 R3A2T图4—15a bc ditO图甲图乙U abtO图丙l直的，距离为l 2．x 1y 1与x 2y 2为两根用不可伸长的绝缘轻线相连的金属细杆，质量分别为m 1和m 2，它们都垂直于导轨并与导轨保持光滑接触．两杆与导轨构成的回路的总电阻为R ．F 为作用于金属杆x 1y 1上的竖直向上的恒力．已知两杆运动到图示位置时，已匀速向上运动，求此时作用两杆的重力的功率的大小和回路电阻上的热功率．6．光滑曲面与竖直平面的交线是抛物线，如图4—19所示，抛物线的方程是y =x 2，下半部处在一个水平方向的匀强磁场中，磁场的上边界是y =a 的直线（图中虚线所示），一个小金属环从抛物线上y =b （y >a ）处以速度v 沿抛物线下滑，假设抛物线足够长，金属环沿抛物线下滑后产生的焦耳热总量是（） A ．mgb B ．212mvC ．mg (b －a )D ．21()2mg b a mv -+7．如图4—20所示，长为L 、电阻r =0.3Ω、质量m =0.1kg 的金属棒CD 垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，两导轨间距也是L ，棒与导轨间接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有R =0.5Ω的电阻，量程为0～3.0A 的电流表串接在一条导轨上，量程为0～1.0V 的电压表接在电阻R 的两端，垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面．现以向右恒定外力F 使金属棒右移，当金属棒以v =2m/s 的速度在导轨平面上匀速滑动时，观察到电路中的一个电表正好满偏，而另一个电表未满偏，问：（1）此满偏的电表是什么表？说明理由．（2）拉动金属棒的外力F 多大？（3）此时撤去外力F ，金属棒将逐渐慢下来，最终停止在导轨上．求从撤去外力到金属棒停止运动的过程中通过电阻R 的电量．8．高频焊接是一种常用的焊接方法，其焊接的原理如图所示．将半径为10cm 的待焊接的圆形金属工件放在导线做成的1000匝线圈中，然后在线圈中通以高频的交变电流，线圈产生垂直于金属工件所在平面的变化磁场，磁场的磁感应强度B 的变化率为10002sin t πωT/s ．焊接处的接触电阻为工件非焊接部分电阻的 99倍．工作非焊接部分每单位长度上的电阻为31010m R π--=Ω，焊接的缝宽非常小，求焊接过程中焊接处产生的热功率．（取2π=10，不计温度变化对电阻的影响）图4—19图4—219．如图4—25所示，两块水平放置的平行金属板间距为d ，定值电阻的阻值为R ，竖直放置线圈的匝数为n ，绕制线圈导线的电阻为R ，其他导线的电阻忽略不计．现在竖直向上的磁场B 穿过线圈，在两极板中一个质量为m ，电量为q ，带正电的油滴恰好处于静止状态，则磁场B 的变化情况是（）A ．均匀增大，磁通量变化率的大小为2mgdnqB ．均匀增大，磁通量变化率的大小为mgdnq C ．均匀减小，磁通量变化率的大小为2mgdnqD ．均匀减小，磁通量变化率的大小为mgdnq10．如图4—26所示，水平面中的光滑平行导轨P 1、P 2相距l =50cm ，电池电动势E ′=6V ，电阻不计；电容C =2 F ，定值电阻R =9Ω；直导线ab 的质量m =50g ，横放在平行导轨上，其中导轨间的电阻R ′=3Ω；竖直向下穿过导轨面的匀强磁场的磁感应强度B =1.0T ；导轨足够长，电阻不计．（1）闭合开关S ，直导线ab 由静止开始运动的瞬时加速度多大？ab 运动能达到的最大速度多大？（2）直导线ab 由静止开始运动到速度最大的过程中，电容器的带电荷量变化了多少？11．如图4—27所示的四个图中，a 、b 为输入端，接交流电源、cd 为输出端，下列说法中错误．．的是（） A B C DA ．A 图中U ab <U cdB ．B 图中U ab >U cdC ．C 图中U ab <U cdD ．D 图中U ab >U cd12．某电站输送的电功率是500kW ，当采用6kV 电压输电时，安装在输电线路起点的电度表和终点的电度表一昼夜读数相差4800kWh （即4800度），试求：（1）输电线的电阻；（2）若要使输电线上损失的功图4—25～a bd～abdc ～a bd～abdcE ′P 1P 2图4—26率降到输送功率的2.304%，应采用多高的电压向外输电？。

高考物理交流电必考知识点

高考物理交流电必考知识点随着社会科技的不断进步，电力成为了人们生活中不可或缺的一部分。

而在物理学中，交流电是一种重要的电路结构，其在高考中经常出现。

本文将深入讨论高考物理交流电的必考知识点，以帮助考生更好地备考。

1. 什么是交流电交流电又称交流电流，是指电流的大小和方向随时间的变化而周期性地改变。

与之相对的是直流电，直流电的大小和方向不随时间的变化而改变。

交流电的波形通常用正弦曲线表示，其周期表示了电流一次从正向到负向再回到正向的完整过程。

2. 变压器的原理与应用变压器是交流电路中常见的元件，其原理基于电磁感应。

变压器由两个线圈（分别称为初级线圈和次级线圈）和一个铁心组成。

当在初级线圈中通入交流电时，变压器会通过电磁感应将电能从初级线圈传递到次级线圈中，从而改变电压的大小。

利用变压器，我们可以实现电压的升高或降低，从而适应不同设备的使用需求。

3. 交流电的频率与周期交流电的频率表示了电流在单位时间内完成周期性改变的次数。

单位为赫兹（Hz），常见的交流电频率为50Hz或60Hz。

频率与周期的关系是频率等于1除以周期，即f = 1/T。

高考中经常提到的电压、电流的频率就是指交流电的频率。

4. 交流电的有效值与峰值交流电的有效值表示了相同功率时所需要的直流电的大小。

对于正弦交流电而言，有效值通常是其峰值的1/√2。

在实际应用中，我们常常关心的是交流电的有效值，因为它可以更好地反映电流的实际强度。

5. 交流电的电压与电流之间的相位关系交流电的电压与电流之间存在一定的相位差。

相位差可以用角度或时间表示。

对于正弦交流电而言，电压与电流之间的相位差通常为90度（π/2弧度）。

在电路中，交流电的电流和电压的相位差会影响电路元件的工作状态和能量的传递。

6. 交流电的电阻与电感在交流电路中，电阻和电感是两个常见的元件。

电阻是电流通过时产生电场能量损失的元件，其阻碍电流通过的能力称为电阻。

而电感则是电流通过时产生磁场能量的元件，其能够储存电能。

高中物理复习提纲-第十三章交流电流

1 2 t1 t2
2、变压器只变换交流，不变换直流，更不变频。原、副线圈中交流电的频率一样：f1=f2 高压线圈匝数多、电流小，导线较细；低压线圈匝数少、电流大，导线较粗。 3、如左图：U1：U2：U3=n1：n2：n3 n1I1=n2I2+ n3I3 P1=P2+P3 四、电能输送的中途损失： ΔU=Ir线= （P/U）r线 =U电源—U用户 ΔP=I2 r线=（
__
t
B、求感应电动势的瞬时值：
1 T 2 I i dt C、求交流电的热量功率时，只能用有效值。 T 0
U
D、求通过导体电荷量时，只能用交流的平均值。
1 T 2 u dt 0 T
5、周期（T）：线圈匀速转动一周，交变电流完成一次周期性变化所需时间。单位：秒（s）频率（f）：交变电流在1秒内周期性变化的次数。单位：赫兹（Hz） T=1/f 圆频率（ω）：ω=2πf=2π/T 我国交变电的频率：50 Hz，周期0.02s（1s方向变100次）。二、电感L：通直流，阻交流；通低频，阻高频。
P/U ）2
ΔU∝1/U ΔP∝（I/U2）
r线 =P电源—P用户
五、三相交变电：
1、原理：三个互成120度的同种线圈同时转动产生三相交变电动势。 u1=Umsinωt， u2=Umsin（ωt-2/3.π）， u3=Umsin（ωt-4/3.π）= u3=Umsin（ωt+2/3.π）
2、相电压：端线（火线、相线）与中性线之间的电压。线电压：两根不同端线之间的电压。
第十三章、交变电流
一、交变电流的产生： 1、原理：电磁感应 2、中性面：线圈平面与磁感线垂直的平面。发电机的线圈与中性面重合时，磁通量Φ最大，感应电流与感应电动势最小，感应电流的方向从此时发生改变。线圈平面平行与磁感线时，磁通量Φ最小，感应电流与感应电动势最大。穿过线圈的磁通量与产生的感应电动势、感应电流随时间变化的函数关系总是互余的：取中性面为计时平面：e=Emsinωt φ=Φmcosωt i=Imsinωt u=Umsinωt

高三物理总复习优质课件交变电流传感器第二节变压器电能输送

练后总结
理想变压器以及原、副线圈基本量的关系
理想
变压器
功率
关系
电压
基
关系
本
关
电流
系
关系
频率
关系
没有能量损失(铜损、铁损),没有磁通量损失(磁通量全部
集中在铁芯中)
4.几种常见的变压器
(1)自耦变压器——调压变压器。
自耦变压器原理如图所示:
若AX为输入端,触头a向上移动时,副线圈匝数n2 增加 ,输出电压升高。
(2)互感器
电压互感器:把高电压变成低电压。
电流互感器:把大电流变成小电流。
注意:(1)变压器不能改变直流电压。
(2)变压器只能改变交变电流的电压和电流,不能改变交变电流的频率。
压变压器,假设它只有一个原线圈和一个副线圈,哪个线圈应该使用较粗的
导线?为什么?
答案:降压变压器的副线圈两端电压低,匝数少,通过的电流大,为减小产
生的热量,应减小线圈导线的电阻,应该用较粗的导线。
2.电压互感器与电流互感器的区别?
答案:(1)交流电表的不同:副线圈接电压表的是电压互感器,接电流表的
(乙)所示]时,四只灯泡都正常发光,各电表均为理想交流电表。以下说法正
确的是(
BD )
A.ab 端输入电压的瞬时值表达式为 uab=27 ·sin 100πt(V)
B.原、副线圈匝数比为 3∶1
C.流过灯泡 L2 的电流方向每秒钟改变 50 次
D.电流表的示数为 4 A,ab 端输入的功率 Pab 为 48 W
别为 U1′和 U2′,对原线圈和单匝线圈有
电流为 I 1 =
′

= ,得 U1=n1U2′=110 V,原线圈中的

高中物理最新课件-电磁感应现象的应用复习精品

典例剖析
变压器输出输入电压的计算如下图所示，理想变压器的原线圈与灯泡 A 串联后，加上交变电压U1，副线圈两端电压为U2，接有B 和C两个灯泡.若A、B、C是三个相同的灯泡，且均正常发光，则U1∶U2为（） A.4∶1 B.2∶1 C.3∶1 D.1∶1 【答案】C
第三节电磁感应现象的应用
情景切入大家都知道电视机内有一个高压线包，你知道它的作用和构造吗？
解答：它的作用就是产生高压，供显像管正常工作．它的构造就是一个升压变压器．
自主学习
一、变压器 1.把交流电的______升高或降低的装置称为变压器，即用来改变交变电流的电压. 2. 变压器的工作原理 :_________. 如下图所示 , 与电源相连的线圈,接收交流电能,称为______;与负载相连的线圈, 送出交流电能,称为______.
三、交流发电机 1. 线圈在磁场中匀速转动，穿过线圈的磁通量随时间 ______，因此在线圈中产生了______和______随时间周期性变化的交流电. 2.交流发电机主要由 ______和______组成. 在实际发电机中采用______、______的方式.为了使发电机发出很强大的电流，大型发电机常用______代替永久磁铁作转子，功率可达几十万千瓦，甚至上百万千瓦. 一、1.电压 2.电磁感应 3．铁芯线圈原线圈副线圈芯式壳式 4．电压U1 输出电压U2 ＝二、1.抱死滚动滑动 2.滚动滚动滚动三、1.变化方向大小 2．转子定子线圈磁极电磁铁
重点突破
1.变压器是把交流电的电压升高或者降低的装置 .可分为升压变压器和降压变压器. 2.变压器的构造：原线圈、副线圈和闭合铁芯. 3.理想变压器的工作原理：利用电磁感应来改变交流电压. 如下图所示，原线圈n1接交变电流，由于电流的变化在闭合铁芯中产生变化的磁通量，根据法拉第电磁感应定律，从而在副线圈 n 2 中产生感应电动势，输出不同于原线圈的电压.

高中物理电磁学知识点总结

高中物理电磁学知识点总结电磁学是高中物理的重要组成部分，也是高考中的重点和难点。

下面我们来对高中物理电磁学的知识点进行一个全面的总结。

一、电场1、库仑定律真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。

表达式为：＼（F ＝ k\frac{q_1q_2}｛r^2}＼），其中＼（k\）为静电力常量，＼（k ＝ 90×10^9 N·m²/C²\）。

2、电场强度用来描述电场强弱和方向的物理量。

定义式为＼（E ＝＼frac{F}｛q}＼），其中＼（F\）为电场对试探电荷的作用力，＼（q\）为试探电荷的电荷量。

点电荷形成的电场的场强公式为＼（E ＝ k\frac{Q}｛r^2}＼）。

3、电场线形象地描述电场分布的曲线。

电场线从正电荷出发，终止于负电荷或无穷远；电场线的疏密表示电场强度的大小，电场线上某点的切线方向表示该点的电场方向。

4、电势能电荷在电场中具有的势能。

电荷在某点的电势能等于把电荷从该点移动到零势能位置时电场力所做的功。

5、电势描述电场能的性质的物理量。

电场中某点的电势等于单位正电荷在该点所具有的电势能。

电势是相对的，通常取无穷远处或大地的电势为零。

6、等势面电场中电势相等的点构成的面。

等势面与电场线垂直，并且等势面密集的地方电场强度较大。

二、电容1、电容的定义电容器所带电荷量＼（Q\）与电容器两极板间的电势差＼（U\）的比值，叫做电容器的电容。

定义式为＼（C ＝＼frac{Q}｛U}＼）。

2、平行板电容器的电容平行板电容器的电容与极板的正对面积＼（S\）成正比，与极板间的距离＼（d\）成反比，与电介质的介电常数＼（ε\）成正比。

表达式为＼（C ＝＼frac{εS}｛4πkd}＼）。

三、电路1、电流电荷的定向移动形成电流。

定义式为＼（I ＝＼frac{Q}｛t}＼），其中＼（Q\）为通过导体横截面的电荷量，＼（t\）为时间。

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电磁感应、正弦交流电、变压器专题复习重点知识回顾一、正弦交流电的产生：1、交流电：2、中性面：（特征：磁通量最大，感应电动势为零，感应电流为零）3、产生原因：当闭合线圈由中性面位置（图中O 1O 2位置）开始在匀强磁场中匀速转动时，线圈中产生的感应电动势随时间而变的函数是正弦函数：e =E m sin ωt ，其中E m =nBS ω。

这就是正弦交变电流。

4、交流电的图像：线圈转动一周（每经过中性面电流方向和电动势的方向改变一次）感应电动势和电流方向改变次。

二、表征正弦交流的的物理量：1、最大值：E= U= I=2、瞬时值：表达式3、有效值：4、正弦交流电的最大值和有效值的关系：注意：［1］只有正弦交变电流的有效值才一定是最大值的倍。

［2］通常所说的交变电流的电流、电压；交流电表的读数；交流电器的额定电压、额定电流；保险丝的熔断电流等都指值。

（电容器的耐压值是交流的值。

）［3］生活中用的市电电压为220V ，其最大值为，频率为 HZ ，所以其电压即时值的表达式为u= V 。

5、平均值：以电动势为例，必要时要用法拉第电磁感应定律直接求：。

特别要注意，有效值和平均值是不同的两个物理量，千万不可混淆。

6、交流电的功率：有功功率视在功率公式， 7电感对电流的作用电容对电流的作用二、电磁感应1.产生感应电流的条件：。

2.感应电动势产生的条件是：穿过电路的磁通量发生变化。

这里不要求闭合3.法拉第电磁感应定律a. 引起某一回路磁通量变化的原因（1）磁感强度的变化（2）线圈面积的变化（3）线圈平面的法线方向与磁场方向夹角ϕ的变化b. 电磁感应现象中能的转化感应电流做功，消耗了电能。

消耗的电能是从其它形式的能转化而来的。

在转化和转移中能的总量是保持不变的。

c. 法拉第电磁感应定律：（1）决定感应电动势大小因素：穿过这个闭合电路中的磁通量的变化快慢（2）注意区分磁通量中，磁通量的变化量，磁通量的变化率的不同 φ—磁通量，∆φ—磁通量的变化量，磁通量的变化率（3）定律内容：（4）感应电动势大小的计算式（5）几种题型 ①线圈面积S 不变，磁感应强度均匀变化： ②磁感强度不变，线圈面积均匀变化：③B 、S 均不变，线圈绕过线圈平面内的某一轴转动时二. 导体切割磁感线时产生感应电动势大小的计算 1. 公式：2tt ∆-=∆∆12φφφs t Bn t S B E ⋅∆∆=∆⋅∆=tS nBt S B n E ∆∆=∆∆=t nBSt BS BS n E ∆-=∆-=1212cos cos cos cos ϕϕϕϕ2. 题型：（1（2）若导体不垂直切割磁感线运动，v 与B 有一夹角，如图：（3E Blv =单位时间内切割磁感线的条数”来计算，如图：从图示位置开始计时，经过时间∆t ，导体位置由oa 转到oa 1，转过的角度∆∆θω=t ，则导体扫过的面积切割的磁感线条数（即磁通量的变化量）单位时间内切割的磁感线条数为：，单位时间内切割的磁感线条数（即为磁通量的变化率）等于感应电动势的大小：即：三. 楞次定律应用题型阻碍原磁通的变化（3）使线圈面积有扩大或缩小的趋势。

1. 阻碍变化2. 阻碍变化阻碍（导体间的）相对运动，即“来拒去留”“增反减同”3. 阻碍变化推广为−→−−−阻碍原电流的变化，应用在解释自感现象的有关问题。

4.楞次定律（熟记定律内容）内容一定要注意：“阻碍”不等于“反向”；“阻碍”不是“阻止”。

⑴从“阻碍磁通量变化”的角度来看，无论什么原因，只要使穿过电路的磁通量发生了变化，就一定有感应电动势产生。

⑵从“阻碍相对运动”的角度来看，楞次定律的这个结论可以用能量守恒来解释：既然有感应电流产生，就有其它能转化为电能。

又由于感应电流是由相对运动引起的，所以只能是机械能转化为电能，因此机械能减少。

磁场力对物体做负功，是阻力，⑶从“阻碍自身电流变化”的角度来看，就是自感现象。

自感现象的应用和防止。

2.右手定则。

对一部分导线在磁场中切割磁感线产生感应电流的情况，3.楞次定律的应用。

楞次定律的应用应该严格按以下四步进行：自感电动势（1）公式：（2）L —自感系数，由线圈本身物理条件（）决定。

（3）自感电动势的作用：。

即线圈中的电流增加时，；当线圈中电流减小时，．自感电动势的大小与电流的变化率成比．四、高压输电1、变压器的工作原理：能→ 能→ 能2、理想变压器的两个基本公式是：⑴电压关系 ⑵电流关系注意：⑴只有当变压器只有一个副线圈工作时，⑵变压器的输入功率由输出功率决定Rn U n I U P /2112111⎪⎪⎭⎫⎝⎛==式才有：中的R 表示负载的阻值，。

3、若是对多个线圈:功率关系：电压关系电流关系1Blv Blv E ==tl l S ∆=∆=∆ωθ222121t Bl S B ∆=∆=∆ωϕ221ωωϕ222121Bl t tBl t =∆∆=∆∆ωφ221Bl tE =∆∆=−−−→−变形为−−−→−拓展为n n U 1n 1U U12212211,n nI I I U I U ==4、理想变压器的输入功率由输出功率决定!5、变压器的应用： ①电流互感器②电压互感器 ③远距离送电功率关系：，电压之间的关系是：。

电流之间的关系是：。

输电线上的功率损失和电压损失必须用r I U r I P r r r r==,2，而不能用r U P r 21'=。

5.远距离输电：求输电线上的电流和分析输电线上的功率损失往往是这类问题的突破口。

五、传感器（见试验专题）补充、法拉第电磁感应定律t n E ∆∆Φ=/计算的电动势为平均值，用来计算通过导体横截面的电量。

设在时间∆t 内通过导线截面的电量为q ，则根据电流定义式I q t =/∆及法拉第电磁感应定律t n E ∆∆Φ=/，得：上式中n 为线圈的匝数，∆Φ为磁通量的变化量，R 为闭合电路的总电阻。

六、综合题型归纳1：通过某电阻的周期性交变电流的图象如右。

求该交流电的有效值I 。

2、如图12-9所示，平行导轨倾斜放置，倾角为θ=︒37，匀强磁场的方向垂直于导轨平面，磁感强度B T =4，质量为m kg =10.的金属棒ab 直跨接在导轨上，ab 与导轨间的动摩擦因数μ=025.。

ab 的电阻r =1Ω，平行导轨间的距离L m =05.，R R 1218==Ω，导轨电阻不计，求ab 在导轨上匀速下滑的速度多大？此时ab 所受重力的机械功率和ab 输出的电功率各为多少？（sin .cos .37063708︒=︒=，，g 取10 m/s2）3、如图所示，空间存在垂直于纸面的均匀磁场，在半径为a 的圆形区域内部及外部，磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B 。

一半径为b ，电阻为R 的圆形导线环放置在纸面内，其圆心与圆形区域的中心重合。

当内、外磁场同时由B 均匀地减小到零的过程中，通过导线截面的电量q=____________。

D 1Rn t t R n t R E t I q ∆Φ=∆⋅∆∆Φ=∆⋅=∆⋅=t /s-64．如图所示是一种测量通电螺线管中磁场的装置，把一个很小的测量线圈A 放在待测处，线圈与测量电量的冲击电流计G 串联，当用双刀双掷开关S 使螺线管的电流反向时，测量线圈中就产生感应电动势，从而引起电荷的迁移，由表G 测出电量Q ，就可以算出线圈所在处的磁感应强度B 。

已知测量线圈共有N 匝，直径为d ，它和表G 串联电路的总电阻为R ，则被测处的磁感强度B 为多大？5．如图所示，平行金属导轨间距为d ，一端跨接电阻为R ，匀强磁场磁感应强度为B ，方向垂直平行导轨平面，一根长金属棒与导轨成θ角放置，棒与导轨的电阻不计，当棒沿垂直棒的方向以恒定速度v 在导轨上滑行时，通过电阻的电流是( ) A ．Bdv/（Rsin θ） B ．Bdv/RC ．Bdvsin θ/RD ．Bdvcos θ/R6．一矩形线框abcd ，电阻不计,ab=1m ，bc=0.5m ，将其置于水平向右的匀强磁场中，磁场的磁感强度B=6T ，线框与理想变压器原线圈连接、变压器原、副线圈的匝数比为100:1，副线圈两端接入一只标有“3V 、1.5W ”的小灯泡，如图5-38所示，当abcd 线框绕竖直轴OO'匀速转动时，小灯泡恰好正常发光，求：（1）、交流电压表V 的示数（2）、abcd 线框转动的角度速度ω多大？7．如图所示，匝数N=100匝、截面积S=0.2m2、电阻r=0.5Ω的圆形线圈MN 处于垂直纸面向里的匀强磁场内，磁感应强度随时间按B=0.6+0.02t （T ）的规律变化．处于磁场外的电阻R1=3.5Ω，R2=6Ω，电容C=30μF ，开关S 开始时未闭合，求：（1）闭合S 后，线圈两端M 、N 两点间的电压UMN 和电阻R2消耗的电功率；（2）闭合S 一段时间后又打开S ，则S 断开后通过R2的电荷量为多少？只要有感应电流产生，电磁感应现象中总伴随着能量的转化。

电磁感应的R 2c题目往往与能量守恒的知识相结合。

这种综合是很重要的。

要牢固树立起能量守恒的思想。

8. 如图所示，矩形线圈abcd 质量为m ，宽为d ，在竖直平面内由静止自由下落。

其下方有如图方向的匀强磁场，磁场上、下边界水平，宽度也为d ，线圈ab 边刚进入磁场就开始做匀速运动，那么在线圈穿越磁场的全过程，产生了多少电热？9．如图所示，闭合导线框的质量可以忽略不计，将它从如图所示的位置匀速拉出匀强磁场。

若第一次用0.3s 时间拉出，外力所做的功为W 1，通过导线截面的电量为q ；第二次用09.s 时间拉出，外力所做的功为W 2，通过导线截面的电量为q 2，则（）A. W W q q 1212<<，B. W W q q 1212<=，C. W W q q 1212>=，D.W W q q 1212>>，10.如图所示，竖直向上的匀强磁场，磁感应强度B=0.5 T ，并且以t B∆∆=0.1T/s 在变化，水平轨道电阻不计，且不计摩擦阻力，宽0.5 m 的导轨上放一电阻R0=0.1 Ω的导体棒，并用水平线通过定滑轮吊着质量M=0.2 kg 的重物，轨道左端连接的电阻R=0.4 Ω，图中的l=0.8 m ，求至少经过多长时间才能吊起重物。

11.如图所示的电路中，A1和A2是完全相同的灯泡，线圈L 的电阻可以忽略不计，下列说法中正确的是（）A ．合上开关S 接通电路时，A2先亮A1后亮，最后一样亮B ．合上开关S 接通电路时，A1和A2始终一样亮C ．断开开关S 切断电路时，A2立即熄灭，A1过一会熄灭D ．断开开关S 切断电路时，A1和A2都要过一会才熄灭 12.如图所示，a 、b 灯分别标有“36V 40W ”和“36V 25W ”，闭合电键调节R ，能使a 、b 都正常发光。

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