（新課標(biāo)）2018-2019學(xué)年高考物理 主題三 電磁感應(yīng)及其應(yīng)用 3.2 交變電流章末總結(jié)學(xué)案 新人教版選修3-2

《（新課標(biāo)）2018-2019學(xué)年高考物理 主題三 電磁感應(yīng)及其應(yīng)用 3.2 交變電流章末總結(jié)學(xué)案 新人教版選修3-2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（新課標(biāo)）2018-2019學(xué)年高考物理 主題三 電磁感應(yīng)及其應(yīng)用 3.2 交變電流章末總結(jié)學(xué)案 新人教版選修3-2（9頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 3.2 交變電流 章末總結(jié) 一、電磁感應(yīng)中的圖象問題 1.關(guān)鍵是分析磁通量的變化是否均勻，從而判斷感應(yīng)電動勢(電流)或安培力的大小是否恒定，然后運用楞次定律或左手定則判斷它們的方向，分析出相關(guān)物理量之間的函數(shù)關(guān)系，確定其大小和方向及在坐標(biāo)軸中的范圍。 2.圖象的初始條件，方向與正、負(fù)的對應(yīng)，物理量的變化趨勢，物理量的增、減或方向正、負(fù)的轉(zhuǎn)折點都是判斷圖象的關(guān)鍵。 [例1] 如圖1，在光滑水平桌面上有一邊長為L、電阻為R的正方形導(dǎo)線框；在導(dǎo)線框右側(cè)有一寬度為d(d＞L)的條形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場的邊界與導(dǎo)線框的一邊平行，磁場方向豎直向下。導(dǎo)線框以某一初速度向右運動，t＝0

2、時導(dǎo)線框的右邊恰好與磁場的左邊界重合，隨后導(dǎo)線框進(jìn)入并通過磁場區(qū)域。下列v－t圖象中，可能正確描述上述過程的是(　　) 圖1 解析　線框進(jìn)入和離開磁場時，穿過線框的磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁場對線框的安培力阻礙線框運動，使線框速度減小，由E＝BLv、I＝及F＝BIL＝ma可知安培力減小，加速度減小，當(dāng)線框完全進(jìn)入磁場后穿過線框的磁通量不再變化，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，不受安培力，線框做勻速直線運動，故選項D正確。 答案　D [針對訓(xùn)練1] 如圖2，一載流長直導(dǎo)線和一矩形導(dǎo)線框固定在同一平面內(nèi)，線框在長直導(dǎo)線右側(cè)，且其長邊與長直導(dǎo)線平行。已知在t＝0到t＝t1的時間間隔內(nèi)，直導(dǎo)線中電

3、流i發(fā)生某種變化，而線框中的感應(yīng)電流總是沿順時針方向；線框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。設(shè)電流i正方向與圖中箭頭所示方向相同，則i隨時間t變化的圖線可能是(　　) 圖2 解析　因通電導(dǎo)線周圍的磁場離導(dǎo)線越近磁場越強(qiáng)，而線框中左右兩邊電流的大小相同，而方向相反，所以受到的安培力方向相反，而導(dǎo)線框的左邊受到的安培力大于導(dǎo)線框的右邊受到的安培力，所以合力沿導(dǎo)線框左邊受到的力的方向。因為線框受到的安培力的合力先水平向左，后水平向右，根據(jù)左手定則，導(dǎo)線框處的磁場方向先垂直紙面向里，后垂直紙面向外，根據(jù)右手螺旋定則，導(dǎo)線中的電流先為正，后為負(fù)，所以選項A正確，B、C、D錯誤。 答

4、案　A 二、電磁感應(yīng)中的綜合問題 此類問題涉及電路知識、動力學(xué)知識和能量觀點，綜合性很強(qiáng)，解決此類問題要注意以下三點： 1.電路分析 (1)找“電源”：確定出由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電源，求出電源的電動勢E和內(nèi)阻r。 (2)電路結(jié)構(gòu)分析 弄清串、并聯(lián)關(guān)系，求出相關(guān)部分的電流大小，為求安培力做好鋪墊。 2.力和運動分析 (1)受力分析：分析研究對象(常為金屬桿、導(dǎo)體線圈等)的受力情況，尤其注意安培力的方向。 (2)運動分析：根據(jù)力與運動的關(guān)系，確定出運動模型，根據(jù)模型特點，找到解決途徑。 3.功和能量分析 (1)做功分析，找全部力所做的功，弄清功的正、負(fù)。 (2)能量轉(zhuǎn)化分析，

5、弄清哪些能量增加，哪些能量減小，根據(jù)功能關(guān)系、能量守恒定律列方程求解。 [例2] 如圖3所示，兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角θ＝30°的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計，間距L＝0.4 m，導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN。I中的勻強(qiáng)磁場方向垂直斜面向下，Ⅱ中的勻強(qiáng)磁場方向垂直斜面向上，兩磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B＝0.5 T。在區(qū)域Ⅰ中，將質(zhì)量m1＝0.1 kg、電阻R1＝0.1 Ω的金屬條ab放在導(dǎo)軌上，ab剛好不下滑。然后，在區(qū)域Ⅱ中將質(zhì)量m2＝0.4 kg，電阻R2＝0.1 Ω的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上，由靜止開始下滑。cd在滑動過程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場中，ab

6、、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，取g＝10 m/s2，問： 圖3 (1)cd下滑的過程中，ab中的電流方向； (2)ab剛要向上滑動時，cd的速度v多大； (3)從cd開始下滑到ab剛要向上滑動的過程中，cd滑動的距離x＝3.8 m，此過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少。 解析　(1)由右手定則可判斷出cd中的電流方向為由d到c，則ab中電流方向為由a流向b。 (2)開始放置時ab剛好不下滑，ab所受摩擦力為最大靜摩擦力，設(shè)其為Fmax，有Fmax＝m1gsin θ① 設(shè)ab剛要上滑時，cd棒的感應(yīng)電動勢為E，由法拉第電磁感應(yīng)定律有E＝BLv② 設(shè)電路中的感應(yīng)電流

7、為I，由閉合電路歐姆定律有 I＝③ 設(shè)ab所受安培力為F安，有F安＝BIL④ 此時ab受到的最大靜摩擦力方向沿導(dǎo)軌向下，由平衡條件有F安＝m1gsin θ＋Fmax⑤ 聯(lián)立①②③④⑤式，代入數(shù)據(jù)解得v＝5 m/s。 (3)設(shè)cd棒運動過程中在電路中產(chǎn)生的總熱量為Q總，由能量守恒定律有m2gxsinθ＝Q總＋m2v2 又Q＝Q總 解得Q＝1.3 J。 答案　(1)a→b　(2)5 m/s　(3)1.3 J [針對訓(xùn)練2] 如圖4所示，足夠長的光滑U形導(dǎo)軌寬度為L，其所在平面與水平面的夾角為α，上端連接一個阻值為R的電阻，導(dǎo)軌電阻不計，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于導(dǎo)軌

8、平面向上?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m、有效電阻為r的金屬桿沿框架由靜止下滑，設(shè)磁場區(qū)域無限大，當(dāng)金屬桿下滑達(dá)到最大速度v0時，運動的位移為x，則(　　) 圖4 A.金屬桿下滑的最大速度vm＝ B.在此過程中電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為(mgxsin α－mv) C.在此過程中電阻R產(chǎn)生的焦耳熱為mgxsin α－mv D.在此過程中流過電阻R的電荷量為 解析　達(dá)到最大速度時，感應(yīng)電動勢為E＝BLvm， 感應(yīng)電流為I＝ 安培力為F＝BIL＝ 根據(jù)平衡條件得mgsin α－F＝0 解得vm＝ 由能量守恒定律得 mgxsin α－mv＝Q 又因QR＝Q 所以QR＝ 由法拉第電磁感應(yīng)定律

9、得通過R的電荷量為 q＝＝ 所以選項B正確。 答案　B 三、與理想變壓器有關(guān)的問題 1.理想變壓器的幾個基本關(guān)系 (1)電壓關(guān)系：輸入電壓決定輸出電壓。 ①單個副線圈時：＝。 ②多個副線圈時：U1∶U2∶U3∶…＝n1∶n2∶n3∶… (2)功率關(guān)系：輸出功率決定輸入功率。 ①單個副線圈時：P1＝P2。 ②多個副線圈時：P1＝P2＋P3＋… (3)電流關(guān)系：輸出電流決定輸入電流。 ①單個副線圈時：＝。 ②多個副線圈時：n1I1＝n2I2＋n3I3＋… 2.理想變壓器的動態(tài)變化問題的分析思路 (1)匝數(shù)比不變，負(fù)載電阻變化的情況，如圖5甲所示。 甲 ①U1

10、不變，根據(jù)＝，輸入電壓U1決定輸出電壓U2，不論負(fù)載電阻R如何變化，U2不變。 ②當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時，I2變化，輸出電流I2決定輸入電流I1，故I1發(fā)生變化。 ③I2變化引起P2變化，P1＝P2，故P1發(fā)生變化。 (2)負(fù)載電阻不變，匝數(shù)比變化的情況，如圖乙所示。 乙 圖5 ①U1不變，發(fā)生變化，故U2變化。 ②R不變，U2變化，故I2發(fā)生變化。 ③根據(jù)P2＝，可知P2發(fā)生變化，再根據(jù)P1＝P2，故P1變化，P1＝U1I1，U1不變，故I1發(fā)生變化。 [例3] (多選)如圖6甲所示，一理想變壓器原、副線圈的匝數(shù)比為2∶1，原線圈的電壓隨時間變化規(guī)律如圖乙所示，副線圈電路

11、中接有燈泡，額定功率為22 W；原線圈電路中接有電壓表和電流表?，F(xiàn)閉合開關(guān)，燈泡正常發(fā)光，若用U和I分別表示此時電壓表和電流表的讀數(shù)，則(　　) 圖6 A.燈泡的額定電壓為110 V B.副線圈輸出交變電流的頻率為50 Hz C.U＝220 V，I＝0.2 A D.原線圈輸入電壓的瞬時表達(dá)式為u＝220sin (100πt) V 解析　原線圈電壓的有效值為220 V，則副線圈兩端電壓為110 V，選項A正確；變壓器不改變交流電流的頻率，選項B正確；根據(jù)P入＝P出得出電流表讀數(shù)為I＝＝ A＝0.1 A，選項C錯誤；圖乙電壓隨時間變化的表達(dá)式為u＝220sin (100πt) V，

12、選項D正確。 答案　ABD [針對訓(xùn)練3] 一理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)比為3∶1，在原、副線圈的回路中分別接有阻值相同的電阻，原線圈一側(cè)接在電壓為220 V的正弦交流電源上，如圖7所示。設(shè)副線圈回路中電阻兩端的電壓為U，原、副線圈回路中電阻消耗的功率的比值為k，則(　　) 圖7 A.U＝66 V，k＝ B.U＝22 V，k＝ C.U＝66 V，k＝ D.U＝22 V，k＝ 解析　設(shè)原線圈中電流為I，由＝知副線圈中的電流I2＝3I，由題意知副線圈中電阻兩端的電壓U＝3IR，則原線圈回路中R兩端的電壓UR＝IR＝，原線圈兩端的電壓U1＝3U，由閉合電路中電壓關(guān)系可知U1＋U

13、R＝220 V，即＋3U＝220 V，U＝66 V，原線圈回路中電阻消耗的功率P1＝I2R，副線圈回路中電阻消耗的功率P2＝(3I)2R，＝k＝＝，選項A正確。 答案　A 四、遠(yuǎn)距離輸電問題 1.理清三個回路 回路1：發(fā)電機(jī)回路。該回路中，通過線圈1的電流I1等于發(fā)電機(jī)中的電流I機(jī)；線圈1兩端的電壓U1等于發(fā)電機(jī)的路端電壓U機(jī)；線圈1輸入的電功率P1等于發(fā)電機(jī)輸出的電功率P機(jī)。 回路2：輸送電路。I2＝I3＝IR，U2＝U3＋UR，P2＝PR＋P3。回路3：輸出電路。I4＝I用，U4＝U用，P4＝P用。 2.抓住兩個關(guān)系 (1)理想升壓變壓器連接回路1和回路2，兩回路中重要的

14、關(guān)系式有＝，I1n1＝I2n2，P1＝P2。 (2)理想降壓變壓器連接回路2和回路3，兩回路中重要的關(guān)系式有＝，I3n3＝I4n4，P3＝P4。 3.掌握兩種損耗 (1)電壓損耗：輸電線上的電阻導(dǎo)致的電壓損耗，UR＝U2－U3＝IRR。 (2)功率損耗：輸電線上電阻發(fā)熱導(dǎo)致的功率損耗，PR＝P2－P3＝IR。輸電線上的能量損耗是熱損耗，計算功率損耗時用公式PR＝IR或PR＝。 [例4] 如圖8甲為某水電站的電能輸送示意圖，升壓變壓器原、副線圈匝數(shù)比為1∶15，降壓變壓器的副線圈接有負(fù)載R，升壓、降壓變壓器之間的輸電線路的總電阻為10 Ω，變壓器均為理想變壓器，現(xiàn)在a、b兩端輸入如圖乙

15、所示的交流電壓，輸送功率為33 kW。下列說法正確的是(　　) 圖8 A.輸送的交變電流的周期為0.01 s B.輸電線中電流為150 A C.降壓變壓器原線圈輸入電壓為3 200 V D.輸電線上功率損失為500 W 解析　由題圖乙所示的正弦式電壓圖象知周期T＝2×10－2 s，選項A錯誤；升壓變壓器原線圈電壓的有效值U1＝ V＝220 V，由＝得升壓變壓器副線圈的輸出電壓U2＝U1＝15×220 V＝3 300 V，輸電線中電流為I2＝＝10 A，選項B錯誤；輸電線電壓損失ΔU＝I2R線＝100 V，降壓變壓器原線圈輸入電壓為U＝U2－ΔU＝3 200 V，選項C正確；輸電

16、線上功率損失為P損＝IR線＝1 000 W，選項D錯誤。 答案　C [針對訓(xùn)練4] 一般發(fā)電機(jī)組輸出的電壓在10 kV左右，不符合遠(yuǎn)距離輸電的要求。因此，要在發(fā)電站內(nèi)用升壓變壓器，升壓到幾百千伏后再向遠(yuǎn)處輸電。到達(dá)幾百千米甚至幾千千米之外的用電區(qū)之后，先經(jīng)“一次高壓變電站”、“二次變電站”降到10 kV左右，再經(jīng)低壓變電站的降壓變壓器(可視為理想變壓器)降壓后供給某小區(qū)居民，已知供給居民的交流電U＝220sin (100πt)V，該變壓器原、副線圈匝數(shù)比為50∶1，則(　　) A.原線圈上的電壓為11 000 V B.原線圈中電流的頻率是100 Hz C.原線圈使用的導(dǎo)線應(yīng)該比副線圈

17、的粗 D.高壓輸電有利于減少輸電線路中的損耗 解析　供給某小區(qū)居民的交流電U＝220sin (100πt)V，最大值為220 V，故輸出電壓有效值為220 V，根據(jù)變壓公式＝，解得輸入電壓U1＝50×220 V＝11 000 V，選項A錯誤；由u＝220sin 100πt(V)，解得頻率f＝50 Hz，選項B錯誤；根據(jù)變壓器輸入功率等于輸出功率，變壓器原、副線圈中的電流與匝數(shù)成反比，即＝＝，副線圈中的電流大于原線圈中的電流，所以副線圈的導(dǎo)線要比原線圈的導(dǎo)線粗，選項C錯誤；在輸送電功率一定的情況下，根據(jù)公式P＝UI，高壓輸電有利于減小輸電電流，輸電線上電功率損耗ΔP＝I2r也會減少，選項D正確。 答案　D 9