专题四 电路与电磁感应—人教版高考物理二轮复习

知识像烛光，能照亮一个人，也能照亮无数的人。--培根
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专题四
电路与电磁感应
【复习目标】
1.熟练掌握闭合电路的欧姆定律及其应用；掌握纯电阻电路和非纯电阻电路的分析与处理。
2.熟练掌握法拉第电磁感应定律及其应用，正弦式交流电的特征及变压器方程
3.进一步体会在电磁感应现象中用力的观点和能量的观点解决问题的思路和方法
【复习重难点】
1.重点：常见电路的分析与计算；法拉第电磁感应定律的应用及变压器方程
2.难点：非纯电阻电路的分析计算及电磁感应现象中的能量问题
【复习方法】
讲授法、自主复习法、讨论法、练习法等。
【课时安排】
3课时
【教学过程】
第一课时
电路的分析与计算
一.知识点复习提要：
1.电阻定律及电阻率的物理意义
2.部分电路的欧姆定律和闭合电路的欧姆定律及电路的动态分析方法
3.非纯电阻电路中计算电功率、热功率的思路和方法
二.例题解析及解题指导：
(
d
c
图(
1
)
a
b
A
)1.对于较复杂的电路分析计算时，首先应明确各元件之间的连接关系及连接层次，可利用电流分支法结合电势分析法简化电路，画等效电路图。
例1：如图(1)所示的电路，电路中电阻的阻值均为20Ω，电流表的内阻不计，
若ab两点间加上12V的电压，则电流表的示数为多少？如果将电流表换
成理想电压表，电压表的示数又为多少？
2.对于纯电阻性用电器，电功率即为发热功率。对于非纯电阻性用电器，一般的把P=UI称为用电器的输入功率(电流做功的总功率)，把P1=I2R称为用电器的发热功率(通常是无用功的功率)，把P2=P?
P1称为用电器的输出功率(有用功的功率)。
例2.关于电功、电功率、电热、热功率、焦耳定律的说法正确的是(
)
A．电功率越大，电流做功越快，电路中产生的焦耳热一定越多
B．计算电功时，用W=UIt适用于任何电路，而用W=I2Rt=只适用于纯电阻的电路
C．对于电动机电功率和热功率的关系有UI(
图(
2
)
R
1
E,r
M
V
)电功与电热的关系适用于任何电路。
例3：如图（2）所示电路中，电源的电动势E=10V，内阻r=0.5Ω，电动机的电阻
R0=1.0Ω，电阻R1=1.5Ω，电动机正常工作时，电压表的示数为U=3.0V，求：
（1）电源的电功率
(2)电动机消耗的功率
(3)电动机的输出功率
(4)电源的输出功率及效率
3.有关闭合电路的动态分析
（1）按程序分析解决（2）串反并同法
（关键是搞清电路的结构）
(
R
1
图(
3
)
R
3
R
2
V
A
S
r
E
b
a
P
)例4：电动势为E，内阻为r的电源，与定值电阻R1、R2及电表的连接如图(11)所示，当变阻器R3的滑动触头P由a端向b端移动时（
）
A.电压表示数变大，电流表示数变小
B.电压表示数变小，电流表示数变大
C.电压表示数变大，电流表示数变大
D.电压表示数变小，电流表示数变小
第二课时
电磁感应
一.知识点复习提要：
1.产生感应电流的条件、法拉第电磁感应定律中的感生电动势和动生电动势
2.动生电动势问题中与力与运动的关系、功能关系及能量的转化与守恒应用
3.正弦式交流电的产生过程、表达式及描述（
“四值”）
4.变压器的工作原理方程及动态分析
二.解题指导及例题解析：
感应电流的产生：判断感应电流有无；楞次定律或右手定则判断电流方向（增反减同、来拒去留）；法拉第电磁感应定律结合闭合电路的欧姆定律计算电流的大小
(
C
图(
1
)
R
a
b
N
)例1：电阻R、电容C与一线圈连成闭合电路，条形磁铁静止于线圈
的正上方，N极朝下，如图(1)所示。现使磁铁开始自由下落，在N
极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电
情况是（
）
A.从a到b，上极板带正电
B.从a到b，下极板带正电
C.从b到a，上极板带正电
D.从b到a，下极板带正电
例2：如图(2)中甲所示，电阻不计的两条足够长的光滑金属导轨ab和cd，固定在水平桌面上，两导轨间距为L，导轨的a、c两端由导线连接阻值为R的电阻。质量为m电阻为r的金属杆MN横跨在两导轨上，整个装置处于方向垂直水平面向下的磁感应强度为B的匀强磁场中。从t=0时刻起，金属杆在水平外力的作用下，沿导轨方向由静止开始运动，其速度v?
t图像如图乙所示，图中v0，t0为已知值。试求：
（1）在0~2t0的时间内，金属杆两端的电势差随时间变化的关系式
（2）在0~2t0的时间内，通过金属杆横截面的电量
(
甲
N
M
v
图(
2
)
R
r
a
b
d
c
v
v
0
乙
O
t
0
2
t
0
t
)
2.有关电磁感应的问题，绝大多数涉及到法拉第电磁感应定律、闭合电路的欧姆定律和功能关系、能量的转化与守恒的综合应用，解题时应特别注意以下几点：
1）图像问题较多是本章的特色，如Φ?t图像、B?t图像、i?t图像等等，应特别注意题设中的规定的正方向！
2）在比较电路中的某两点电势高低等问题时，必须分清楚内外电路，画出等效电路图。在产生动生电动势的问题中，运动的导体棒相当于电源；而在产生感生电动势的问题中，处在变化磁场中的导体相当于电源
4）电路中仅有感应电动势时，一段时间内流过导体横截面的电量：
(
乙
甲
图
(3)
B
0
1
2
3
4
B
/T
t/
s
s
s
0
?
B
0
a
d
c
b
)5）电路中只存在动生电动势时，克服安培力做的功量度了产生的电能，即通过安培力做功把其它形式的能转化为电能（这些电能又被电路消耗转化为其它形式的能），安培力做功的功率即为电源的功率。在匀强磁场中，若存在且只存在导体棒的动能转化为电能的电路里，导体棒的速度的变化量与其位移成正比：，
即：
例3：如图(3)矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，
磁感应线方向与导线框所在平面垂直，规定磁
场的正方向垂直平面向里，磁感应强度B随时
间变化规律如图乙所示，若取导线框ad边受到
的安培力方向向左时为的正方向，下列各图F?t
(
?
F
0
?
4F
0
4F
0
1
2
3
4
F
/
N
t/s
0
2F
0
?
F
0
?
4F
0
4F
0
1
2
3
4
F
/
N
t/s
0
2F
0
?
F
0
?
4F
0
4F
0
1
2
3
4
F
/
N
t/s
0
2F
0
F
0
?
4F
0
4F
0
1
2
3
4
F
/
N
t/s
0
?
2F
0
)图中正确的是(
)
(
i/
A
I
0
1
2
3
4
t/
s
0
?
I
0
I
0
1
2
3
4
t/
s
0
?
I
0
i/
A
I
0
1
2
3
4
t/
s
0
?
I
0
i/
A
I
0
1
2
3
4
i/
A
t/
s
0
?
I
0
)
A.
B.
C.
D
(
图(
4
)
B
θ
R
)例4：如图(4)所示，有两根和水平方向成?角的光滑平行轨道，
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
道上由静止滑下，经过足够长的时间后，金属杆的速度，会
趋近于一个最大速vm，则（
）
A．如果?变大，vm变大
B．如果B增大，vm变大
C．如果R变小，vm变大
D．如果m变小，vm变大
(
M
A
B
C
D
H
N
L
2
图(
5
)
L
1
)例5：如图(5)所示，水平地面上方的H高度区域内有匀强磁场，水平界面MN是磁场的上边界，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向里，在磁场的正上方有一个位于竖直平面内的闭合矩形平面导线框ABCD，AB边长为L1，BC边长为L2且H>L2，线框的质量为m，电阻为R。现使线框从高处自由落下，AB边下落的过程中始终水平，已知线框进入磁场后的运动情况是：CD边进入磁场后，线框先做加速运动，然后匀速运动，
直到AB边到达MN边界为止，从线框开始下落到CD
边刚好到达水平地面的过程中，线框中产生的焦耳热
为Q，求
（1）线框ABCD在进入磁场的过程中通过导线某一横截面的电量。
（2）线框的CD边是从距磁场的上边界MN多高处开始下落的？
（3）线框的CD边到达地面时，线框的速度大小是多少？
(
b
a
d
c
M
N
图(
6
)
)例6:如图(6)所示，光滑水平面内MN的右侧有竖直向下的匀强
磁场，MN的左侧有一粗细均匀的正方形导体框abcd，导体框
以某一速度滑入磁场，线框进入磁场的过程中，bc边始终与边
界MN平行，当线框的一半进入磁场时，线框中产生的焦耳热
为Q1，全部进入磁场时线框产生的焦耳热为Q2且速度恰好为
零，则Q1∶Q2为
第三课时
交流电及变压器
一.知识点复习提要：
1.正弦式交流电的产生过程、表达式及描述（
“四值”）
2.变压器的工作原理方程及动态分析
二.解题指导及例题解析：
(
图(2)
e
/
V
t
/s
20
－
20
0
1/8
1/4
)1.熟练掌握正弦式交流电的产生过程、变化规律，正确理解有效值、平均值的意义，在求与功能相关的量时，要用有效值，在求流过导体横截面的电量时，要用平均值，具体问题中还要结合欧姆定律的应用来求解。
例1：小型交流发电机中，矩形金属线圈在匀强磁场中匀速转动。
产生的感应电动势与时间成正弦函数关系，如图(2)所示，此线
圈与一个R＝10Ω的电阻构成闭合电路，不计电路的其他电阻，
下列说法正确的是（
）
A.交变电流的周期为1/8s
B.交变电流的频率为8Hz
(
B
r
O
′
O
R
图(4)
)C.交变电流的有效值为A
D.交变电流的最大值为4A
例2：如图(4)所示，矩形线圈的面积为S、匝数为N、电阻为r。线圈在
匀强磁场B中绕垂直于磁场方向的轴OO′以角速度ω匀速转动，线圈
通过电刷与外电路相连，外电路的电阻为R。线圈由图示位置转过90°
的过程中，下列说法中正确的是（
）
A.磁通量的变化量为
B.平均感应电动势为
C.电阻R上产生的热量为
D.通过电阻R上的电荷量为
2.理想变压器的计算关键是据电路特点找准原、副线圈上的电压和功率，再据变压器方程求解。
例3：如图(4)所示，理想变压器原、副线圈匝数比为4:1，原线圈
(
R
图(4)
~
U
0
A
V
)接入一电压为的交变电压源，副线圈与一个
电阻R=27.5的负载电阻相连接，则以下结论正确的是（
）
A.副线圈中电压表的读数为
B.副线圈输出的交变电压的周期为
C.原线圈中电流表的读数为0.5A
D.原线圈中的输入功率为
(
B
C
a
b
A
n
2
n
1
R
图(5)
~
)例4：如图(5)所示，理想变压器的原、副线圈匝数比n1：n2=3:1，
额定电压为U的三个规格相同的灯泡A、B、C，电阻R的阻
值与灯的电阻相同。若在ab间接正弦式交流电压源，使灯B、
C正常发光，则电源的电压为（
）
A.3U
B.9U
C.
D.4U
3.理想变压器的动态变化分析问题，关键是扣住两个决定关系，即输入电压决定输出电压、输出功率决定输入功率且二者相等。
(
R
图(6)
~
S
L
1
L
2
)例5：如图(6)所示，理想变压器的副线圈上通过输电线接有两个相同
灯泡L1、L2，输电线上的等效电阻为R，开始时，开关S断开。
当S接通时，以下说法中不正确的是（
）
A.副线圈两端的输出电压减小
B.副线圈输电线等效电阻R上的电压增大
C.通过灯泡L1的电流减小
D.两线圈中的电流增大
三.专题四电路和电磁感应小结：
本专题小知识点繁多且相互关联、深度融合、但多数难度不大，高考多以选择题型出现。复习时要侧重多背多记知识点，这些是简单应用的基础。电磁感应现象中部分题目涉及到力、电和能量的综合问题，难度较大，有时也是压轴题的考量素材，也应引起注意。
四.课后练习及课后复习
专题训练电路和电磁感应；预复习专题五原子物理。
【专题四教后反思】
参考答案
第一课时：
例1:
0.8A
9.6V
例2:
B
例3:
（1）20W
（1）12W
（1）8W
（1）18W
90%
例4:
B
第二课时：
例1:
D
例2:
（1）
（）,
（
）
（2）
例3:
B
例4:
A
例5:
（1）
（2）
（3）
例6:
3：4
第三课时：
例1:
C
例2:
D
例3:
C
例4:
C
例5:
A
/