高考物理知识点释义 电磁感应与电路结合问题

电磁感应与电路结合问题
一、等效法处理电磁感应与电路结合问题
解决电磁感应电路问题的关键就是借鉴或利用相似原型来启发理解和变换物理模型，即把电磁感应的问题等效转换成稳恒直流电路，把产生感应电动势的那部分导体等效为内电路.感应电动势的大小相当于电源电动势.其余部分相当于外电路，并画出等效电路图.此时，处理问题的方法与闭合电路求解基本一致，惟一要注意的是电磁感应现象中，有时导体两端有电压，但没有电流流过，这类似电源两端有电势差但没有接入电路时，电流为零. 二、电磁感应中的动力学问题
这类问题覆盖面广，题型也多种多样；但解决这类问题的关键在于通过运动状态的分析来寻找过程中的临界状态，如速度、加速度取最大值或最小值的条件等，基本思路是：
三、电磁感应中的能量、动量问题
无论是使闭合回路的磁通量发生变化，还是使闭合回路的部分导体切割磁感线，都要消
耗其它形式的能量，转化为回路中的电能。

这个过程不仅体现了能量的转化，而且保持守恒，使我们进一步认识包含电和磁在内的能量的转化和守恒定律的普遍性。

分析问题时，应当牢牢抓住能量守恒这一基本规律，分析清楚有哪些力做功，就可知道有哪些形式的能量参与了相互转化，如有摩擦力做功，必然有内能出现；重力做功，就可能有机械能参与转化；安培力做负功就将其它形式能转化为电能，做正功将电能转化为其它形式的能；然后利用能量守恒列出方程求解。

（一）电磁感应中的“双杆问题”
电磁感应中“双杆问题”是学科内部综合的问题，涉及到电磁感应、安培力、牛顿运动定律和动量定理、动量守恒定律及能量守恒定律等。

要求学生综合上述知识，认识题目所给的物理情景，找出物理量之间的关系，因此是较难的一类问题，也是近几年高考考察的热点。

1、“双杆”向相反方向做匀速运动
当两杆分别向相反方向运动时，相当于两个电池正向串联。

2.“双杆”同向运动，但一杆加速另一杆减速
当两杆分别沿相同方向运动时，相当于两个电池反向串联。

F=BIL
临界状态
v 与a 方向关系
运动状态的分析
a 变化情况 F=ma 合外力 运动导体所受的安培力感应电流
确定电源（E ，r ） r
R E I +=
3. “双杆”中两杆都做同方向上的加速运动。

“双杆”中的一杆在外力作用下做加速运动，另一杆在安培力作用下做加速运动，最终两杆以同样加速度做匀加速直线运动。

4．“双杆”在不等宽导轨上同向运动。

“双杆”在不等宽导轨上同向运动时，两杆所受的安培力不等大反向，所以不能利用动量守恒定律解题。

四、电量的计算Q=I Δt
1、安培力的冲量公式求电量：Bl
p q ∆=
感应电流通过直导线时，直导线在磁场中要受到安培力的作用，当导线与磁场垂直时，安培力的大小为F=BLI 。

在时间△t 内安培力的冲量Bl
p q p t BIl p t F ∆=∆=∆∆=∆,, 2、由法拉第电磁感应定律求： R
q ϕ∆=
R t Rt t R It q ϕϕε
∆=∆=
=
=
3、R Bl p q ϕ∆=∆= 五、电磁感应中的图象问题
电磁感应现象中的图象问题通常分为两类：一类是由给出的电磁感应过程选出或画出正确的
图象；二是由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应物理量。

分析此类问题时要抓住磁通量的变化是否均匀，从而推知感应电动势（电流）是否大小恒定，用愣次定律或右手定则判定感应电动势（电流）的方向，从而确定其正负.
交变电流
一、交流电中的各量：
电压 电流 适用范围 备注 瞬时值
e=E m sin ωt
i=I m sin ωt
粒子在交变电场中的运动
最大值
εm =NBS ω
I m =εm /R
电容器耐
压
图9
有效值
正
弦
电流做功、电阻发热、保险丝的熔断、仪表读取的电压、电流
有效值是对能的平均
非正弦
根据电流的热效应计算
平均值
计算通过的电量
平均值是对时间的平均
变压器
一、变压器的原理 1、构造
由一个闭合铁芯、原线圈、副线圈组成
2、工作原理
在同一铁芯上的磁通量的变化率处处相同 3、理想变压器中的几个关系
没有漏磁和发热损失的变压器即没有能量损失的变压器叫理想变压器 （1） 电压关系
在同一铁芯上只有一组副线圈时
2
1
21n n u u =
当有几组副线圈时
(3)
3
2211===n u n u n u （2）功率关系
对于理想变压器不考虑能量损失，总有P 入=P 出 （3）电流关系
由功率关系，当只有一组副线圈时，I 1U 1=I 2U 2，得
1
2
1221n n u u I I =
= 当有多组副线圈时：I 1U 1=I 2U 2＋I 3U 3+……，得I 1n 1=I 2n 2+I 3n 3+…… 二、变压器的题型分析
t
N
∆∆=ϕ
R
I ε
=
2
m u u =
2
m I I
=
构造图
符号
(1)在同一铁芯上磁通量的变化率处处相同
(2)电阻和原线圈串联时，电阻与原线圈上的电压分配遵循串联电路的分压原理。

(3)理想变压器的输入功率等于输出功率
3．解决变压器问题的常用方法
思路1 电压思路.变压器原、副线圈的电压之比为U 1/U 2=n 1/n 2；当变压器有多个副绕组时U 1/n 1=U 2/n 2=U 3/n 3=……
思路2 功率思路.理想变压器的输入、输出功率为P 入=P 出，即P 1=P 2；当变压器有多个副绕组时P 1=P 2+P 3+……
思路3 电流思路.由I=P/U 知，对只有一个副绕组的变压器有I 1/I 2=n 2/n 1；当变压器有多个副绕组时n 1I 1=n 2I 2+n 3I 3+……
思路4 （变压器动态问题）制约思路.
（1）电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n 1/n 2）一定时，输出电压U 2由输入电压决定，即U 2=n 2U 1/n 1，可简述为“原制约副”.
（2）电流制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n 1/n 2）一定，且输入电压U 1确定时，原线圈中的电流I 1由副线圈中的输出电流I 2决定，即I 1=n 2I 2/n 1，可简述为“副制约原”.
（3）负载制约：①变压器副线圈中的功率P 2由用户负载决定，P 2=P
负1
+P
负2
+…；②变压
器副线圈中的电流I 2由用户负载及电压U 2确定，I 2=P 2/U 2；③总功率P 总=P 线+P 2.
动态分析问题的思路程序可表示为：
U 122222121I R U I U n n U U 决定
负载决定−−−−−→−=−−−−→−=决定决定−−−−→−=−−−−−−−−→−==1112211211)(U I P I U I U I P P P 1 思路5 原理思路.变压器原线圈中磁通量发生变化，铁芯中ΔΦ/Δt 相等；当遇到“”
型变压器时有
ΔΦ1/Δt=ΔΦ2/Δt+ΔΦ3/Δt ，
此式适用于交流电或电压（电流）变化的直流电，但不适用于稳压或恒定电流的情况. 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、n 1、n 1/
n 2、n 2/
，相应的电压、电流、功率也应该采用相应的符号来表示。

从图中应该看出功率之间的关系是：P 1=P 1/
，P 2=P 2/
，P 1/
=P r =P 2。

电压之间的关系是：
212
2
221111,,U U U n n U U n n U U r +=''=''='。

电流之间的关系是：
21222211
1
1,,I I I n n I I n n I I r ==''=''='。

可见其中电流之间的关系最简单，21
,,I I I r '中只要知道一个，另两个总和它相等。

因此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
r I U r I P r r r
r ==,2，而不能用r
U P r 21
'=。

特别重要的是要会分析输电线上的功率损失S U S L U P P r 212
111
'∝⋅⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛'=ρ，由此得出结论： ⑴减少输电线功率损失的途径是提高输电电压或增大输电导线的横截面积。

两者相比，当然选择前者。

⑵若输电线功率损失已经确定，那么升高输电电压能减小输电线截面积，从而节约大量金属材料和架设电线所需的钢材和水泥，还能少占用土地。

需要引起注意的是课本上强调：输电线上的电压损失，除了与输电线的电阻有关，还与感抗和容抗有关。

当输电线路电压较高、导线截面积较大时，电抗造成的电压损失比电阻造成的还要大。