北京市-2020届高考物理 专题8 电磁感应与电路、交变电流(含电路问题)交变电流学案(含答案).doc

专题8 电磁感应与电路、交变电流

考向预测

电路内容的考查主要是电学实验的知识。同时也会考查电路的相关知识，一般难度较小，常以选择题的形式出题，而电学实验知识主要考查闭合电路欧姆定律、仪器的选取、电路的设计与创新知识，有一定的难度，常以实验填空题的形式出题。

对于交变电流，从近几年命题看，高考对本部分内容考查命题频率较低，主要体现在“三突出”：一是突出考查交变电流的产生过程；二是突出考查交变电流的图象和交变电流的“四值”；三是突出考查变压器及远距离输电，难度不大，多以选择题的形式命题。

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

考点一、直流电路动态分析

例如图所示，图中的三个电表均为理想电表，当滑动变阻器的滑片P向左端缓慢移动时，下面说法中正确的是( )

A．电压表V2的读数减小，电流表A的读数增大

B．电压表V1的读数增大，电压表V2的读数增大

C．电阻R P消耗的功率增大，电容器C所带电量增加

D．电压表V2的读数减小，电流表A的读数减小

【审题立意】由图可知电路结构，根据滑片的移动明确电路中电阻的变化，由闭合电路欧姆定律明确电路中电流及电压的变化，再对局部电路进行分析得出电容器电压的变化，从而判断其电量的变化。

【解题步骤】滑片P左移时，滑动变阻器连入电路的阻值增大，根据串反并同规律知，电压表V1的读数增大，电压表V2的读数减小，电流表A的读数减小，A、B错误，D正确；视r＋R1＋R2为电源的等效内电阻，根据电源的输出功率与外电阻的关系知，由于电阻R P与r＋R1＋R2的大小关系未知，因此电阻R P消耗的功率是增大还是减小无法判断，由于电容器C两端的电压增大，处于充电状态，其所带电量增加，C错误。

【参考答案】 D

【技能提升】闭合电路动态分析的三种常用方法

1．程序判断法：遵循“局部—整体—部分”的思路，按以下步骤分析

2．直观判断法：利用下面两个结论直接地得到结果

(1)任一电阻R 阻值增大，必引起该电阻中电流I 的减小和该电阻两端电压U 的增大。

(2)任一电阻R 阻值增大，必将引起与之并联的支路中电流I 并的增大和与之串联的各电路电压U 串的减小。 【变式训练】(多选)如图所示电路中，C 为电容器，D 为理想二极管(具有单向导电性)，电流表、电压表均为理想电表。闭合开关S 至电路稳定后，调节滑动变阻器滑片P 向左移动一小段距离，结果发现电压表V 1的示数变化量绝对值为ΔU 1，电压表V 2的示数变化量绝对值为ΔU 2，电流表A 的示数变化量绝对值为ΔI ，则下列判断正确的有( )

A ．U 1I

的值变大 B ．ΔU 1ΔI

的值变大

C ．ΔU 2ΔI

的值不变，且始终等于电源内阻r

D ．滑片向左移动的过程中，电容器所带的电荷量不断减少

解析：滑动变阻器R 的滑片P 向左移动一小段距离，接入电路的电阻增大，U 1I

为R 接入电路的电阻，变大，A 正确；ΔU 1ΔI 等于R 1和r 的电阻之和，不变，B 错误；ΔU 2

ΔI 等于电源内阻r ，C 正确；电路总电阻增大，电流减

小，R 1两端的电压减小，由于理想二极管的单向导电性，电容器不能放电，所带电荷量无法减少，D 错误。

答案：AC

考点二、交变电流的产生和描述

例 (2017·天津联考)如图所示，在匀强磁场中匀速转动的单匝纯电阻矩形线圈的周期为T ，转轴O 1O 2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 Ω。从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60° 时的感应电流为1 A 。下列说法正确的是( )

A ．线圈消耗的电功率为1 W

B ．线圈中感应电流的有效值为2 A

C ．任意时刻线圈中的感应电动势为e ＝22cos 2πT

t V

D ．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝2T πsin 2π

T

t Wb

【审题立意】 本题考查交变电流的产生及计算，要注意明确在计算中求解电功率及点表示数时要用有效值，求解电量时要用平均值。

【解题思路】从垂直中性面开始计时，感应电流的瞬时表达式为i ＝I m cos θ，则电流的最大值为：I m ＝

i

cos θ

＝2 A ；线圈消耗的电功率为：P ＝I 2

r ＝⎝

⎛⎭⎪⎫22I m 2

r ＝4 W ，故A 错误；感应电流的有效值为：I ＝I m 2

＝ 2 A ，故B 错误；感应电动势的最大值为：E m ＝I m r ＝4 V ；任意时刻线圈中的感应电动势为：e ＝E m cos 2π

T

t ＝4cos 2π

T

t V ，故C 错误；任意时刻穿过线圈的磁通量为：Φ＝BS sin

2π

T

t ；根据公式E m ＝NBSω＝NΦm

2π

T

，可得：

Φm ＝2T π，故Φ＝2T πsin 2π

T

t Wb ，故D 正确。

【参考答案】 D

【技能提升】 1. 线圈通过中性面时的特点

(1)穿过线圈的磁通量最大；(2)线圈中的感应电动势为零；(3)线圈每经过中性面一次，感应电流的方向改变一次。

2. 交流电“四值”的应用

(1)最大值：E m ＝nBSω，分析电容器的耐压值；

(2)瞬时值：E ＝E m sin ωt (由中性面开始计时)，计算闪光电器的闪光时间、线圈某时刻的受力情况； (3)有效值：电表的读数及计算电热、电功、电功率及保险丝的熔断电流； (4)平均值：E ＝n ΔΦΔt ，计算通过电路截面的电荷量。

3. 交变电流瞬时值表达式的基本书写思路

(1)确定正、余弦交变电流的峰值，根据已知图象或公式E m ＝nBSω，求出相应最大值。 (2)明确线圈的初始位置，找出对应的函数关系式。

①线圈从中性面开始计时，e ＝E m sin ωt ；②线圈从垂直于中性面开始计时，e ＝E m cos ωt 。

【变式训练】(2017·郑州质检)图甲为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在磁感应强度为

B 的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的固定轴OO ′(OO ′沿水平方向)匀速转动，线圈的两端经集流环和电刷与R ＝10 Ω的电阻连接，与电阻R 并联的交流电压表为理想电压表，示数是10 V 。图乙是矩形线圈中磁通量Φ

随时间t 变化的图象。则( )

A ．此交流发电机的电动势平均值为10 2 V

B ．t ＝0.02 s 时R 两端的电压瞬时值为零

C ．R 两端的电压u 随时间t 变化的规律是u ＝102·cos 100πt V

D ．当ab 边速度方向向上时，它所受安培力的方向也向上

解析：矩形线圈为电源，绕垂直于磁场的转轴匀速转动，产生正弦交流电，外电阻R ＝10 Ω，电压表示数为10 V ，说明

E m

2

＝10 V ，即E m ＝10 2 V 。根据题图乙t ＝0时磁通量等于0，可判断t ＝0时电动势最大，