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rD ．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 2ΔI 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 WB ．线圈中感应电流的有效值为2 AC ．任意时刻线圈中的感应电动势为e ＝22cos 2πTt VD ．任意时刻穿过线圈的磁通量为Φ＝2T πsin 2πTt 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 ＝icos θ＝2 A ；线圈消耗的电功率为：P ＝I 2r ＝⎝⎛⎭⎪⎫22I m 2r ＝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 2πTt ＝4cos 2πTt V ，故C 错误；任意时刻穿过线圈的磁通量为：Φ＝BS sin2πTt ；根据公式E m ＝NBSω＝NΦm2πT，可得：Φm ＝2T π，故Φ＝2T πsin 2πTt 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 VB ．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 VD ．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 m2＝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，所以电动势随时间变化的规律为u ＝102cos ωt ＝102cos 100πt V ，选项C 正确；t ＝0.02 s 带入电动势的表达式，得R 两端的电压瞬时值为10 2 V ，选项B 错误；根据楞次定律，感应电流总是阻碍线圈的转动，所以当ab 边速度方向向上时，它所受安培力的方向向下，选项D 错误；电动势平均值为磁通量的变化量和时间的比值，而该比值最大为E m ＝10 2 V ，所以平均值一定比E m ＝10 2 V 小，选项A 错误。

答案：C考点三、理想变压器例 (多选)某同学模拟“远距离输电”，将实验室提供的器材连接成如图所示电路，A 、B 为理想变压器，灯L 1、L 2相同且阻值不变。

保持A 的输入电压不变，开关S 断开时，灯L 1正常发光。

则( )A ．如果只闭合开关S ，L 1变暗B ．如果只闭合开关S ，A 的输入功率变大C ．仅将滑片P 上移，L 1变亮D ．仅将滑片P 上移，A 的输入功率不变【审题立意】解答此题要知道理想变压器输入功率由输出功率决定，输出电压由输入电压决定；明确远距离输电过程中的电功率、电压的损失与哪些因素有关，明确整个过程中的功率、电压关系。

【解题思路】闭合S ，副线圈电阻减小，则消耗功率增大，B 副线圈中电流增大，B 原线圈中电流也增大，则R 上损失的电压和功率增大，则B 输入电压减小，灯泡两端电压减小，故灯泡会变暗，故A 正确；根据以上分析知消耗和损失功率都增大，根据能量守恒知A 的输入功率变大，故B 正确；仅将滑片P 上移，A 副线圈匝数减小，则输出电压减小，B 的输入电压减小，灯泡电压也减小，故L 1变暗，消耗功率减小，则A 输入功率减小，故C 、D 错误。

【参考答案】 AB【技能提升】 1. 理想变压器的基本关系式 (1)功率关系：P 入＝P 出。

(2)电压关系：U 1U 2＝n 1n 2。

若n 1＞n 2，为降压变压器；若n 1＜n 2，为升压变压器。

(3)电流关系：只有一个副线圈时，I 1I 2＝n 2n 1；有多个副线圈时，U 1I 1＝U 2I 2＋U 3I 3＋……＋U n I n 。

2. 原、副线圈中各量的因果关系(1)电压关系：U 1决定U 2；(2)电流关系：I 2决定I 1；(3)功率关系：P 出决定P 入。

【变式训练】 (2017·扬州模拟)(多选)图甲为远距离输电示意图，变压器均为理想变压器。

升压变压器原、副线圈匝数比为1∶100，其输入电压如图乙所示，远距离输电线的总电阻为100 Ω。

降压变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R 1为一定值电阻，R 2为用半导体热敏材料制成的传感器，当温度升高时其阻值变小。

电压表V 显示加在报警器上的电压(报警器未画出)。

未出现火警时，升压变压器的输入功率为750 kW 。

下列说法正确的是( )A ．降压变压器副线圈输出的交流电频率为50 HzB ．远距离输电线路损耗功率为180 kWC ．当传感器R 2所在处出现火警时，电压表V 的示数变大D ．当传感器R 2所在处出现火警时，输电线上的电流变大解析：由题图乙知交流电的周期为0.02 s ，所以频率为50 Hz ，A 正确；由题图乙知升压变压器输入端电压有效值为250 V ，根据U 1∶U 2＝n 1∶n 2知，副线圈电压为25 000 V ，所以输电线中的电流为：I ＝PU＝30 A ，输电线损失的电压为：ΔU ＝IR ＝3 000 V ，输电线路损耗功率为：ΔP ＝ΔU ·I ＝90 kW ，B 错误；当传感器R 2所在处出现火警时其阻值减小，副线圈中电流增大，定值电阻的分压增大，所以电压表V 的示数变小，C 错误；由以上分析知副线圈电流增大，根据I 1∶I 2＝n 2∶n 1知，输电线上的电流变大，D 正确。