2022-2023年高考物理一轮复习 解密高考

解密高考\n应用楞次定律判断感应电流问题：首先应先判断原磁场方向及变化趋势,即通电直导线周围的磁感线分布情况及穿过检测线圈的磁通量的变化情况；再由楞次定律判断感应电流磁场的方向,也就是检测线圈中的感应电流磁场方向；最后由安培定则判断检测线圈中感应电流的方向．\n【例1】如图1所示,磁场垂直于纸面,磁感应强度在竖直方向均匀分布,水平方向非均匀分布．一铜制圆环用丝线悬挂于O点,将圆环拉至位置a后无初速度释放,在圆环从a摆向b的过程中()．A．感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针B．感应电流方向一直是逆时针C．安培力方向始终与速度方向相反D．安培力方向始终沿水平方向\n解析线圈由左向右摆动过程中,在左半部分磁场的运动过程中,向里的磁场越来越强,感应电流的磁场向外,由安培定则知感应电流逆时针,安培力水平向左；通过磁场边界时,向里的磁场减小,由楞次定律知感应磁场方向向里,由安培定则知感应电流顺时针方向,安培力水平向右；在右半部分磁场中的运动过程中,向外的磁场越来越弱,感应磁场向外,由安培定则知感应电流逆时针,安培力水平向左．A、D对．答案AD\n【例2】为判断线圈绕向,可将灵敏电流计G与线圈L连接,如图2所示．已知线圈由a端开始绕至b端；当电流从电流计G左端流入时,指针向左偏转．图2(1)将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时,发现指针向左偏转．俯视线圈,其绕向为________(填“顺时针”或“逆时针”)．(2)当条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时,指针向右偏转．俯视线圈,其绕向为________(填“顺时针”或“逆时针”)．\n解析(1)磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时,线圈的磁场向下且增强,感应磁场向上,且电流流入电流计左端,根据安培定则可知线圈顺时针绕向．(2)条形磁铁从图中虚线位置向右远离L时,线圈的磁场向上且减弱,感应电流从电流计右端流入,根据安培定则可知线圈逆时针绕向．答案(1)顺时针(2)逆时针\n\n\n【例1】半径为a右端开小口的导体圆环和长为2a的导体直杆,单位长度电阻均为R0.圆环水平固定放置,整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B.杆在圆环上以速度v平行于直径CD向右做匀速直线运动,杆始终有两点与圆环良好接触,从圆环中心O开始,杆的位置由θ确定,如图3所示,则()．\n答案AD\n\n答案C\n结合法拉第电磁感应定律考查电流、电压随时间变化的规律或与安培力有关的运动参量随时间变化的关系图像．【热点剖析】\n常见以下两种类型：①由Φ－t图像、B－t图像等确定相应的I－t图像、E－t图像等,求解时要注意分清“图像段”,依照规律逐段分析,同时也要用好斜率的物理意义,以快速判断．②由导体运动情况确定I－t图像、E－t图像、U－t图像等,求解时要注意分清“过程段”,对每个阶段导体的切割情况或回路中Φ的变化情况都要仔细分析,并进一步确定E、I等物理量的变化规律,有的甚至要对线框进行受力分析、运动状态分析．\n【例1】如图5所示,一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落,穿过一根竖直悬挂的条形磁铁,铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴线始终保持重合,若取磁铁中心O为坐标原点,建立竖直向下为正方向的x轴,则下图中最能正确反映环中感应电流i随环心位置坐标x变化的关系图像是()．\n解析条形磁铁的磁感线分布示意图如图所示,铜环由静止开始下落过程中磁通量的变化率是非均匀变化的,故环中产生的感应电动势、环中的感应电流也是非均匀变化的,A错误．在关于O点对称的位置上磁场分布对称,但环的速率是增大的,则环在O点下方的电流最大值大于在O点上方电流的最大值,故C错误．由于磁通量在O点上方是向上增大而在O点下方是向上减小的,故环中电流方向在经过O点是要改变的,D错误．可知B选项正确．答案B\n【例2】如图6所示,正方形区域MNPQ内有垂直纸面向里的匀强磁场．在外力作用下,一正方形闭合刚性导线框沿QN方向匀速运动,t＝0时刻,其四个顶点M′、N′、P′、Q′恰好在磁场边界中点．下列图像中能反映线框所受安培力f的大小随时间t变化规律的是()．\n答案B\n考查应用电磁感应规律研究通电自感和断电自感．【热点剖析】\n在通电自感现象中,线圈L相当于阻值逐渐减小的“电阻”；在断电自感现象中,线圈L相当于电动势逐渐减小的“电源”．在断电自感中要判断某一个小灯泡是否会闪亮一下再熄灭,一是看是否能组成临时回路,二是看此时通过小灯泡的电流比断开前大,还是小．\n【例1】自耦变压器铁芯上只绕有一个线圈,原、副线圈都只取该线圈的某部分．一升压式自耦调压变压器的电路如图7所示,其副线圈匝数可调．已知变压器线圈总匝数为1900匝；原线圈为1100匝,接在有效值为220V的交流电源上．当变压器输出电压调至最大时,负载R上的功率为2.0kW.设此时原线圈中电流有效值为I1,负载两端电压的有效值为U2,且变压器是理想的,则U2和I1分别约为()．A．380V和5.3AB．380V和9.1AC．240V和5.3AD．240V和9.1A\n答案B\n【例2】如图8所示,在铁芯P上绕着两个线圈a和b,则()．A．线圈a输入正弦交变电流,线圈b可输出恒定电流B．线圈a输入恒定电流,穿过线圈b的磁通量一定为零C．线圈b输出的交变电流不对线圈a的磁场造成影响D．线圈a的磁场变化时,线圈b中一定有电场\n答案D\n①考查电磁感应与物体的运动分析、能量转化问题,②考查电磁感应与电路的问题．【热点剖析】\n电磁感应中切割磁感线的导体要运动,产生的感应电流又要受到安培力的作用．在安培力作用下,导体的运动状态发生变化,这就可能需要应用牛顿运动定律．电磁感应的过程也是能量相互转化的过程,所以在分析解决电磁感应问题时,经常要用到动能定理、能量守恒定律．在利用能量的转化和守恒解决电磁感应问题时,要分析安培力的做功情况,安培力在导体运动过程中是做正功还是做负功,进而判断安培力是动力还是阻力．另外,参与能量转化的形式要考虑周全,要准确判断哪些能量增加、哪些能量减少．\n【例1】如图9所示,质量为M的足够长金属导轨abcd放在光滑的绝缘水平面上．一电阻不计,质量为m的导体棒PQ放置在导轨上,始终与导轨接触良好,PQbc构成矩形．棒与导轨间动摩擦因数为μ,棒左侧有两个固定于水平面的立柱．导轨bc段长为L,开始时PQ左侧导轨的总电阻为R,右侧导轨单位长度的电阻为R0.以ef为界,其左侧匀强磁场方向竖直向上,右侧匀强磁场水平向左,磁感应强度大小均为B.在t＝0时,一水平向左的拉力F垂直作用于导轨的bc边上,使导轨由静止开始做匀加速直线运动,加速度为a.\n(1)求回路中感应电动势及感应电流随时间变化的表达式；(2)经过多少时间拉力F达到最大值,拉力F的最大值为多少？(3)某一过程中回路产生的焦耳热为Q,导轨克服摩擦力做功为W,求导轨动能的增加量．解析(1)感应电动势为E＝BLv,导轨做初速为零的匀加速运动,v＝at,E＝BLat,s＝at2/2,感应电流的表达式为I＝BLv/R总＝BLat/(R＋2R0×at2/2)＝BLat/(R＋R0at2)．\n\n\n【例2】为了提高自行车夜间行驶的安全性,小明同学设计了一种“闪烁”装置,如图10所示,自行车后轮由半径r1＝5.0×10－2m的金属内圈、半径r2＝0.04m的金属外圈和绝缘辐条构成．后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条,每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡.在支架上装有磁铁,形成了磁感应强度B＝0.10T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场,其内半径为r1、外半径为r2、张角θ＝π/6.后轮以角速度ω＝2πrad/s相对于转轴转动．若不计其它电阻,忽略磁场的边缘效应．\n(1)当金属条ab进入“扇形”磁场时,求感应电动势E,并指出ab上的电流方向；(2)当金属条ab进入“扇形”磁场时,画出“闪烁”装置的电路图；(3)从金属条ab进入“扇形”磁场开始,经计算画出轮子转一圈过程中,内圈与外圈之间电势差Uab随时间t变化的Uab－t图像；(4)若选择的是“1.5V、0.3A”的小灯泡,该“闪烁”装置能否正常工作？有同学提出,通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度ω和张角θ等物理量的大小,优化前同学的设计方案,请给出你的评价．\n\n(2)通过分析,可得电路图为\n\n\n(4)“闪烁”装置不能正常工作．(金属条的感应电动势只有4.9×10－2V,远小于小灯泡的额定电压,因此无法正常工作．)B增大,E增大,但有限度；r2增大,E增大,但有限度；ω增大,E增大,但有限度；θ增大,E不变．答案(1)4.9×10－2V电流方向为b→a(2)见解析(3)见解析(4)见解析\n①通过交流电的图像考查交流电的产生过程及基本参量．②考查交流电的有效值的计算．【热点剖析】\n\n【例】图11是交流发电机模型示意图．在磁感应强度为B的匀强磁场中,有一矩形线圈abcd可绕线圈平面内垂直于磁感线的轴OO′转动,由线圈引出的导线ae和df分别与两个跟线圈一起绕OO′转动的金属圆环相连接,金属圆环又分别与两个固定的电刷保持滑动接触,这样矩形线圈在转动中就可以保持和外电路电阻R形成闭合电路．图12是线圈的主视图,导线ab和cd分别用它们的横截面来表示．已知ab长度为L1,bc长度为L2,线圈以恒定角速度ω逆时针转动．(只考虑单匝线圈)\n(1)线圈平面处于中性面位置时开始计时,试推导t时刻整个线圈中的感应电动势e1的表达式；(2)线圈平面处于与中性面成φ0夹角位置时开始计时,如图13所示,试写出t时刻整个线圈中的感应电动势e2的表达式；(3)若线圈电阻为r,求线圈每转动一周电阻R上产生的焦耳热．(其它电阻均不计)\n\n\n\n考查变压器的原理和参量关系．考查远距离输电过程中的电流、电压及其功率的损失计算．【热点剖析】\n\n③远距离输电的电路如图12所示,解决问题的基本思路是：“发电机→升压变压器→输电线→降压变压器→用户”,也可以倒过来．在计算线路损失时,用好参量．\n【例1】如图15所示,理想变压器原、副线圈匝数比为20∶1,两个标有“12V,6W”的小灯泡并联在副线圈的两端．当两灯泡都正常工作时,原线圈电路中电压表和电流表(可视为理想的)的示数分别是()．图15A．120V,10AB．240V,0.025AC．120V,0.05AD．240V,0.05A\n答案D\n\n答案D\n结合电学实验考查传感器的性质．根据力学传感器、热敏电阻、光敏电阻等性质,设计相应的实验,验证其性质．【热点剖析】\n【例】某同学设计的家庭电路保护装置如图16所示,铁芯左侧线圈L1由火线和零线并行绕成．当右侧线圈L2中产生电流时,电流经放大器放大后,使电磁铁吸起铁质开关K,从而切断家庭电路．仅考虑L1在铁芯中产生的磁场,下列说法正确的有()．图16\nA．家庭电路正常工作时,L2中的磁通量为零B．家庭电路中使用的电器增多时,L2中的磁通量不变C．家庭电路发生短路时,开关K将被电磁铁吸起D．地面上的人接触火线发生触电时,开关K将被电磁铁吸起解析电路正常或短路时,火线和零线中通过的电流大小相等、方向相反,故L1中火线与零线中电流产生的磁场相抵消,铁芯中的磁通量为零,L2中无感应电流产生,电磁铁中也就无电流,开关K不会被吸起．由上述分析可知,A、B项正确,C项错误．当地面上的人接触火线发生触电时,火线与零线中的电流大小不再相等,则L2中产生感应电流,电磁铁也就能把开关K吸起,即D正确．答案ABD