第四板块 层级Ⅱ 微专题Ⅱ-2电路与电磁感应中的STSE问题(Word教师用书)-【创新方案】2023高考物理二轮复习专题辅导与测试（老教材）

微专题Ⅱ-2　电路与电磁感应中的STSE问题 创新应用(一)　与生产、生活实际相结合 电路与电磁感应知识与生产、生活实际联系相对密切，高考命题中与此相关的试题也较多，有选择题，也有计算题，试题难度也大小不一。 [典例]　 (2022·兰州质检)如图甲所示，是一种手压式环保节能手电筒的结构示意图。使用时，迅速按压手柄，灯泡(可视为纯电阻)就能发光，这种不需要干电池的手电筒的工作原理是利用电磁感应现象。其转动装置和齿轮传动装置的简化原理图如图乙、丙所示。假设图乙中的转动装置由金属内圈和金属外圈构成，内、外圈之间接有一根沿半径方向的金属条ab，灯泡通过电刷分别跟内外线圈相连接(图乙中未画出)。整个转动装置固定在转动轴上，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直线圈平面(纸面)向里。图丙中的齿轮传动装置中A齿轮固定在转动装置的转动轴上，B、C齿轮同心固定，C轮边缘与手柄相啮合，A、B齿轮边缘相啮合，手柄重力忽略不计(　 ) A．向下压手柄时，齿轮C逆时针转动 B．转动装置中的A齿轮逆时针转动时，电流由a流向b C．手柄向下和向上运动时流过ab杆的电流方向相同 D．流过灯泡的电流大小与手柄向下压的速度大小成正比 [审题建模] 本题以手压式环保节能手电筒利用电磁感应现象发电为背景，通过把实物图简化为示意图为重要的解题信息。 (1)通过转动装置发电，其模型为金属条在磁场中转动产生感应电动势。 (2)构建电路结构，金属条为电源，电源与灯泡串联。　　 [解析]　由题图丙可知，向下压手柄时，齿轮C顺时针转动，A错误；转动装置中的A齿轮逆时针转动时，金属条ab逆时针转动切割磁感线，回路闭合，由右手定则知电流由b流向a，B错误；手柄向下和向上运动时，A齿轮转动方向相反，流过ab杆的电流方向相反，C错误；流过灯泡的电流I＝＝＝，可知与A齿轮的角速度成正比；A齿轮与B齿轮边缘点线速度大小相等，B齿轮与C齿轮边缘角速度相等，C齿轮边缘线速度大小等于手柄上下运动的速度大小，由于各齿轮半径不变，所以A齿轮的角速度ωA＝＝＝＝＝＝，与手柄上下运动的速度大小成正比，则流过灯泡的电流大小与手柄向下压的速度成正比，D正确。 [答案]　D [应用体验] 1．(2022·四川乐山模拟)某同学设想的减小电梯坠落时造成伤害的一种应急安全装置如图所示，在电梯轿厢底部安装永久强磁铁，磁铁N极朝上，电梯井道内壁上铺设若干金属线圈，线圈在电梯轿厢坠落时能自动闭合，从而减小对箱内人员的伤害。当轿厢坠落到图示位置时，关于该装置，以下说法正确的是(　 ) A．从下往上看，金属线圈A中的感应电流沿逆时针方向 B．从下往上看，金属线圈B中的感应电流沿顺时针方向 C．金属线圈B对轿厢下落有阻碍作用，A没有阻碍作用 D．金属线圈B有收缩的趋势，A有扩张的趋势 解析：选D　当电梯坠落至如题图位置时，闭合金属线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从下往上看是顺时针方向，B中向上的磁场增强，感应电流的方向从下往上看是逆时针方向，故A、B错误；结合A的分析可知，当电梯坠落至如题图位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落，故C错误；闭合线圈A中向上的磁场减弱，B中向上的磁场增强，根据楞次定律可知，线圈B有收缩的趋势，A有扩张的趋势，故D正确。 2．(2022·甘肃天水联考)(多选)在农村，背负式喷雾器是防治病虫害不可缺少的重要农具，其主要由压缩空气装置、橡胶连接管、喷管和喷嘴等组成。给作物喷洒农药的情境如图甲所示，摆动喷管，可将药液均匀喷洒在作物上。一款喷雾器的喷管和喷嘴均由金属制成，喷管摆动过程可简化为图乙所示，设ab为喷管，b端有喷嘴，总长为L。某次摆动时，喷管恰好绕ba延长线上的O点以角速度ω在纸面内沿逆时针方向匀速摆动，且始终处于垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中，若Oa距离为，则喷管在本次摆动过程中 (　 ) A．a端电势高 B．b端电势高 C．a、b两端的电势差为BL2ω D．a、b两端的电势差为BL2ω 解析：选AD　喷管绕ba延长线上的O点以角速度ω在纸面内沿逆时针方向匀速摆动，根据右手定则可知a端的电势高，故A正确，B错误；根据法拉第电磁感应定律可得，E＝BL，所以ab两端的电势差为Uab＝BL＝BL2ω，故C错误，D正确。 3．如图为某人设计的电吹风电路的示意图，a、b、c、d为四个固定触点，可动的扇形金属触片P可同时接触两个相邻触点。触片P处于不同位置时，电吹风可以处于停机、吹热风、吹自然风三种状态。n1和n2分别是理想变压器原线圈和副线圈的匝数。该电吹风正常工作时各项参数如表所示。不考虑小风扇的机械摩擦损耗及温度对电阻的影响。 吹热风时电吹风输入功率P1 500 W 吹自然风时电吹风输入功率P2 60 W 小风扇额定电压U 60 V 小风扇输出机械功