3.2 电路与电磁感应 修补能力的欠缺(Word教师用书)-【新高考方案】2025年高考物理二轮复习专题增分方略(江苏、北京专版)

补强点(一)　不会运用等效法解决电路中的功率问题 一、纯电阻电路中电源的最大输出功率 1.电源的输出功率:P出=UI=I2R=R==。 2.电源的输出功率与外电路电阻的关系:P出与外电阻R的函数关 系可用如图所示的图像表示,由图像可以看出: (1)当R=r时,电源的输出功率最大,为Pm=。 (2)当R>r时,随着R的增大输出功率越来越小。 (3)当R<r时,随着R的增大输出功率越来越大。 (4)当P出<Pm时,每个输出功率对应两个可能的外电阻R1和R2,且R1R2=r2。 二、理想变压器等效电阻法 1.等效电阻的建立:如图甲所示,我们可以将变压器与负载看成一个整体,等效为一个新的电阻R',即为a、b间的等效电阻。 2.等效阻值的大小:等效电路图如图乙所示,设变压器等效负载电阻为R',在图甲中由变压器的电压规律=,解得U2=U1,所以负载电阻R消耗的功率为P==,在图乙中等效电阻消耗的功率为P'=,又P=P',解得a、b间的等效电阻为R'=R。 [提能训练] 1.如图甲所示的电路,其中电源电动势E=6 V、内阻r=2 Ω,定值电阻R=4 Ω,已知滑动变阻器消耗的功率P与其接入电路的阻值RP的关系如图乙所示。则下列说法中正确的是 (　　) A.图乙中滑动变阻器的最大功率P2=2 W B.图乙中R1=6 Ω,R2=12 Ω C.滑动变阻器消耗功率P最大时,定值电阻R消耗的功率也最大 D.调整滑动变阻器的阻值,可以使电源的输出电流达到2 A 解析:选B　由闭合电路欧姆定律的推论可知,当电路外电阻等于内阻R内时,输出功率最大,最大值为Pm=,把定值电阻看成电源内阻的一部分,由题图乙可知,当RP=R1=R+r=6 Ω时,滑动变阻器消耗的功率最大,最大功率为P2==1.5 W,A错误;滑动变阻器的阻值为3 Ω时与阻值为R2时消耗的功率相等,有×3 Ω=R2,解得R2=12 Ω,B正确;当回路中电流最大时,即RP=0时,定值电阻R消耗的功率最大,C错误;当滑动变阻器的阻值为0时,电路中电流最大,最大值为Im== A=1 A,则调整滑动变阻器的阻值,不可能使电源的输出电流达到2 A,D错误。 2.(2024·湖南高考)根据国家能源局统计,截止到2023年9月,我国风电装机4亿千瓦,连续13年居世界第一位,湖南在国内风电设备制造领域居于领先地位。某实验小组模拟风力发电厂输电网络供电的装置如图所示。已知发电机转子以角速度ω匀速转动,升、降压变压器均为理想变压器,输电线路上的总电阻可简化为一个定值电阻R0。当用户端接一个定值电阻R时,R0上消耗的功率为P。不计其余电阻,下列说法正确的是 (　　) A.风速增加,若转子角速度增加一倍,则R0上消耗的功率为4P B.输电线路距离增加,若R0阻值增加一倍,则R0消耗的功率为4P C.若升压变压器的副线圈匝数增加一倍,则R0上消耗的功率为8P D.若在用户端再并联一个完全相同的电阻R,则R0上消耗的功率为6P 解析:选A　如图为等效电路图,设降压变压器的原、副线圈匝数比为k∶1,则输电线上的电流I2=,转子在磁场中转动时产生的电动势为e=NBSωsin ωt。当转子角速度增加一倍时,升压变压器原、副线圈两端电压都增加一倍,输电线上的电流变为I2'=2I2,故R0上消耗的电功率P1=I2'2R0=4R0=4P,故A正确;升压变压器副线圈匝数增加一倍,副线圈两端电压增加一倍,输电线上的电流增加一倍,故R0上消耗的电功率P2=P1=4P,故C错误;若R0阻值增加一倍,输电线路上的电流I2″=,R0上消耗的电功率P3=I2″2·2R0≠4P,故B错误;若在用户端并联一个完全相同的电阻R,用户端电阻减为原来的一半,输电线上的电流为I2‴==,R0上消耗的电功率P4=I2‴2R0≠6P,故D错误。 补强点(二)　不能准确判断感应电流的有无和方向 1.判断感应电流有无的方法 2.感应电流方向的判断 (1)右手定则:适用于导体切割磁感线产生感应电流方向的判断。 (2)楞次定律:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 3.楞次定律中“阻碍”的主要表现形式 (1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”; (2)阻碍物体间的相对运动——“来拒去留”; (3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”; (4)阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”。 [提能训练] 1.(2024·北京高考)如图所示,线圈M和线圈P绕在同一个铁芯上,下列说法正确的是 (　　) A.闭合开关瞬间,线圈M和线圈P相互吸引 B.闭合开关,达到稳定后,电流表的示数为0 C.断开开关瞬间,流过电流表的电流方向由a到b D.断开开关瞬间,线圈P中感应电流的磁场方向向左 解析:选B　闭合开关瞬间,通过线圈P的磁通量突然增大,由楞次定律可知,线圈P中感应电流的磁场与线圈M中电流的磁场方向相反,二者相互排斥,故A错误;闭合开关,达到稳定后,通过线圈P的磁通量保持不变,则感应电流为0,电流表的示数为0,故B正确;断开开关瞬间,通过线圈P的磁场方向向右,磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向向右,由安培定则可知,流过电流表的感应电流方向由b到a,故C、D错误。 2.(2024·江苏南京模拟)如图为汽车防抱死制动系统(ABS)中的轮速传感器,铁质齿轮P与车轮同步转动,右侧有一个绕着线圈的磁铁Q。当每个轮齿在接近和离开Q时,线圈中会出现感应电流。下列说法正确的是 (　　) A.车轮正常运转时线圈中没有感应电流 B.车轮抱死时线圈中也有感应电流 C.当每个轮齿在接近磁铁Q时,线圈中磁通量不变 D.当每个轮齿在离开磁铁Q时,线圈中磁通量发生了变化 解析:选D　车轮运转时,铁质齿轮P与车轮同步转动,当每个轮齿在接近和离开磁铁Q时,线圈中的磁通量会发生改变,线圈中总会产生感应电流,故A、C错误,D正确;车轮抱死时,铁质齿轮P不转动,线圈中的磁通量不会发生改变,线圈中没有感应电流,故B错误。 3.(2023·江苏高考)如图所示,圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,OC导体棒的O端位于圆心,棒的中点A位于磁场区域的边缘。现使导体棒绕O点在纸面内逆时针转动,O、A、C点电势分别为φO、φA、φC,则 (　　) A.φO > φC B.φC > φA C.φO=φA D.φO-φA=φA-φC 解析:选A　由题图可看出导体棒OA段转动切割磁感线,根据右手定则可知感应电动势的方向由A指向O,所以φO > φA,导体棒AC段不在磁场中,不切割磁感线,不产生感应电动势,则φC=φA,A正确,B、C错误;根据以上分析可知φO-φA > 0,φA-φC=0,则φO-φA > φA-φC,D错误。 4.(2024·高邮高三模拟)正方体abcd⁃a1b1c1d1的上表面水平,沿中心线O1O2放置一根通有恒定电流I的长直导线。现使一闭合金属小圆环沿不同方向以相同速率做匀速直线运动,运动过程中圆环平面始终水平。下列说法正确的是 (　　) A.a1点与c点的磁感应强度相同 B.小圆环的圆心从ad边的中点竖直向上运动时,小圆环中无感应电流 C.小圆环的圆心从b1移到c1过程中,穿过小圆环的磁通量先增加后减少 D.小圆环的圆心从a移到d与从a移到c,小圆环的平均感应电动势相等 解析:选B　由安培定则可知,a1点与c点的磁感应强度大小相等,但方向不同,故A错误;小圆环的圆心在ad边的中点时,其磁通量为零,在其竖直向上运动过程中,穿过小圆环的磁通量始终为零,所以小圆环中无感应电流,故B正确;小圆环的圆心在b1位置时,其磁通量不为零,在到达导线正下方时,其磁通量为零,在c1点时其磁通量也不为零,所以整个过程穿过小圆环的磁通量先减少后增加,故C错误;由于小圆环运动的速度大小不变,而从a移动到d与从a移动到c的过程其位移大小不同,所以两次运动所用时间不同,由安培定则可知,小圆环在c点和在d点的磁通量相同,所以小圆环在两次移动过程中,磁通量的变化量相同,根据=可知,小圆环两次移动过程的平均感应电动势不相等,故D错误。 补强点(三)　混淆交变电流的“四值” 1.交变电流“四值”的理解与应用 物理含义 重要关系 适用情况 交变电流某一时刻的值 e=Emsin ωt i=Imsin ωt 计算线圈某一时刻的受力情况 峰 值 交变电流最大的瞬时值 Em=nBSω Im= 确定用电器的耐压值、电容器的击穿电压 有效值 跟交变电流的热效应等效的恒定电流值 E= U= I= (正弦式 交变电流) (1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量) (2)交流电表的测量值 (3)用电器设备标注的额定电压、额定电流 (4)保险丝的熔断电流 平均值 i⁃t图像中图线与时间轴所围面积与时间的比值 =n = 计算通过电路某截面的电荷量 2.有效值的计算 (1)正弦式交变电流:E=,I=,U=。 (2)非正弦式交变电流:计算有效值时,要根据电流的热效应,即“一个周期”内“相同电阻”上产生“相同热量”,然后分段求和列式,求得有效值。 [提能训练] 1.(2024·江苏昆山模拟)如图所示是一个小型交流发电机的原理示意图,两磁极N、S之间的磁场可视为水平方向的匀强磁场,线圈绕垂直于磁场的水平轴OO'匀速转动。当线圈平面转到与水平面成30°角时,线圈产生的电动势为10 V,则该发电机产生的电动势有效值为 (　　) A.5 V B. V C.5 V D.10 V 解析:选B　取题图示位置为计时起点,有e=Emcos ωt,将e=10 V、ωt=30°代入得Em= V,所以E有== V,故选B。 2.(2024·湖北高考)在如图所示电路中接入正弦交流电,灯泡L1的电阻是灯泡L2的2倍。假设两个二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大。闭合开关S,灯泡L1、L2的电功率之比P1∶P2为 (　　) A.2∶1 B.1∶1 C.1∶2 D.1∶4 解析:选C　两个二极管正向电阻为0,反向电阻无穷大,二极管导通则与它并联的灯泡短路,此时另一个灯泡与电源串联,根据题示电路图可知在一个完整的周期内,两个灯泡有电流通过的时间相等,都为半个周期,则电压有效值相等,根据P=,可知灯泡L1、L2的电功率之比P1∶P2=RL2∶RL1=1∶2,故选C。 3.(2024·南京高三质检)如图所示,纸面内有一“凹”字形单匝闭合金属线框,置于垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中,线框的总电阻为R,边长如图所示。线框绕ab轴做角速度为ω的匀速圆周运动。则从图示位置 (　　) A.转动90°时,回路中电流方向发生改变 B.转动180°的过程中通过线框截面的电荷量为零 C.转动90°时,回路中感应电动势大小为3BL2ω D.转动过程中电流的有效值为 解析:选C　通过中性面(即磁场与线框面积垂直位置)时电流方向才会发生改变,故A错误;转动180°的过程中通过线框截面的电荷量为q=Δt=Δt===,故B错误;转动90°时回路中感应电动势大小为Em=3BL2ω,故C正确;转动过程中电流的有效值为I==,故D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$