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第2课时感应电路和直流电路知识方法聚焦知识回扣1．交变电流的产生及表示(1)在匀强磁场里，绕垂直于磁场方向的轴匀速转动的闭合线圈里产生的是电流．(2)若n匝面积为S的线圈以角速度ω绕垂直于磁场方向的轴匀速转动，从中性面开始计时，其函数形式为：e＝，用Em＝nBSω表示电动势最大值，则有e＝.其电流大小为i＝eR＝EmRsinωt＝Imsinωt.正弦交变nBSωsinωtEmsinωt2．正弦式交流电的有效值与最大值的关系为E＝Em2，U＝Um2，I＝Im2；非正弦交流电无此关系，必须根据电流的，用等效的思想来求解．3．变压器的工作原理是根据原理来改变交流电压的．4．电阻定律导体的电阻与导体的长度成比，与横截面积成比；数学表达式为R＝ρlS，ρ表示电阻率．电阻率是反映的物理量，其特点是随着温度的改变而改变，金属电阻率随温度升高而；半导体电阻率随温度升高而减小．热效应电磁感应正反导体导电性能增大5．电功和电功率(1)电流做功的实质是静电力移动电荷做功，简称．(2)从功和能的关系来认识，电流做功的过程是电能转化为能的过程，转化的能量在数值上等于．(3)电流所做的功跟完成这些功所用时间的比值叫做电功率．6．两种电路电功和电功率比较(1)纯电阻电路，电功W＝UIt，电功率P＝UI，且电功全部转化为，有W＝Q＝UIt＝U2Rt＝I2Rt，P＝UI＝U2R＝I2R.(2)非纯电阻电路，电功W＝UIt，电功率P＝UI，电热Q＝I2Rt，电热功率P热＝I2R，电功率热功率，即WQ，故求电功、电功率只能用W＝UIt、P＝UI，求电热、电热功率只能用Q＝、P热＝.电功其他形式电功电热大于I2RtI2R7．电源的功率和效率(1)电源的几个功率①电源的总功率：P总＝②电源内部消耗的功率：P内＝I2r③电源的输出功率：P出＝＝P总－P内(2)电源的效率η＝P出P总×100%＝UE×100%EIUI8．U—I图象(1)对电源有：U＝E－Ir，如图1中a线．(2)对定值电阻有：U＝IR，如图1中b线．(3)图中a线常用来分析电源和的测量实验．(4)图中矩形OABD、OCPD和ABPC的“面积”分别表示电源的总功率、功率和内电阻消耗的功率．图1输出电动势内电阻规律方法1．直流电路动态分析的思路(1)分析直流电路的动态变化情况基本思路是:①“局部→整体→局部”．②先分析电路结构未变化的，再分析变化的．(2)电路中若有电表，则需根据情况首先确定是否为理想电表．一般情况下，若无特殊说明，都按电表处理．(3)若电路中有电容器，则需要注意其两端电压变化时引起的电容器的充放电．(4)若电路中有灯泡时，则灯泡的亮度是由其功率的大小来决定的．实际消耗理想2．电磁感应中电路问题的处理方法(1)用定律和定律确定感应电动势的大小和方向．(2)画出电路，对整个回路进行分析，确定哪一部分是电源，哪一部分为负载以及负载间的连接关系．(3)运用闭合电路欧姆定律，串联、并联电路的特点，电功率公式联立求解．这一部分知识要求熟练运用楞次定律、电磁感应定律、焦耳定律以及能量转化与守恒定律．注意①在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路相当于电源．②在电源内部，电流由负极流向正极，电源两端电压为路端电压．等效法拉第电磁感应楞次热点题型例析题型1自感现象的分析例1如图2所示的电路中，三个灯泡L1、L2、L3的电阻关系为R1R2R3，电感L的电阻可忽略，D为理想二极管．电键K从闭合状态突然断开时，下列判断不正确的是()图2A．L1逐渐变暗B．L1先变亮，然后逐渐变暗C．L3先变亮，然后逐渐变暗D．L2立即熄灭解析当K突然断开时，电感L由于自感，电流继续沿原方向流动，但二极管反向不导通，所以L2不亮，又因为原来L中电流比L3的电流大，所以L3将更亮，之后再逐渐变暗．答案B针对训练1如图3所示的电路中，电源电动势为E(内阻不可忽略)，线圈L的电阻不计．以下判断正确的是()图3A．闭合S稳定后，电容器两端电压为EB．闭合S稳定后，电容器的a极板带正电C．断开S的瞬间，通过R1的电流方向向右D．断开S的瞬间，通过R2的电流方向向右解析闭合S稳定后，L把R1短路，Uab＝UR2，a板与电源负极相连，带负电，A、B错；断开S瞬间，L中产生自感电动势，且方向与原电流方向一致，R2中电流向左，R1中电流向右，C对，D错．此题要注意电容器“通交流，隔直流”．答案C题型2含传感器电路问题的分析例2“陶瓷气敏传感器”可以用于分析气体中酒精蒸汽的含量，常用于检查酒后驾驶的人员．如果司机饮酒，血液中的酒精成分会扩散到呼出的气体中，呼出的气体喷在传感器上，传感器的电阻将随酒精蒸汽浓度发生相应的变化，从而可以检测血液中的酒精含量．某种陶瓷气敏传感器的电导(即电阻的倒数)与气体中酒精蒸汽浓度C的关系如图4甲所示，现用其组成如图乙所示的检测电路(电池内阻为r，电流表内阻不计)．以下说法正确的是()A．此陶瓷气敏传感器的电阻与气体中酒精蒸汽的浓度成正比B．气体中酒精蒸汽的浓度越大，则电流表指针偏转的角度越大C．气体中酒精的蒸汽浓度越大，则电池的路端电压越小，电阻R0两端的电压也越小D．电池用的时间长了，电动势减小，内阻变大，则会导致测得的酒精浓度偏低图4解析由图象甲可知，电阻的倒数与蒸汽浓度成正比，A错；酒精浓度越大，电阻越大，电流越大，R0两端电压也越大，B对，C错；当电池电动势减小，内阻变大时，回路中电流减小，而把电源内阻变化误当成传感器电阻变大时，测得C偏低．B、D正确．答案BD以题说法1.通过题意分析并建立传感器的某一特性物理量与电学物理量(电压、电流、电阻等)之间的关系，是解决此类问题的关键．2．当传感器与电路问题结合在一起时，实质为一变化的电阻，应用闭合电路的欧姆定律来解决．针对训练2如图5所示的电路中，R1、R2、R3是固定电阻，R4是光敏电阻，其阻值随光照的强度增强而减小．当开关S闭合且没有光照射时，电容器C不带电．当用强光照射R4且电路稳定时，则与无光照射时比较()图5A．电容器C的上极板带正电B．电容器C的下极板带正电C．通过R4的电流变小，电源的路端电压增大D．通过R4的电流变大，电源提供的总功率变小解析无光照射时，C不带电，说明R1＝R2＝R3＝R4.当有光照射时，R4阻值减小，则R4分压减小，C上板电势低于下板电势，下板带正电．由于R4减小，回路中总电流变大，通过R1、R2电流变小，通过R4的变大，P电源＝EI应变大．B正确．答案B题型3含电容器电路问题的分析例3如图6所示，一个平行板电容器放在图中虚线框所示矩形区域的匀强磁场中，磁场方向垂直于纸面且与板面平行，金属板a与电源的正极相连．一个不计重力的带正电粒子以初动能E从左向右水平进入平行板中，并沿直线穿过两板区域．则下列说法正确的是()图6A．保持开关S闭合，a板稍向上平移，粒子将沿曲线运动，从极板右边穿出时的动能减少B．保持开关S闭合，a板稍向上平移，粒子仍沿直线运动，从极板右边穿出时的动能不变C．断开开关S，a板稍向下平移，粒子仍沿直线运动，从极板右边穿出时的动能不变D．断开开关S，a板稍向下平移，粒子将沿曲线运动，从极板右边穿出时的动能增加审题突破1.带电粒子沿直线穿过两板区域，说明了什么问题？2.开关S闭合与断开，板间电压有何不同？解析由带电粒子沿直线通过该区域，可知电场力等于洛伦兹力，电场力方向向下．当开关S闭合时，U不变，E＝Ud，a板上移，d增大，E减小，电场力小于洛伦兹力，粒子向上做曲线运动，电场力做负功，A对，B错；断开S，Q不变，E不变，C正确，D错．答案AC以题说法1.电容器板间可以看作匀强电场，带电粒子在里面做匀变速直线运动．2．电容器是联系电路与电场的“桥梁”，要分析电场就要通过电路分析板间电压．3．此类问题的分析要抓住两个关键：一是开关闭合、板间电压U不变；二是开关断开，极板电量Q不变，板间场强不变．针对训练3电源和一个水平放置的平行板电容器、二个变阻器R1、R2和定值电阻R3组成如图7所示的电路．当把变阻器R1、R2调到某个值时，闭合开关S，电容器中的一个带电液滴正好处于静止状态．当再进行下列相关操作时(只改变一个条件)，以下判断正确的是()图7A．液滴带正电，将R1的阻值增大时，液滴将向下做匀加速直线运动B．液滴带负电，将R2的阻值增大时，液滴仍保持静止状态C．断开开关S，电容器上的电荷量将增大，液滴将向上做匀加速直线运动D．把电容器的上极板向上平移少许，电容器的电荷量将减少，液滴将向下做匀加速直线运动解析由电路结构可知电容器上板带正电，液滴所受的电场力方向向上，液滴带负电，R1阻值变化，不影响板间电压，液滴仍静止．R2与电容器并联，R2增大时，板间电压增大，液滴向上加速运动，A、B错；断开开关S，板间电压增大，液滴所受的电容器充电，电场力变大，向上匀加速运动，C正确；电容器的上极板上移，由Q＝CU＝εSU4πkd知，Q减小，E减小，液滴向下匀加速运动，D正确．答案CD题型4交流电路有关问题的分析例4如图8所示，无内阻的交流电源E的电动势瞬时表达式为e＝502sin(100πt)V，理想变压器原、副线圈匝数比为5∶1，交流电流表A的示数为0.2A．则()图8A．交流电压表的示数为102VB．图中灯L1、L2及变阻器R的总功率为10WC．当滑片P向上滑动时，电流表A的示数不变D．当滑片P向下滑动时，灯L1的亮度增大解析设原、副线圈电动势最大值为Em1、Em2，则Em1Em2＝51，Em2＝102V，电压表示数U2＝10V，A错；副线圈消耗的总功率等于原线圈的输入功率，即P2＝P1＝U1I1＝50×0.2W＝10W，B正确；当P上移时，R变大，副线圈电流变小，原线圈电流变小，C错；当P下移时，副线圈电流I2变大，I2＝IL1，L1灯变亮，D正确．答案BD以题说法1.含变压器的交流电路，实际上由两个含非纯电阻元件的回路构成；当研究副线圈构成的回路时，可把副线圈等效为电源来处理．2．交流电的有效值通常用在以下四个方面：①通常提到的电压值、电流值；②电器设备的标定值；③各种电表的示数；④在求电热、电功、电功率和热功率时的电压值、电流值．针对训练4(2011·福建·15)图9甲中理想变压器原、副线圈的匝数之比n1∶n2＝5∶1，电阻R＝20Ω，L1、L2为规格相同的两只小灯泡，S1为单刀双掷开关．原线圈接正弦交变电源，输入电压u随时间t的变化关系如图乙所示．现将S1接1、S2闭合，此时L2正常发光．下列说法正确的是()图9A．输入电压u的表达式u＝202sin(50πt)VB．只断开S2后，L1、L2均正常发光C．只断开S2后，原线圈的输入功率增大D．若S1换接到2后，R消耗的电功率为0.8W解析由题图可知，Um＝202V,T＝0.02s,则ω＝2πT＝100πrad/s，输入电压u＝202sin(100πt)V，故A错；由变压器的变压规律知：U1U2＝n1n2，故U2＝U1n2n1＝20×15V＝4V，由题中将S1接1、S2闭合时，灯泡L2正常发光可得，灯泡L2的额定电压为4V，当只断开S2后，副线圈两端电压不变，此时副线圈的负载为L1、L2串联，故L1、L2均不能正常发光，B错；此时P出＝U22R总，副线圈负载R总增大，故P出减小，又P入＝P出，故原线圈的输入功率减小，C错误；当S1换接到2后，副线圈的负载仅是电阻R，故电阻消耗的功率P＝U22R＝4220W＝0.8W，D正确．答案D例5如图10所示，50匝矩形闭合导线框ABCD处于磁感应强度大小B＝210T的水平匀强磁场中,线框面积S＝0.5m2,线框电阻不计．线框绕垂直于磁场的轴OO′以角速度ω＝200rad/s匀速转动，并与理想变压器原线圈相连，副线圈接入一只“220V，60W”灯泡，且灯泡正常发光，熔断器允许通过的最大电流为10A，下列说法正确的是()图10A．线框产生的交流电频率为100HzB．线框中产生交变电压的有效值为5002VC．变压器原、副线圈匝数之比为25∶11D．允许变压器输出的最大功率为5000W