专题五电磁感应与电路的分析（学生卷）.doc

专题5电磁感应与电路的分析知识网络要点归纳一、电路分析与计算1部分电路总电阻的变化规律(1)无论是串联电路还是并联电路，其总电阻都会随其中任一电阻的增大(减小)而增大(减小)(2)分压电路的电阻如图51所示，在由R1和R2组成的分压电路中，当R1串联部分的阻值RAP增大时，总电阻RAB增大；当RAP减小时，总电阻RAB减小图51(3)双臂环路的阻值如图52 所示，在由R1、R2和R组成的双臂环路中，当AR1P 支路的阻值和AR2P支路的阻值相等时，RAB最大；当P滑到某端，使两支路的阻值相差最大时，RAB最小图522复杂电路的简化对复杂电路进行简化，画出其等效电路图是正确识别电路、分析电路的重要手段常用的方法主要有以下两种(1)分流法(电流追踪法)：根据假设的电流方向，分析电路的分支、汇合情况，从而确定元件是串联还是并联(2)等势法：从电源的正极出发，凡是用一根无电阻的导线把两点(或几点)连接在一起的，这两点(或几点)的电势就相等，在画等效电路图时可以将这些点画成一点(或画在一起)等电势的另一种情况是，电路中的某一段电路虽然有电阻(且非无限大)，但无电流通过，则与该段电路相连接的各点的电势也相等若电路中有且只有一处接地线，则它只影响电路中各点的电势值，不影响电路的结构；若电路中有两处或两处以上接地线，则它除了影响电路中各点的电势外，还会改变电路的结构，各接地点可认为是接在同一点上另外，在一般情况下，接电流表处可视为短路，接电压表、电容器处可视为断路3欧姆定律(1)部分电路欧姆定律：公式I注意：电路的电阻R并不由U、I决定(2)闭合电路欧姆定律：公式I或EUIr，其中UIR为路端电压路端电压U和外电阻R、干路电流I之间的关系：R增大，U增大，当R时(断路)，I0，UE；R减小，U减小，当R0时(短路)，IImax，U0(3)在闭合电路中，任一电阻Ri的阻值增大(电路中其余电阻不变)，必将引起通过该电阻的电流Ii的减小以及该电阻两端的电压Ui的增大，反之亦然；任一电阻Ri的阻值增大，必将引起与之并联的支路中电流I并的增大，与之串联的各电阻两端电压U串的减小，反之亦然4几类常见的功率问题(1)与电源有关的功率和电源的效率电源的功率P：电源将其他形式的能转化为电能的功率，也称为电源的总功率计算式为PEI(普遍适用)或PI2(Rr)(只适用于外电路为纯电阻的电路)电源内阻消耗的功率P内：电源内阻的热功率，也称为电源的损耗功率计算式为P内I2r电源的输出功率P出：是指外电路上消耗的功率计算式为P出U外I(普遍适用)或P出I2R(只适用于外电路为纯电阻的电路)电源的输出功率曲线如图53所示当R0时，输出功率P0；当R时，输出功率P0；当Rr时， Pmax；当Rr 时，R增大，输出功率增大；当Rr时，R增大，输出功率反而减小图53对于E、r一定的电源，外电阻R一定时，输出功率只有唯一的值；输出功率P一定时，一般情况下外电阻有两个值R1、R2与之对应，即R1r、R2r，可以推导出R1、R2的关系为r功率分配关系：PP出P内，即EIUII2r闭合电路中的功率分配关系反映了闭合电路中能量的转化和守恒关系，即电源提供的电能一部分消耗在内阻上，另一部分输出给外电路，并在外电路上转化为其他形式的能能量守恒的表达式为EItUItI2rt(普遍适用)或EItI2RtI2rt(只适用于外电路为纯电阻的电路)电源的效率：×100%×100%对纯电阻电路有：×100%×100%×100%因此当R增大时，效率提高(2)用电器的额定功率和实际功率用电器在额定电压下消耗的电功率叫额定功率，即P额U额I额用电器在实际电压下消耗的电功率叫实际功率，即P实U实I实实际功率不一定等于额定功率(3)用电器的功率与电流的发热功率用电器的电功率PUI，电流的发热功率P热I2R对于纯电阻电路，两者相等；对于非纯电阻电路，电功率大于热功率(4)输电线路上的损耗功率和输电功率输电功率P输U输I，损耗功率P线I2R线UI5交变电流的四值、变压器的工作原理及远距离输电(1)交变电流的四值交变电流的四值即最大值、有效值、平均值和瞬时值交变电流在一个周期内能达到的最大数值称为最大值或峰值，在研究电容器是否被击穿时，要用到最大值；有效值是根据电流的热效应来定义的，在计算电路中的能量转换如电热、电功、电功率或确定交流电压表、交流电流表的读数和保险丝的熔断电流时，要用有效值；在计算电荷量时，要用平均值；交变电流在某一时刻的数值称为瞬时值，不同时刻，瞬时值的大小和方向一般不同，计算电路中与某一时刻有关的问题时要用交变电流的瞬时值(2)变压器电路的分析与计算正确理解理想变压器原、副线圈的等效电路，尤其是副线圈的电路，它是解决变压器电路的关键正确理解电压变比、电流变比公式，尤其是电流变比公式电流变比对于多个副线圈不能使用，这时求电流关系只能根据能量守恒来求，即P输入P输出正确理解变压器中的因果关系：理想变压器的输入电压决定了输出电压；输出功率决定了输入功率，即只有有功率输出，才会有功率输入；输出电流决定了输入电流理想变压器只能改变交流的电流和电压，却无法改变其功率和频率解决远距离输电问题时，要注意所用公式中各量的物理意义，画好输电线路的示意图，找出相应的物理量二、电磁感应的规律1感应电流的产生条件及方向的判断(1)产生感应电流的条件(两种说法)闭合回路中的一部分导体做切割磁感线运动穿过闭合回路的磁通量发生变化(2)感应电流方向的判断右手定则：当导体做切割磁感线运动时，用右手定则判断导体中电流的方向比较方便注意右手定则与左手定则的区别，抓住“因果关系”：“因动而电”，用右手定则；“因电而动”，用左手定则还可以用“左因右果”或“左力右电”来记忆，即电流是原因、受力运动是结果的用左手定则；反之，运动是原因、产生电流是结果的用右手定则楞次定律(两种表述方式)表述一：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化表述二：感应电流的作用效果总是要反抗引起感应电流的原因楞次定律是判断感应电流方向的一般规律当磁通量的变化引起感应电流时，可用“楞次定律表述一”来判断其方向应用楞次定律的关键是正确区分涉及的两个磁场：一是引起感应电流的磁场；二是感应电流产生的磁场理解两个磁场的阻碍关系“阻碍”的是原磁场磁通量的变化从能量转化的角度看，发生电磁感应现象的过程就是其他形式的能转化为电能的过程，而这一过程总要伴随外力克服安培力做功“阻碍”的含义可推广为三种表达方式：阻碍原磁通量的变化(增反减同)；阻碍导体的相对运动(来拒去留)；阻碍原电流的变化(自感现象)2正确理解法拉第电磁感应定律(1)法拉第电磁感应定律电路中感应电动势的大小跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比，即En此公式计算的是t时间内的平均感应电动势当导体做切割磁感线运动时，其感应电动势的计算式为：EBLvsin ，式中的为B与v正方向的夹角若v是瞬时速度，则算出的是瞬时感应电动势；若v为平均速度，则算出的是平均感应电动势(2)磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的区别磁通量磁通量的变化量磁通量的变化率物理意义某时刻穿过某个面的磁感线的条数某段时间内穿过某个面的磁通量变化穿过某个面的磁通量变化的快慢大小BSn，其中Sn是与B垂直的面的面积21B·SS·BB或S注意若穿过某个面有方向相反的磁场，则不能直接用BS求解，应考虑相反方向的磁通量抵消后所剩余的磁通量开始时和转过180°时平面都与磁场垂直，穿过平面的磁通量是一正一负，2BS，而不是零既不表示磁通量的大小，也不表示变化的多少实际上，它就是单匝线圈上产生的电动势，即E附注对在匀强磁场中绕处于线圈平面内且垂直于磁场方向的轴匀速转动的线圈：线圈平面与磁感线平行时，0，但最大线圈平面与磁感线垂直时，最大，但0大或大，都不能保证就大；反过来，大时，和也不一定大这类似于运动学中的v、v及三者之间的关系(3)另外两种常见的感应电动势长为L的导体棒沿垂直于磁场的方向放在磁感应强度为B的匀强磁场中，且以匀速转动，导体棒产生的感应电动势为：当以中点为转轴时，E0(以中点平分的两段导体产生的感应电动势的代数和为零)；当以端点为转轴时，EBL2(平均速度取中点位置的线速度，即L)；当以任意点为转轴时，EB(L12L22)(不同的两段导体产生的感应电动势的代数和)面积为S的矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度绕线圈平面内的垂直于磁场方向的轴匀速转动，矩形线圈产生的感应电动势为：线圈平面与磁感线平行时，EBS；线圈平面与磁感线垂直时，E0；线圈平面与磁感线的夹角为时，EBScos (3)理解法拉第电磁感应定律的本质法拉第电磁感应定律是能的转化和守恒定律在电磁学中的一个具体应用，它遵循能量守恒定律闭合电路中电能的产生必须以消耗一定量的其他形式的能量为代价，譬如：线圈在磁场中转动产生电磁感应现象，实质上是机械能转化为电能的过程；变压器是利用电磁感应现象实现了电能的转移运用能量的观点来解题是解决物理问题的重要方法，也是解决电磁感应问题的有效途径三、电磁感应与电路的综合应用电磁感应中由于导体切割磁感线产生了感应电动势，因此导体相当于电源整个回路便形成了闭合电路，由电学知识可求出各部分的电学量，而导体因有电流而受到安培力的作用，从而可以与运动学、牛顿运动定律、动量定理、能量守恒等知识相联系电磁感应与电路的综合应用是高考中非常重要的考点热点、重点、难点一、电路问题1电路的动态分析这类问题是根据欧姆定律及串联和并联电路的性质，分析电路中因某一电阻变化而引起的整个电路中各部分电学量的变化情况，它涉及欧姆定律、串联和并联电路的特点等重要的电学知识，还可考查学生是否掌握科学分析问题的方法动态电路局部的变化可以引起整体的变化，而整体的变化决定了局部的变化，因此它是高考的重点与热点之一常用的解决方法如下(1)程序法：基本思路是“部分整体部分”先从电路中阻值变化的部分入手，由串联和并联规律判断出R总的变化情况；再由欧姆定律判断I总和U端的变化情况；最后再由部分电路欧姆定律判定各部分电学量的变化情况即：R局R总I总U端(2)直观法：直接应用部分电路中R、I、U的关系中的两个结论任一电阻R的阻值增大，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，即：R任一电阻R的阻值增大，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阻两端的电压U串的减小，即：R(3)极端法：对于因滑动变阻器的滑片移动引起电路变化的问题，可将变阻器的滑片分别滑至两边顶端讨论(4)特殊值法：对于某些双臂环路问题，可以代入特殊值去判定，从而找出结论例1在如图54所示的电路中，当变阻器R3的滑片P向b端移动时()图54A电压表的示数增大，电流表的示数减小B电压表的示数减小，电流表的示数增大C电压表和电流表的示数都增大D电压表和电流表的示数都减小2电路中几种功率与电源效率问题(1)电源的总功率：P总EI(2)电源的输出功率：P出UI(3)电源内部的发热功率：P内I2r(4)电源的效率：(5)电源的最大功率：Pmax，此时0，严重短路(6)当Rr时，输出功率最大，P出max，此时50%例2如图55所示，E8 V，r2 ，R18 ，R2为变阻器接入电路中的有效阻值，问：图55(1)要使变阻器获得的电功率最大，则R2的取值应是多大？这时R2的功率是多大？(2)要使R1得到的电功率最大，则R2的取值应是多大？R1的最大功率是多大？这时电源的效率是多大？(3)调节R2的阻值，能否使电源以最大的功率输出？为什么？3含容电路的分析与计算方法在直流电路中，当电容器充放电时，电路里有充放电电流，一旦电路达到稳定状态，电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的储能元件对于直流电，电容器相当于断路，简化电路时可去掉它，简化后求电容器所带的电荷量时，可将其接在相应的位置上；而对于交变电流，电容器相当于通路在分析和计算含有电容器的直流电路时，需注意以下几点：(1)电路稳定后，由于电容器所在支路无电流通过，所以此支路中的电阻上无电压降，因此电容器两极间的电压就等于该支路两端的电压；(2)当电容器和电阻并联后接入电路时，电容器两端的电压和与其并联的电阻两端的电压相等；(3)电路的电流、电压变化时，将会引起电容器的充放电例3 在如图56所示的电路中，电容器C14.0 F，C23.0 F，电阻R18.0 ，R26.0 闭合开关S1，给电容器C1、C2充电，电路达到稳定后，再闭合开关S2，电容器C1的极板上所带电荷量的减少量与电容器C2的极板上所带电荷量的减少量之比是1615开关S2闭合时，电流表的示数为1.0 A求电源的电动势和内阻图564交变电流与交变电路问题纵观近几年的高考试题，本部分内容出现在选择题部分的概率较高，集中考查含变压器电路、交变电流的产生及变化规律、最大值与有效值如2009年高考四川理综卷第17题、山东理综卷第17题、福建理综卷第16题等例4一气体放电管两电极间的电压超过500 V时就会因放电而发光若在它发光的情况下逐渐降低电压，则要降到 500 V 时才会熄灭放电管的两电极不分正负现有一正弦交流电源，其输出电压的峰值为1000 V，频率为50 Hz若用它给上述放电管供电，则在一小时内放电管实际发光的时间为()A10 minB25 minC30 minD35 min同类拓展1如图57甲所示，理想变压器原、副线圈的匝数比为101，R120 ，R230 ，C为电容器已知通过R1的正弦交变电流如图57乙所示，则2009年高考·四川理综卷()甲乙图57A交变电流的频率为0.02 HzB原线圈输入电压的最大值为200 VC电阻R2的电功率约为6.67 WD通过R3的电流始终为零例5某种发电机的内部结构平面图如图58甲所示，永磁体的内侧为圆柱面形，磁极之间上下各有圆心角30°的扇形无磁场区域，其他区域两极与圆柱形铁芯之间的窄缝间形成B0.5 T的磁场在窄缝里有一个如图58乙所示的U形导线框abcd已知线框ab和cd边的长度均为L10.3 m，bc边的长度L20.4 m，线框以 rad/s的角速度顺时针匀速转动图58甲图58乙(1)从bc边转到图甲所示的H侧磁场边缘时开始计时，求t2×103 s 时刻线框中感应电动势的大小；画出a、d两点的电势差Uad随时间t变化的关系图象(感应电动势的结果保留两位有效数字，Uad的正值表示UaUd)(2)求感应电动势的有效值二、电磁感应规律的综合应用电磁感应规律的综合应用问题不仅涉及法拉第电磁感应定律，还涉及力学、热学、静电场、直流电路、磁场等许多知识电磁感应的综合题有两种基本类型：一是电磁感应与电路、电场的综合；二是发生电磁感应的导体的受力和运动以及功能问题的综合也有这两种基本类型的复合题，题中电磁现象与力现象相互联系、相互影响、相互制约，其基本形式如下：注意：(1)求解一段时间内流过电路某一截面的电荷量要用电流的平均值；(2)求解一段时间内的热量要用电流的有效值；(3)求解瞬时功率要用瞬时值，求解平均功率要用有效值1电磁感应中的电路问题在电磁感应中，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因此，电磁感应问题往往与电路问题联系在一起解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法如下：(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向；(2)画等效电路图，注意区别内外电路，区别路端电压、电动势；(3)运用闭合电路欧姆定律，串、并联电路性质以及电功率等公式联立求解2感应电路中电动势、电压、电功率的计算例6如图59甲所示，水平放置的U形金属框架中接有电源，电源的电动势为E，内阻为r现在框架上放置一质量为m、电阻为R的金属杆，它可以在框架上无摩擦地滑动，框架两边相距L，匀强磁场的磁感应强度为B，方向竖直向上ab杆受到水平向右的恒力F后由静止开始向右滑动，求：图59甲(1)ab杆由静止启动时的加速度(2)ab杆可以达到的最大速度vm(3)当ab杆达到最大速度vm时，电路中每秒放出的热量Q3电磁感应中的图象问题电磁感应中的图象大致可分为以下两类(1)由给定的电磁感应过程确定相关物理量的函数图象一类常见的情形是在某导体受恒力作用做切割磁感线运动而产生的电磁感应中，该导体由于安培力的作用往往做加速度越来越小的变加速运动，图象趋向于一渐近线(2)由给定的图象分析电磁感应过程，确定相关的物理量无论何种类型问题，都需要综合运用法拉第电磁感应定律、楞次定律、右手定则、安培定则等规律来分析相关物理量之间的函数关系，确定其大小和方向及在坐标系中的范围，同时应注意斜率的物理意义例7青藏铁路上安装的一种电磁装置可以向控制中心传输信号，以确定火车的位置和运动状态，其原理是将能产生匀强磁场的磁铁安装在火车首节车厢下面，如图58甲所示(俯视图)当它经过安放在两铁轨间的线圈时，线圈便产生一个电信号传输给控制中心线圈边长分别为l1和l2，匝数为n，线圈和传输线的电阻忽略不计若火车通过线圈时，控制中心接收到线圈两端的电压信号u与时间t的关系如图510乙所示(ab、cd为直线)，t1、t2、t3、t4是运动过程的四个时刻，则下列说法正确的是()图510A火车在t1t2时间内做匀加速直线运动B火车在t3t4时间内做匀减速直线运动C火车在t1t2时间内的加速度大小为D火车在t3t4时间内的平均速度的大小为例6如图511甲所示，两个垂直于纸面的匀强磁场方向相反，磁感应强度的大小均为B，磁场区域的宽度均为a一正三角形(高为a)导线框ACD从图示位置沿图示方向匀速穿过两磁场区域以逆时针方向为电流的正方向，则图511乙中能正确表示感应电流i与线框移动的距离x之间的关系的图象是()图511甲图511乙同类拓展2如图512甲所示，光滑的平行金属导轨水平放置，电阻不计，导轨间距为l，左侧接一阻值为R的电阻区域cdef内存在垂直轨道平面向下的有界匀强磁场，磁场宽度为s一质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上，与导轨垂直且接触良好，受到F0.5v0.4(N)(v为金属棒速度)的水平外力作用，从磁场的左边界由静止开始运动，测得电阻两端电压随时间均匀增大(已知：l1 m，m1 kg，R0.3 ，r0.2 ，s1 m)图512甲(1)分析并说明该金属棒在磁场中做何种运动(2)求磁感应强度B的大小(3)若撤去外力后棒的速度v随位移x的变化规律满足vv0x，且棒在运动到ef处时恰好静止，则外力F作用的时间为多少？(4)若在棒未出磁场区域时撤去外力，画出棒在整个运动过程中速度随位移变化所对应的各种可能的图线4电磁感应中的动力学、功能问题电磁感应中，通有感应电流的导体在磁场中将受到安培力的作用，因此电磁感应问题往往和力学、运动学等问题联系在一起电磁感应中的动力学问题的解题思路如下：例7如图513所示，光滑斜面的倾角为，在斜面上放置一矩形线框abcd，ab边的边长为l1，bc边的长为l2，线框的质量为m、电阻为R，线框通过细线与重物相连， 重物的质量为M，斜面上ef线(ef平行底边)的右方有垂直斜面向上的匀强磁场(磁场宽度大于l2)，磁感应强度为B如果线框从静止开始运动，且进入磁场的最初一段时间是做匀速运动，则()图513A线框abcd进入磁场前运动的加速度为 B线框在进入磁场过程中的运动速度vC线框做匀速运动的时间为D该过程产生的焦耳热Q(Mgmgsin )l1例8如图514所示，虚线右侧为一有界的匀强磁场区域，现有一匝数为n、总电阻为R的边长分别为L和2L的闭合矩形线框abcd，其线框平面与磁场垂直，cd边刚好在磁场外(与虚线几乎重合)在t0时刻磁场开始均匀减小，磁感应强度B随时间t的变化关系为BB0kt图514(1)试求处于静止状态的线框在t0时刻其ad边受到的安培力的大小和方向(2)假设在t1时刻，线框在如图所示的位置且具有向左的速度v，此时回路中产生的感应电动势为多大？(3)在第(2)问的情况下，回路中的电功率是多大？例9磁流体动力发电机的原理图如图515所示一个水平放置的上下、前后均封闭的横截面为矩形的塑料管的宽度为l，高度为h，管内充满电阻率为的某种导电流体(如电解质)矩形塑料管的两端接有涡轮机，由涡轮机提供动力使流体通过管道时具有恒定的水平向右的流速v0管道的前后两个侧面上各有长为d的相互平行且正对的铜板M和N实际流体的运动非常复杂，为简化起见作如下假设：在垂直于流动方向的横截面上各处流体的速度相同；流体不可压缩图515(1)若在两个铜板M、N之间的区域内加有方向竖直向上、磁感应强度为B的匀强磁场，则当流体以稳定的速度v0流过时，两铜板M、N之间将产生电势差求此电势差的大小，并判断M、N两板中哪个板的电势较高(2)用电阻不计的导线将铜板M、N外侧相连接，由于此时磁场对流体有阻力的作用，使流体的稳定速度变为v(vv0)，求磁场对流体的作用力(3)为使流体的流速增大到原来的值v0，则涡轮机提供动力的功率必须增大假设流体在流动过程中所受到的来自磁场以外的阻力与它的流速成正比，试导出涡轮机新增大的功率的表达式经典考题1某实物投影机有10个相同的强光灯L1L10(24 V200 W)和10个相同的指示灯X1X10(220 V2 W)，将其连接在220 V交流电源上，电路图如图所示若工作一段时间后L2灯丝烧断，则2009年高考·重庆理综卷()AX1的功率减小，L1的功率增大BX1的功率增大，L1的功率增大CX2的功率增大，其他指示灯的功率减小DX2的功率减小，其他指示灯的功率增大2一台小型发电机产生的电动势随时间变化的正弦规律图象如图甲所示已知发电机线圈内阻为5.0 ，现外接一只电阻为95.0 的灯泡，如图乙所示，则2009年高考·福建理综卷()A电压表的示数为220 VB电路中的电流方向每秒钟改变50次C灯泡实际消耗的功率为484 WD发电机线圈内阻每秒钟产生的焦耳热为24.2 J3如图所示，理想变压器的原、副线圈匝数比为15，原线圈两端的交变电压为u20sin 100t V氖泡在两端电压达到100 V时开始发光，下列说法中正确的有2009年高考·江苏物理卷()A开关接通后，氖泡的发光频率为100 HzB开关接通后，电压表的示数为100 VC开关断开后，电压表的示数变大D开关断开后，变压器的输出功率不变4如图甲所示，一个电阻为R、面积为S的矩形导线框abcd，水平放置在匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，方向与ad边垂直并与线框平面成45°角，O、O分别是ab边和cd边的中点现将线框右半边ObcO绕OO逆时针旋转90°到图乙所示位置在这一过程中，导线中通过的电荷量是2009年高考·安徽理综卷()甲乙ABCD05如图甲所示，一个电阻值为R、匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路，线圈的半径为r1 在线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示，图线与横纵轴的截距分别为t0和B0导线的电阻不计求0t1时间内(1)通过电阻R1上的电流大小和方向(2)通过电阻R1上的电荷量q及电阻R1上产生的热量甲乙6如图甲所示，水平放置的两根平行金属导轨，间距L0.3 m，导轨左端连接R0.6 的电阻，区域abcd内存在垂直于导轨平面B0.6 T的匀强磁场，磁场区域宽D0.2 m细金属棒A1和A2用长为2D0.4 m的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直，每根金属棒在导轨间的电阻均为r0.3 ，导轨电阻不计，使金属棒以恒定速度v1.0 m/s沿导轨向右穿越磁场，计算从金属棒A1进入磁场(t0)到A2离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻R的电流强度，并在图乙中画出2008年高考·广东物理卷甲乙7单位时间内流过管道横截面的液体体积叫做液体的体积流量(以下简称流量)由一种利用电磁原理测量非磁性导电液体(如自来水、啤酒等)流量的装置，称为电磁流量计它主要由将流量转换为电压信号的传感器和显示仪表两部分组成传感器的结构如图所示，圆筒形测量管内壁绝缘，其上装有一对电极a和c，a、c间的距离等于测量管内径D，测量管的轴线与a、c的连线方向以及通电线圈产生的磁场方向三者相互垂直当导电液体流过测量管时，在电极a、c间出现感应电动势E，并通过与电极连接的仪表显示出液体流量Q设磁场均匀恒定，磁感应强度为B(1)已知D0.40 m，B2.5×103 T，Q0.12 m3/s，设液体在测量管内各处流速相同，试求E的大小(取3.0)(2)一新建供水站安装了电磁流量计，在向外供水时流量本应显示为正值但实际显示却为负值经检查，原因是误将测量管接反了，即液体由测量管出水口流入，从入水口流出因水已加压充满管道，不便再将测量管拆下重装，请你提出使显示仪表的流量指示变为正值的简便方法(3)显示仪表相当于传感器的负载电阻，其阻值记为Ra、c间导电液体的电阻r随液体电阻率的变化而变化，从而会影响显示仪表的示数试以E、R、r为参量，给出电极a、c间输出电压U的表达式，并说明怎样可以降低液体电阻率变化对显示仪表示数的影响能力演练一、选择题(10×4分)1如图所示，L1、L2、L3为三个完全相同的灯泡，L为直流电阻可忽略的自感线圈，电源的内阻不计，开关S原来接通当把开关S断开时，下列说法正确的是()AL1闪一下后熄灭BL2闪一下后恢复到原来的亮度CL3变暗一下后恢复到原来的亮度DL3闪一下后恢复到原来的亮度2在如图甲所示的电路中，灯泡A和灯泡B原来都正常发光现在突然发现灯泡A比原来变暗了些，灯泡B比原来变亮了些，则电路中出现的故障可能是()甲AR3断路BR1短路CR2断路DR1、R2同时短路3如图所示，M是一小型理想变压器，接线柱a、b接在电压u311sin 314t(V)的正弦交变电源上变压器右侧部分为一火警报警系统原理图，其中R2为用半导体热敏材料制成的传感器，电流表为值班室的显示器，显示通过R1的电流，电压表显示加在报警器上的电压(报警器未画出)，R3为一定值电阻当传感器R2所在处出现火警时(R2阻值变小)，以下说法中正确的是()A的示数不变，的示数增大B的示数增大，的示数减小C的示数增大，的示数增大D的示数不变，的示数不变4在如图甲所示的电路中，电源电动势E恒定，内阻r1 ，定值电阻R35 当开关S断开与闭合时，ab段电路消耗的电功率相等，则以下说法中正确的是()甲A电阻R1、R2可能分别为4 、5 B电阻R1、R2可能分别为3 、6 C开关S断开时电压表的示数一定大于S闭合时的示数D开关S断开与闭合时，电压表的示数变化量大小与电流表的示数变化量大小之比一定等于6 5如图所示，长为L1 m、电阻r0.3 、质量m0.1 kg的金属棒CD垂直跨搁在位于水平面上的两条平行光滑金属导轨上，两导轨间距也是L棒与导轨间接触良好，导轨电阻不计，导轨左端接有R0.5 的电阻，垂直导轨平面有竖直向下穿过平面的匀强磁场，磁感应强度B的大小为0.4 T现给金属棒CD一个瞬时向右的初速度，初速度大小为2 m/s，过一段时间后，金属棒CD最终停下来则从开始运动到停止运动的过程中，通过电阻R的电荷量为()A0.5 CB0.3 CC0.25 CD0.2 C6某理想变压器原线圈输入的电功率为P，原、副线圈的匝数比为k，在其副线圈上接一内阻为r的电动机现在，电动机正以速度v匀速向上提升一质量为m的重物，已知重力加速度为g，则变压器原线圈两端的电压为()APkBCPkD7如图所示，两块水平放置的金属板组成一平行板电容器距离为d，用导线、开关S将其与一个n匝的线圈连接，线圈置于方向竖直向上的均匀变化的磁场中两板间放一台小压力传感器，压力传感器上表面绝缘，在其上表面静止放置一个质量为m、电荷量为q的小球已知S断开时传感器上有示数，S闭合时传感器上的示数变为原来的一半则线圈中磁场的磁感应强度的变化情况和磁通量变化率分别是()A正在增加，B正在增加，C正在减弱，D正在减弱，8一个用半导体材料制成的电阻器D，其电流I随它两端电压U变化的伏安特性曲线如图甲所示现将它与两个标准电阻R1、R2组成如图乙所示的电路，当开关S接通位置1时，三个用电器消耗的电功率均为P将开关S切换到位置2后，电阻器D和电阻R1、R2消耗的电功率分别为PD、P1、P2，下列判断正确的是()AP1PBP1P2CPDP1P23PDPDP1P23P9如图所示，均匀金属圆环的总电阻为2R，磁感应强度为B的匀强磁场垂直地穿过圆环金属杆OM的长为l，电阻为，M端与环紧密接触，金属杆OM绕过圆心的转轴O以恒定的角速度转动电阻R的一端用导线和环上的A点连接，另一端和金属杆的转轴O处的端点相连接下列结论错误的是()A通过电阻R的电流的最大值为B通过电阻R的电流的最小值为COM中产生的感应电动势恒为D通过电阻R的电流恒为10如图所示，光滑的“”形金属导体框竖直放置，质量为m的金属棒MN与框架接触良好，磁感应强度分别为B1、B2的有界匀强磁场方向相反，但均垂直于框架平面，分别处在abcd和cdef区域现从图示位置由静止释放金属棒MN，金属棒进入磁场区域abcd后恰好做匀速运动下列说法正确的有()A若B2B1，则金属棒进入cdef区域后将加速下滑B若B2B1，则金属棒进入cdef区域后仍将保持匀速下滑C若B2B1，则金属棒进入cdef区域后可能先加速后匀速下滑D若B2B1，则金属棒进入cdef区域后可能先减速后匀速下滑二、非选择题(共60分)11(4分)现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、灵敏电流表及开关按如图所示的方式连接在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，灵敏电流表的指针向右偏转由此可以推断：将线圈A中的铁芯向上拔出_或_开关，都能使灵敏电流表的指针_偏转12(11分)(1)一多用电表的欧姆挡有三个倍率，分别是“×1”、“×10”、“×100”用“×10”挡测量某电阻时，操作步骤正确，而表头指针偏转角度很小，为了较准确地进行测量，应换用“_”挡如果换挡后立即用表笔连接测电阻进行读数，那么缺少的步骤是_若补上该步骤后测量，表盘的示数如图甲所示，则该电阻的阻值是_若将该表选择旋钮置于25 mA挡，表盘的示数仍如图甲所示，则被测电流为_mA(2)要精确测量一个阻值约为5 的电阻Rx，实验提供下列器材：电流表(量程为100 mA，内阻r1约为4 )电流表(量程为500 A，内阻r2750 )电池E(电动势E1.5 V，内阻很小)变阻器R0(阻值约为10 )开关S，导线若干请设计一个测定电阻Rx的电路图，画在下面的虚线中根据你设计的电路图，将图乙中的实物连成实验电路根据某次所测量值写出电阻Rx的表达式Rx_13(8分)超导磁悬浮列车是利用超导体的抗磁作用使列车车体向上浮起，同时通过周期性地变换磁极方向而获得推进动力的新型交通工具其推进原理可以简化为如图所示的模型：在水平面上相距L的两根平行直导轨间，有竖直方向等距离分布着匀强磁场B1和B2，且B1B2B，每个磁场的宽都是l，方向相反的相间排列，所有这些磁场都以速度v向右匀速运动这时跨在两导轨间的长为L、宽为l的金属框abcd(悬浮在导轨上方)在磁场力的作用下也将会向右运动已知金属框的总电阻为R，运动中所受到的阻力恒为f求金属框的最大速度14(12分)如图所示，光滑平行的水平金属导轨MN、PQ相距d，在M点和P点间接一个阻值为R的电阻，在两导轨间OO1、O1O矩形区域内有垂直导轨平面竖直向下，宽为l的匀强磁场，磁感应强度为B一质量为m、电阻为r的导体棒ab垂直放在导轨上，与磁场左边界相距l0现用一水平向右的恒力F拉ab棒，使它由静止开始运动，棒ab在离开磁场前已经做匀速直线运动(棒ab与导轨始终保持良好的接触，导轨电阻不计)求：(1)棒ab在离开磁场右边界时的速度(2)棒ab通过磁场区的过程中整个回路所消耗的电能(3)试分析讨论ab棒在磁场中(匀速成直线运动)之前可能的运动情况15(12分)如图所示，在水平面内有两条光滑轨道MN、PQ，其上放有两根静止的导体棒ab、cd，质量分别为m1、m2设有一质量为M的永久磁铁从轨道和导体棒组成的平面的正上方高为h的地方由静止落下，当磁铁的重心下落到轨道和导体棒组成的平面内时，磁铁的速度为v，导体棒ab的动能为Ek，此过程中两根导体棒之间、导体棒与磁铁之间都没有发生碰撞求：(1)磁铁在下落过程中受到的平均阻力(2)磁铁在下落过程中在导体棒中产生的总