电磁感应与电路的综合问题分析.doc
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4、:1电流强度的定义式:I=q/t,电流的微观表达式为注意:(1)如果是正、负离子同时定向移动形成电流,q应是两种电荷量的绝对值之和;(2)I有大小,有方向,但是标量。 2部分电路欧姆定律.(1)公式I=U/R 注意:当R一定时,IU;I一定时,UR;U一定时,I1/R;但R与I、U无关.(2)适用范围:适用于金属、液体导电,不适用于气体导电。(3)伏安特性曲线: IU图线、UI图线是过原点的直线。注意:在IU图线中,R = cot = 1/k,k是斜率,斜率越大,R越小;在UI图线中,R = tan = k,斜率越大,R越大。3电阻定律(1)数学表达式:R=L/S注意:对某一导体,L变化时S也
5、变化,LS=V恒定(2)电阻率:=RS/L注意:电阻率与物体的长度L、横截面积S无关,和物体的材料、温度有关。有些材料的电阻率随温度的升高而增大,有此材料的电阻率随温度的升高而减小,也有些材料的电阻率几乎不受温度的影响.4电功、电功率、电热(1)电功: W=qU=IUt,如果是纯电阻电路还可写成:W=U2t/R=I2Rt;(2)电热:Q=I2Rt,如果是纯电阻电路还可写成:Q=IUt=U2t/R(3)电功率:P=W/t=IU,如果是纯电阻电路还可写成:P=I2R=U2/R.(4)额定功率:即是用电器正常工作时的功率,当用电器两端电压达到额定电压Um时,用电器达到额定功率Pm, Pm=ImUm,
6、如果是纯电阻电器还可写成:Pm=U2m/R=I2mR.5串、并电路的特点和性质(1)串联电路两个基本特点:U=U1=U2=U3=,I=I1+I2+I3三个重要性质:R=R1+R2+R3+ U/R=U1/R1=U2/R2; P/R=P1/R1=P2/R2=Pn/Rn=I2.(2)并联电路两个基本特点:U=U1=U2=U3=I=I1+I2+I3三个重要性质:1/R=1/R1+1/R2+1/R3+,IR=I1R1=I2R2=I3R3=InRn=UP/R=P1/R1=P2/R2=P3/R3=Pn/Rn=U2.熟记:n个相同电阻R并联,总电阻R总R/n;两个电阻R1、R2并联,总电阻R总R1R2/(R1
7、+R2);某一支路电阻变大(其它支路电阻不变),总电阻必变大,反之变小;并联支路增多,总电阻变小,反之增大; 并联电路总电阻小于任一支路电阻。6.闭合电路欧姆定律(1)三种表达式:I=E/(R+R);E=U外+U内;U端EIR(2)路端电压U和外电阻R外关系讨论:R外增大,I变小,U端变大;R外减小时,I变大,U外变小当R外(断路)时,I0,U端E(最大);当R外0(短路)时,U端0(最小) ,IE/R(最大).(电源被短路,是不允许的).(4)几种功率:电源总功率P总E.I (消耗功率); 输出功率P输出U端I (外电路功率);电源损耗功率P内损I2R(内电路功率).(二)典型题型分析:1、
8、动态直流电路的分析题型特点:由于电路中某些元件如滑动变阻器的滑片移动或开关的断开、闭合,导致电路电阻的变化,会引起电流、电压、电功率等相关物理量的变化。分析基本方法:(1)分析电路的结构,(2)电路的阻值变化,(3)由闭合电路欧姆定律判断总电流、路端电压变化,(4)再根据电路特点和电路中电压、电流分配原则判断各部分电流、电压的变化情况.注意:分析这类题时,要紧紧抓住由局部整体局部的思想,先由局部的电阻变化,分析整体的电阻、电流、电压的变化,然后再回到局部讨论相差物理量的变化。图1例1在图1所示电路中,电源电动势为,内阻为,和是两相同的灯泡,当滑动变阻器触片由中点向端移动时,财( )A表示数变大
9、,表示数变小B表示数变小,表示数变小C变亮,变暗D变暗,变亮【解析】:当滑动片从变阻器的中点向端移动时,电路总电阻变小,干路中电流变大,表示数变大。路端电压,变小,表示数变小, A正确。因路端电压U变小,灯所在支路的电阻又增大,通过灯的电流减小,灯亮度变暗;又因干路中电流增大,减小,通过的电流增大,灯亮度变亮, C正确。故选项AC 正确.VSRR1R2R321ES1图2同型题:1(06天津卷)如图所示的电路中,电池的电动势为E,内阻为R,电路中的电阻R1、R2和R3的阻值都相同.在电键S处处于闭合状态下,若将电键S1由位置1切换到位置2,则( B )A电压表的示数变大 B电池内部消耗的功率变大
10、C电阻R2两端的电压变大 D电池的效率变大2、稳态直流电阻电路的分析与计算题型特点:在电路中,是由电阻元件或纯电阻元件构成的回路,要求计算某电阻的电压,电功或电功率等。分析的基本方法:正确认识和判断电路的结构,应用闭合电路的欧姆定律求回路中的电流,在应用相关的公式求解.会应用数学知识分析物理问题.例2(06重庆卷)三只灯泡L1、L2和L3的额定电压分别为1.5 V、1.5 V和2.5 V,它们的额定电流都为0.3 A.若将它们连接成如图3和如图4所示电路,且灯泡都正常发光,(1) 试求图3电路的总电流和电阻R2消耗的电功率;(2) 分别计算两电路电源提供的电功率,并说明哪个电路更节能.图3L1
11、L2L3SR1R2R=0.5E=3.0V图4L2L3L1E/=6.0VR/=0.5R3S【解析】: (1)由题意,在图3电路中:电路的总电流:I总IL1+ IL2+ IL3=0.9 A=E- I总R=2.55 VUR2= U路程- UL3=0.05 VIR2= I总=0.9A电阻R2消耗功率PR2= IR2 UR2=0.045 W(2)图3电源提供的电功率:P总= I总E=0.93 W=2.7W图4电源提供的电功率:P总= I总 E0.36W1.8 W由于灯泡都正常发光,两电路有用功率相等,而P总 P总所以图4电路比题电路节能3、非纯电阻电路的分析与计算题型特点:在直流电路中含有电动机、电解槽
12、等装置,这些装置的共同特点是可以将电能转化为机械能、化学能等其他形式的能量.图5 求解的基本方法:分清电能的转化途径.例3、图5中电源电动势E=12V,内电阻r0.5.将一盏额定电压为8 V,额定功率为16W的灯泡与一只线圈电阻为0.5的直流电动机并联后和电源相连,灯泡刚好能正常发光,则电源的总功率为 W,电动机输出的机械功率为 W。【解析】:灯泡正常发光,两端电压为,干路中电流为,电源的总功率为,灯泡的电流为,电动机上的电流为,其发热功率为,电动机输出的机械功率为电动机S图6同型题:2、某一用直流电动机提升重物的装置,如图6所示,重物的质量m=50kg,电源电动势E=110V,不计电源电阻及
13、各处摩擦,当电动机以V=0.90m/S的恒定速度向上提升重物时,电路中的电流强度I=5A,由此可知,电动机线圈的电阻R是多少?(g=10m/S2).答案:R=4。4、含容电路的分析与计算题型特点:在直流电路中含有一个或多个电容器. 会涉及直流电路中电容器和带电粒子在电场中的运动问题。求解的基本方法:(1)在分析电路的特点时,把电容器支路看成断路.即去掉该支路.(2)凡是与电容器串联的电阻均用导线代替.因为电阻与电容器的阻值比较忽略不计.图7(3)电容器两端的电势差与并联的电阻两端的电压相等. (4)对带电粒子在复合场中的运动,关键是分析清楚带电粒子的运动情况和受力情况,还要善于挖掘题目中隐含条
14、件,由功能关系求解.例4(06四川)如图7所示的电路中,两平行金属板A、B水平放置,两板间的距离d=40 cm.电源电动势E=24V,内电阻R=1 ,电阻R=15 .闭合开关S,待电路稳定后,将一带正电的小球从B板小孔以初速度v0=4 m/s竖直向上射入板间.若小球带电量为q=110-2 C,质量为m=210-2 kg,不考虑空气阻力.那么,滑动变阻器接入电路的阻值为多大时,小球恰能到达A板?此时,电源的输出功率是多大?(取g=10 m/s2)【解析】(1)小球进入板间后,受重力和电场力作用,且到A板时速度为零.设两板间电压为UAB由动能定理得: mgdqUAB=0 滑动变阻器两端电压 : U
15、=UAB=8V 设通过滑动变阻器电流为I,由欧姆定律得:I= 滑动变阻器接入电路的电阻: (2)电源的输出功率 : PI2(R R)=23 W 同型题:3在如图所示的电路中,电键K1、K2、K3、K4均闭合,C是极板水平放置的平行板电容器,板间悬浮着一油滴,断开哪一个电键后户会向下运动(C)AK1 BK2CK3 DK45、实际生活中的电路问题分析题型特点:以人们日常生活中所用到的电路知识为背景,或以现实生活中使用的家用电器立意命题设置物理问题.求解的基本方法:把生活中的问题转化为常见的物理模型,应用相关的电路知识求解.。将涉及电功、电功率、欧姆定律等知识,属容易题.例5(06广东大综)保护自然
16、环境,开发绿色能源,实现旅游与环境的协调发展.某植物园的建筑屋顶有太阳能发电系统,用来满足园内用电需要.已知该发电系统的输出功率为1.0105W,输出电压为220V.求:按平均每天太阳照射6小时计,该发电系统一年(365天计)能输出多少电能?该太阳能发电系统除了向10台1000W的动力系统正常供电外,还可以同时供园内多少盏功率为100W,额定电压为220V的照明灯正常工作?由于发电系统故障,输出电压降为110V,此时每盏功率为100W、额定电压为220V的照明灯消耗的功率等是其正常工作时的多少倍?【解析】:(2)P1.0105Wt3656hEPtkWh或E7.884011J900盏 设P1和U
17、1分别为照明灯正常工作的功率和电压,P2和U2分别为供电系统发生故障后照明灯的实际功率和电压 P1电功率(kW)时间(分)0510152025303540455055600.511.52图8P2 同型题:4(06上海理综)夏天空调器正常工作时,制冷状态与送风状态交替运行.一空调器在不同工作状态下电功率随时间变化的关系见图8,此空调器运行1小时用电( B ) A 1.0度 B1.5度 C2.0度 D2.5度二、 感应电路(一)重点知识回放:1、产生感应电动势、感应电流的条件:(1)闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线运动时,导体内就可以产生感应电动势和感应电流;图9(2)穿过线圈的磁通量发生
18、变化时,线圈里就产生感应电动势或感应电流。注意:对于闭合电路的一部分导体在磁场里做切割磁感线运动时不一定产生感应电流。如:如图9所示,闭合线圈abcd部分导体在匀强磁场中做切割磁感线运动,但整个线圈中却没有感应电流产生.原因是:整个线圈中的磁通量并没有发生变化.2、感应电流、感应电动势方向的判断:(1)当部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,产生感应电动势和感应电流用右手定则判定.(2)当闭合电路中的磁通量发生变化时,引起感应电流时,用楞次定律判断.3、法拉第电磁感应定律:在电磁感应现象中,产生的感应电动势大小,跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比.=/t注意:公式=/t计算的是t内的平均电动势
19、.当回路中有部分导体在做切割磁感线运动时,在导体两端产生的感应电动势的计算公式=BLVsin (BL)式中为导体运动方向与磁感线方向的夹角.(应用时一定要注意B与V之间的夹角).注意:v是平均速度则求得平均感应电动势;若V是瞬时速度,则求得瞬时感应电动势.(二)典型题型分析:1、电磁感应现象分析题型特点:由于闭合回路中某段导体做切割磁感线运动或穿过某闭合回路的磁通量发生变化,在该回路中就要产生感应电流.可以判断感应电流的方向、大小等问题.分析基本方法:(1)当部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,产生感应电动势和感应电流用右手定则判定:判定原则:a、感应电流方向的判定:四指所指的方向为感应电流的
20、方向; b、对于感应电动势的方向判断,无论电路是否闭合,都可以用右手定 则进行判断:四指指向电动势的正极.(2)当闭合电路中的磁通量发生变化时,引起感应电流时,用楞次定律判断。 例6(07宁夏理综20)电阻、电容C与一线圈连成闭合回路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N极朝下,如图所示现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端的过程中。流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是 ( )A从到,上极板带正电B从到,下极板带正电C从到,上极板带正电D从到,下极板带正电【解析】:在N极接近线圈上端的过程中,通过线圈的磁感线方向向下,磁通量增大,由楞次定律可判定流过线圈的电流方向向下,即线圈下端相当于电源正极
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