2025年高二物理下學期能力提升卷十（承前啟后）一、知識點梳理（一）電磁感應楞次定律：感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。應用楞次定律判斷感應電流方向的步驟：（1）明確原磁場的方向；（2）分析穿過閉合回路的磁通量的變化情況（增加或減少）；（3）根據(jù)楞次定律確定感應電流的磁場方向；（4）利用安培定則判斷感應電流的方向。法拉第電磁感應定律：電路中感應電動勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。表達式為(E=n\frac{\Delta\Phi}{\Deltat})，其中(n)為線圈匝數(shù)，(\frac{\Delta\Phi}{\Deltat})為磁通量的變化率。當導體棒在勻強磁場中做切割磁感線運動時，若導體棒垂直切割磁感線，感應電動勢(E=BLv)，其中(B)為磁感應強度，(L)為導體棒在磁場中的有效長度，(v)為導體棒相對磁場的運動速度。若導體棒不垂直切割磁感線，(v)應取垂直于磁感線方向的分量。自感現(xiàn)象：由于導體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象。自感電動勢的大小(E=L\frac{\DeltaI}{\Deltat})，其中(L)為自感系數(shù)，簡稱自感或電感，單位是亨利（H）。自感系數(shù)由導體本身的特性決定，與線圈的匝數(shù)、形狀、大小以及是否有鐵芯等因素有關。自感現(xiàn)象在實際中有廣泛的應用，如日光燈的鎮(zhèn)流器、電焊機等，但在某些情況下也會帶來危害，如斷開大電感電路時產(chǎn)生的高電壓可能會損壞設備或造成人身傷害。（二）交變電流交變電流的產(chǎn)生：矩形線圈在勻強磁場中繞垂直于磁感線的軸勻速轉(zhuǎn)動時，線圈中會產(chǎn)生交變電流。若從中性面位置開始計時，感應電動勢的瞬時值表達式為(e=E_m\sin\omegat)，其中(E_m=NBS\omega)，(N)為線圈匝數(shù)，(B)為磁感應強度，(S)為線圈面積，(\omega)為線圈轉(zhuǎn)動的角速度。描述交變電流的物理量：（1）最大值（峰值）：交變電流在一個周期內(nèi)所能達到的最大數(shù)值，如電動勢的最大值(E_m)、電壓的最大值(U_m)、電流的最大值(I_m)。（2）有效值：讓交變電流和恒定電流通過相同阻值的電阻，如果在相同時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量相等，那么這個恒定電流的值就叫做交變電流的有效值。正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關系為(E=\frac{E_m}{\sqrt{2}})，(U=\frac{U_m}{\sqrt{2}})，(I=\frac{I_m}{\sqrt{2}})。在實際應用中，交流電表的讀數(shù)、用電器銘牌上標注的額定電壓和額定電流等都是有效值。（3）周期和頻率：交變電流完成一次周期性變化所需的時間叫做周期（(T)），單位是秒（s）；單位時間內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)叫做頻率（(f)），單位是赫茲（Hz）。周期和頻率的關系為(T=\frac{1}{f})，角速度(\omega)與頻率的關系為(\omega=2\pif)。（三）變壓器變壓器的構(gòu)造：由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的原線圈、副線圈組成。原線圈與交流電源相連，副線圈與負載相連。變壓器的工作原理：基于電磁感應中的互感現(xiàn)象。當原線圈中通有交變電流時，鐵芯中產(chǎn)生交變磁場，交變磁場穿過副線圈，在副線圈中產(chǎn)生感應電動勢，從而實現(xiàn)了電能從原線圈向副線圈的傳遞。理想變壓器的基本規(guī)律：（1）電壓關系：(\frac{U_1}{U_2}=\frac{n_1}{n_2})，其中(U_1)、(U_2)分別為原、副線圈兩端的電壓，(n_1)、(n_2)分別為原、副線圈的匝數(shù)。當(n_2>n_1)時，(U_2>U_1)，為升壓變壓器；當(n_2<n_1)時，(U_2<U_1)，為降壓變壓器。（2）電流關系：對于只有一個副線圈的理想變壓器，(\frac{I_1}{I_2}=\frac{n_2}{n_1})，其中(I_1)、(I_2)分別為原、副線圈中的電流。若有多個副線圈，則(n_1I_1=n_2I_2+n_3I_3+\cdots)。（3）功率關系：理想變壓器的輸入功率等于輸出功率，即(P_1=P_2)。（四）傳感器傳感器的定義：能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學成分等非電學量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為便于傳送和處理的電學量（如電壓、電流等），或轉(zhuǎn)換為電路的通斷的元件。常見傳感器及其應用：（1）溫度傳感器：如熱敏電阻、熱電偶等，廣泛應用于家電溫度控制、工業(yè)溫度監(jiān)測等領域。（2）光傳感器：如光敏電阻、光電二極管、光電三極管等，常用于自動控制、光控開關、數(shù)碼產(chǎn)品的攝像頭等。（3）壓力傳感器：如應變片式壓力傳感器，可用于測量壓力、重量等，在工業(yè)自動化、汽車電子等方面有重要應用。二、典型例題分析（一）電磁感應現(xiàn)象及規(guī)律的應用例題1：如圖所示，固定于水平面上的金屬架CDEF處在豎直向下的勻強磁場中，金屬棒MN沿框架以速度v向右做勻速運動。t=0時，磁感應強度為B?，此時MN到達的位置使MDEN構(gòu)成一個邊長為l的正方形。為使MN棒中不產(chǎn)生感應電流，從t=0開始，磁感應強度B應怎樣隨時間t變化？請推導出B(t)的表達式。分析：要使MN棒中不產(chǎn)生感應電流，穿過閉合回路的磁通量應保持不變。t=0時，回路的面積(S_0=l^2)，磁通量(\Phi_0=B_0S_0=B_0l^2)。經(jīng)過時間t，MN棒向右移動的距離為(vt)，此時回路的面積(S=l(l+vt))。設此時的磁感應強度為(B(t))，則磁通量(\Phi=B(t)S=B(t)l(l+vt))。因為磁通量不變，所以(\Phi=\Phi_0)，即(B(t)l(l+vt)=B_0l^2)，解得(B(t)=\frac{B_0l}{l+vt})。答案：(B(t)=\frac{B_0l}{l+vt})（二）交變電流的描述與計算例題2：一正弦式交變電流的電壓隨時間變化的規(guī)律如圖所示。求該交變電流的電壓有效值、周期和頻率。分析：由圖像可知，該交變電流的電壓最大值(U_m=311V)。根據(jù)正弦式交變電流有效值與最大值的關系(U=\frac{U_m}{\sqrt{2}})，可得電壓有效值(U=\frac{311}{\sqrt{2}}\approx220V)。從圖像中可以看出，完成一次周期性變化所需的時間即周期(T=0.02s)，則頻率(f=\frac{1}{T}=\frac{1}{0.02}=50Hz)。答案：電壓有效值為220V，周期為0.02s，頻率為50Hz。（三）變壓器的相關計算例題3：理想變壓器原、副線圈匝數(shù)比(n_1:n_2=4:1)，原線圈接入(u=311\sin100\pit(V))的交變電壓，副線圈接一個(R=11\Omega)的電阻。求：（1）副線圈兩端的電壓有效值；（2）原線圈中的電流有效值。分析：（1）原線圈輸入電壓的最大值(U_{1m}=311V)，其有效值(U_1=\frac{U_{1m}}{\sqrt{2}}=\frac{311}{\sqrt{2}}\approx220V)。根據(jù)理想變壓器的電壓關系(\frac{U_1}{U_2}=\frac{n_1}{n_2})，可得副線圈兩端的電壓有效值(U_2=\frac{n_2}{n_1}U_1=\frac{1}{4}\times220=55V)。（2）副線圈中的電流有效值(I_2=\frac{U_2}{R}=\frac{55}{11}=5A)。由電流關系(\frac{I_1}{I_2}=\frac{n_2}{n_1})，可得原線圈中的電流有效值(I_1=\frac{n_2}{n_1}I_2=\frac{1}{4}\times5=1.25A)。答案：（1）55V；（2）1.25A（四）傳感器的簡單應用例題4：如圖所示是一種自動控制水溫的裝置，其中熱敏電阻R?的阻值隨溫度的升高而減小。當水溫低于設定溫度時，控制電路中電磁鐵的磁性如何變化？加熱電路如何工作？分析：當水溫低于設定溫度時，熱敏電阻(R_t)的阻值較大，控制電路中的電流較小，電磁鐵的磁性較弱，銜鐵在彈簧的作用下被拉起，加熱電路接通，電熱絲開始加熱。隨著水溫升高，(R_t)的阻值減小，控制電路中的電流增大，電磁鐵的磁性增強，當水溫達到設定溫度時，電磁鐵的磁性足夠強，將銜鐵吸下，加熱電路斷開，停止加熱。答案：當水溫低于設定溫度時，電磁鐵磁性較弱，加熱電路接通，電熱絲加熱。三、易錯點總結(jié)（一）電磁感應部分對楞次定律理解不透徹：容易錯誤地認為感應電流的磁場方向總是與原磁場方向相反。實際上，楞次定律中“阻礙”的是磁通量的變化，當原磁通量增加時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相反；當原磁通量減少時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相同。法拉第電磁感應定律應用錯誤：混淆磁通量、磁通量的變化量和磁通量的變化率。磁通量(\Phi=BS)（B與S垂直時），磁通量的變化量(\Delta\Phi=\Phi_2-\Phi_1)，磁通量的變化率(\frac{\Delta\Phi}{\Deltat})是表示磁通量變化快慢的物理量，感應電動勢的大小取決于磁通量的變化率，而不是磁通量或磁通量的變化量。導體棒切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢的計算錯誤：忽略導體棒切割磁感線的有效長度或速度的方向。只有垂直于磁感線和導體棒方向的速度分量才對感應電動勢有貢獻，當導體棒在磁場中轉(zhuǎn)動時，應取導體棒各點速度的平均值（即中點速度）來計算感應電動勢。（二）交變電流部分有效值與最大值的關系使用條件不清：正弦式交變電流的有效值與最大值之間的關系(E=\frac{E_m}{\sqrt{2}})，(U=\frac{U_m}{\sqrt{2}})，(I=\frac{I_m}{\sqrt{2}})只適用于正弦式交變電流，對于非正弦式交變電流，有效值需要根據(jù)電流的熱效應來計算。對交變電流圖像的理解錯誤：不能正確從圖像中獲取最大值、周期等信息，或者將橫軸的時間單位看錯，導致計算錯誤。在分析交變電流圖像時，要注意坐標軸的刻度和單位。（三）變壓器部分對理想變壓器的條件理解不準確：理想變壓器是忽略原、副線圈的電阻和鐵芯中的磁損耗的理想化模型，實際變壓器存在能量損耗，輸入功率大于輸出功率。在解題時，若題目中未明確說明是理想變壓器，不能隨意套用理想變壓器的規(guī)律。多個副線圈時電流關系錯誤：當變壓器有多個副線圈時，電流關系不再是(\frac{I_1}{I_2}=\frac{n_2}{n_1})，而是根據(jù)功率關系(P_1=P_2+P_3+\cdots)，結(jié)合(P=UI)推導得出(n_1I_1=n_2I_2+n_3I_3+\cdots)。四、拓展應用（一）電磁感應在生活中的應用電磁爐：其工作原理是利用交變電流通過線圈產(chǎn)生交變磁場，交變磁場穿過鐵鍋底部，在鍋底產(chǎn)生感應電流（渦流），渦流使鍋底發(fā)熱，從而加熱食物。電磁爐具有加熱速度快、熱效率高、清潔環(huán)保等優(yōu)點。無線充電技術：基于電磁感應原理，當發(fā)射線圈中通有交變電流時，會產(chǎn)生交變磁場，接收線圈處于該磁場中時會產(chǎn)生感應電動勢，從而實現(xiàn)電能的無線傳輸。目前無線充電技術已廣泛應用于手機、電動汽車等設備。（二）交變電流的輸送為了減少電能在遠距離輸送過程中的損耗，通常采用高壓輸電。根據(jù)(P=UI)，在輸送功率P一定的情況下，提高輸送電壓U，可以減小輸電電流I。根據(jù)焦耳定律(Q=I^2Rt)，輸電線上的電能損耗與電流的平方成正比，因此減小電流可以大大減少電能損耗。在實際輸電過程中，需要使用升壓變壓器將電壓升高，到達用戶端后再通過降壓變壓器將電壓降低到合適的值。（三）傳感器在智能家電中的應用隨著智能家居的發(fā)展，傳感器在智能家電中得到了廣泛的應用。例如，智能空調(diào)中