板塊整合提能(五)電磁感應(yīng)和交變電流【高考原題】(2024·浙江卷)如圖為某燃?xì)庠铧c(diǎn)火裝置的原理圖。直流電經(jīng)轉(zhuǎn)換器輸出u=5sin(100πt)V的交流電，經(jīng)原、副線圈匝數(shù)分別為n1和n2的變壓器升壓至峰值大于10kV，就會(huì)在打火針和金屬板間引發(fā)電火花，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。下列說法正確的是(B)A.n2nB.n1nC.用電壓表測原線圈兩端電壓，示數(shù)為5VD.副線圈輸出交流電壓的頻率是100Hz解析原線圈兩端電壓的有效值U1=52V=522V，根據(jù)電壓匝數(shù)關(guān)系有U1U2=n1n2變壓器副線圈電壓的峰值U2max=2U2，根據(jù)題意有U2max>10×103V，解得n1n2<12000，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B項(xiàng)正確；用電壓表測原線圈兩端電壓，電壓表測的是有效值，則示數(shù)U1=52V=522V，C項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)ω=100π=2πf[回歸教材]教材是高考命題的發(fā)源地，很多高考試題在教材中能找到“根源”。此高考試題源于人教版選擇性必修第二冊第三章“復(fù)習(xí)與提高”，屬于對教材試題的改造。[鏈接教材]圖3-4甲是某燃?xì)庠铧c(diǎn)火裝置的原理圖。轉(zhuǎn)換器將直流電壓轉(zhuǎn)換為圖3-4乙所示的正弦交流電壓，并加在一臺(tái)理想變壓器的原線圈上，變壓器原、副線圈的匝數(shù)分別為n1、n2，電壓表為交流電表。當(dāng)變壓器副線圈電壓的瞬時(shí)值大于5000V時(shí)，就會(huì)在鋼針和金屬板間引發(fā)電火花進(jìn)而點(diǎn)燃?xì)怏w。(1)圖中開關(guān)閉合時(shí)電壓表的示數(shù)是多少?(2)變壓器原、副線圈的匝數(shù)滿足怎樣的關(guān)系才能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火?【教考融合】高考試題與教材試題做到了神似形異，對教材試題進(jìn)行了改造。兩題均考查了變壓器的電壓比，高考題還深入考查了變壓器的原、副線圈中電流的頻率相同這一特點(diǎn)?！究碱}示例】(2024·全國甲卷)兩根平行長直光滑金屬導(dǎo)軌距離為l，固定在同一水平面(紙面)內(nèi)，導(dǎo)軌左端接有電容為C的電容器和阻值為R的電阻。開關(guān)S與電容器并聯(lián)；導(dǎo)軌上有一長度略大于l的金屬棒，如圖所示。導(dǎo)軌所處區(qū)域有方向垂直于紙面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場。開關(guān)S閉合，金屬棒在恒定的外力作用下由靜止開始加速，最后將做速率為v0的勻速直線運(yùn)動(dòng)。金屬棒始終與兩導(dǎo)軌垂直且接觸良好。導(dǎo)軌電阻和金屬棒電阻忽略不計(jì)。(1)在加速過程中，當(dāng)外力做功的功率等于電阻R熱功率的2倍時(shí)，金屬棒速度大小是多少?(2)如果金屬棒達(dá)到(1)中的速度時(shí)斷開開關(guān)S，改變外力使金屬棒保持此速度做勻速運(yùn)動(dòng)。之后某時(shí)刻，外力做功的功率等于電阻R熱功率的2倍，求此時(shí)電容器兩極間的電壓及從斷開S開始到此刻外力做的功?！緦忣}與建?！筷P(guān)鍵表述物理狀態(tài)或過程物理模型開關(guān)S閉合電容器被短路金屬棒、電阻R構(gòu)成閉合回路金屬棒在恒定的外力作用下由靜止開始加速，最后將做速率為v0的勻速直線運(yùn)動(dòng)先加速，后勻速電磁感應(yīng)中的動(dòng)力學(xué)問題當(dāng)外力做功的功率等于電阻R熱功率的2倍時(shí)功率關(guān)系依題意列出功率的表達(dá)式金屬棒達(dá)到(1)中的速度時(shí)斷開開關(guān)S電容器接入電路金屬棒、電阻R和電容器構(gòu)成閉合回路，電容器充電改變外力使金屬棒保持此速度做勻速運(yùn)動(dòng)金屬棒處于平衡狀態(tài)根據(jù)平衡條件列方程外力做功的功率等于電阻R熱功率的2倍功率關(guān)系依題意列出功率的表達(dá)式求此時(shí)電容器兩極間的電壓某一瞬時(shí)狀態(tài)有充電電流，電容器兩極間電壓等于感應(yīng)電動(dòng)勢與電阻R兩端電壓之差從斷開S開始到此刻外力做的功涉及功能的過程對金屬棒應(yīng)用動(dòng)能定理列方程規(guī)范答題區(qū)評價(jià)（100分）自評解析(1)由法拉第電磁感應(yīng)定律可得金屬棒切割磁感線運(yùn)動(dòng)過程中，金屬棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為E=Blv，閉合開關(guān)S，電容器被短路，由閉合電路歐姆定律可得回路中的電流I=ER由安培力公式可得金屬棒所受的安培力F安=BIl，聯(lián)立可得F安=B2當(dāng)金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬棒受力平衡，可得外力大小為F=F安m=B2所以外力做功的功率為P=Fv=B2又電阻R的熱功率為PR=I2R=B2當(dāng)外力做功的功率等于電阻R熱功率的2倍，即P=2PR時(shí)，設(shè)金屬棒的速度大小為v1，則v1=v0(2)斷開開關(guān)S后，金屬棒勻速運(yùn)動(dòng)，設(shè)回路中的電流為I'，則外力的大小為F'=F安'=BI'l，則外力做功的功率為P'=F'v1=BI'lv而電阻R的熱功率為PR'=I'2R，當(dāng)外力做功的功率等于電阻R熱功率的2倍，即P'=2PR'時(shí)，有I1'=Blv則此時(shí)電容器兩端的電壓為U=Blv1-I1'R=Blv電容器所帶電荷量為Q=CU，從斷開S開始到該時(shí)刻的過程，對金屬棒根據(jù)動(dòng)能定理可知，外力做功的絕對值等于安培力做功的絕對值，則有W=W安=P安t=F安v1t=Blv1I其中I't=Q-0，聯(lián)立解得W=B2答案(1)v02(2)Bl書寫規(guī)范，卷面整潔（20分）指明研究對象，針對哪個(gè)