高考物理一輪總復習第3課時電磁感應中的電路和圖象問題(能力課時課件新人教版

1、第3課時 電磁感應中的電路和圖象問題（能力課時）考點一 電磁感應中的電路問題1.內(nèi)電路和外電路源.(1)切割磁感線運動的導體或磁通量發(fā)生變化的線圈都相當于電(2)該部分導體的電阻或線圈的電阻相當于電源的內(nèi)阻，其余部分是外電阻.2電源電動勢和路端電壓 電動勢：£=別?；?#163;=&p路端電壓：U=IR=E-Ir=jR外電路為純電阻/?)在同一水平面的光滑平行導軌嚴呵 aP、。相距匸1 m,導軌左端接有如圖所示的 倉"I_"|/?9 |jRib Q電路.其中水平放置的平行板電容器兩極板嚴M、N相距 =10mm，定值電|S/?1=/?2=12 fl, R3=

2、2 ft,金屬棒的電阻曠=2 0,其他電阻不計.磁感應強度B=05T的勻強磁場豎直穿過導軌平面，當金屬棒沿導軌向右勻速運動時，質(zhì)量加= 1X1014電荷量=一1 X 1014C的微粒懸浮于電容器兩極板之間恰好靜止不 動取g=10 m/s2,在整個運動過程中金屬棒與導軌接觸良好，且速度 保持恒定.試求:(1) 勻強磁場的方向；(2) 必兩端的路端電壓;金屬棒運動的速度.解析（1）負電荷受到重力和電場力的作用處于靜止狀態(tài)，因為重力豎直向下，所以電場力豎直向上，故M板帶正電."棒向右做切割 磁感線運動產(chǎn)生感應電動勢，棒等效于電源，感應電流方向由 bfJ其端為電源的正極，由右手定則可判斷，磁

3、場方向豎直向下.(2)微粒受到重力和電場力的作用處于靜止狀態(tài)，根據(jù)平衡條件有mg=Eq 又£=號,所以Umn=0.1V人3兩端電壓與電容器兩端電壓相等，由歐姆定律得通過心的電流=0.05 AR R則血棒兩端的電壓為Sb=tw+qlR=0.4 V.由法拉第電磁感應定律得感應電動勢E=Blv 由閉合電路歐姆定律得£=血+"=05 V 聯(lián)立解得0=1 m/s 答案豎直向下(2)0.4 V (3)1 m/s解決電磁感應中的電路問題三部曲用法拉第電磁感應定律計算E的大小，用楞次定律或右手定則確定感應電動勢的方向:感應電流方向是“等效電源”內(nèi)部電流的方向，從而確定“電源”正、

4、負極，明確內(nèi)阻幾根據(jù)“等效電源”和電路中其他各元件的連 接方式畫出等效電路圖.根據(jù)E=Blv或,結(jié)合閉合電路的歐 姆定律、串并聯(lián)電路知識和電功率、焦耳定 律等關(guān)系式求解.見題組沖關(guān)11(多選)如圖所示，兩根足夠長的光滑金屬導軌水平平行放置，間距為2=1間、血間、旳可分別接阻值為尺=10Q的電ueBRXX砂V-RRX1XRbcJd阻一阻值為/? = 10 Q的導體棒以速度c=4 m/s勻速向左運動，導體 棒與導軌接觸良好，導軌所在平面存在磁感應強度大小為B=05T、方 向豎直向下的勻強磁場.下列說法中正確的是(BD )A. 導體棒中電流的流向為由到aB.兩端的電壓為IVC血兩端的電壓為IVD.滄

5、兩端的電壓為IV解析：選BD由右手定則可判知A錯誤；由法拉第電磁感應定律得E=BZr=0.5XlX4 V=2 V, Ucd=RRRE=1 V,B正確;由于血、cf間電阻沒有電流流過，故=%=0,所以0嚴磯尸1 V, C錯誤，D 正確.111l-2（多選）在如圖甲所示的電路中，電Ri=R2=2R9圓形金屬 線圈半徑為門，線圈導線的電阻為7?,半徑為廠2025）的圓形區(qū)域內(nèi)存在 垂直于線圈平面向里的勻強磁場，磁感應強度B隨時間f變化的關(guān)系圖 線如圖乙所示，圖線與橫、縱軸的交點坐標分別為to和砒 其余導線的 電阻不計，閉合S,至（1時刻，電路中的電流已穩(wěn)定，下列說法正確的 是（BD ）甲乙A電容器上

6、極板帶正電B. 電容器下極板帶正電C. 線圈兩端的電壓為豐°D. 線圈兩端的電壓為駕'解析：選BD.由楞次定律知圓形金屬線圈內(nèi)的感應電流方向為順時針，金屬線圈相當于電源，電源內(nèi)部的電流從負極流向正極，貝II電容 器的下極板帶正電，上極板帶負電，A錯，B對；由法拉第電磁感應定律知感應電動勢為£=晉=籍s=x品，由閉合電路歐姆定律得感應電流為uER+R1+R2,所以線圈兩端的電壓U=I(RR =4B°mj5/o,C錯，D對.考點二電磁感應中的圖象問題電磁感應中常見的圖象問題圖象類型隨時間變化的圖象，如/圖象、曲圖象、Et圖象、八/圖象；隨位移變化的圖象，如E譏

7、圖象、M圖象（所以要先看坐標軸：哪個物理量隨哪個物理量變化要弄清）（1）由給定的電磁感應過程選出或畫出正確的圖問題類型象（畫圖象）（2）由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應過程，求解相應的物理量（用圖象）應用知識四個規(guī)律左手定則、安培定則、右手定則、楞次定律六類公式平均電動勢E=n m(2) 平動切割電動勢E=Blv(3) 轉(zhuǎn)動切割電動勢E=Blo(4) 閉合電路歐姆定律安培力(6)牛頓運動定律的相關(guān)公式等考向11磁感應強度變化的圖象問題將一段導線繞成如圖甲所示的閉合回路，并固定在水平面（紙面）內(nèi).回路的必邊置于垂直紙面向里的勻強磁場I中.回路的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的磁場II,以向里為磁場II的正方向

8、，其磁感應強度B隨時間/變化的圖象如圖乙所示.用F表示邊受到的安培力，以水平向右為F的正方向，能正確反映F隨時間r變化的圖象是（B ）甲乙cBD考向2 I導體切割磁感線的圖象問題解析0孑時間內(nèi)，根據(jù)法拉第電磁感應定律及楞次定律可得回路的圓環(huán)形區(qū)域產(chǎn)生大小恒定的、沿順時針方向的感應電流，根據(jù)左 手定則，邊在勻強磁場I中受到水平向左的恒定的安培力；同理 可得彳T時間內(nèi)，邊在勻強磁場I中受到水平向右的恒定的安培 力，故B項正確.例3 如圖所示，一個有矩形邊界的勻強磁場區(qū)域內(nèi)磁場方向垂直于紙面向里.一個三角形閉合導線框，由位置1（左）在紙面內(nèi)勻速運動到位置2（右）.取線框剛到達磁場邊界的時刻為計時起點

9、（r=o）,規(guī)定 逆時針方向為電流的正方向，則選項中能正確反映線框中電流與時間 關(guān)系的圖象是（A ）AJI0Ai/V tt0/ tABCD解析 線框進入磁場過程中，磁通量增大，由楞次定律可知，感應電流方向為逆時針方向，即正方向，可排除B、C選項；由E=BLv 可知，線框進出磁場過程中，切割磁感線的有效長度為線框與磁場邊 界交點的連線，故進、出磁場過程中，有效長度L均先增大后減小，故 感應電動勢先增大后減??；由歐姆定律可知，感應電流也是先增大后 減小，故A項正確，D項錯誤.考向3 I電磁感應中雙電源問題與圖象的綜合如圖所示為兩個有界勻強磁場,磁感應強度大小均為方向分別垂直紙面向里和向外，磁場寬度

10、均為厶距磁場區(qū)域的左側(cè)L處，有一邊長為L的正方形導體線框，總電厶 亠十厶<-xllxlx'lxlxllxlx'lxlxX X X X X X LIxllx'xllxlxllx'xllx上阻為且線框平面與磁場方向垂直，現(xiàn)用外力F使線框以速度。勻速 穿過磁場區(qū)域，以初始位置為計時起點，規(guī)定電流沿逆時針方向時的 電動勢E為正，磁感線垂直紙面向里時磁通量©的方向為正，外力F向 右為正.則以下關(guān)于線框中的磁通量、感應電動勢臥 外力F和電功 率P隨時間變化的圖象正確的是（D ）AB解析 當線框運動厶時開始進入磁場，磁通量開始增加，當全部進入時達到最大；此后向

11、外的磁通量增加，總磁通量減??；當運動到 2.5L時，磁通量最小，故選項A錯誤；當線框進入第一個磁場時，由E =BLv可知，E保持不變，而開始進入第二個磁場時，兩邊同時切割磁 感線，電動勢應為2BL。，故選項B錯誤；因安培力總是與運動方向相 反，故拉力應一直向右，故選項C錯誤；拉力的功率因速度不 變，而線框在第一個磁場時，電流為定值，拉力也為定值；兩邊分別 在兩個磁場中時，由選項B的分析可知，電流加倍，回路中總電動勢加 倍，功率變?yōu)樵瓉淼?倍；此后從第二個磁場中離開時，安培力應等于 線框在第一個磁場中的安培力，所以功率應等于在第一個磁場中的功 率，故選項D正確.求解電磁感應圖象類選擇題的兩種常用

12、方法(1)排除法：定性地分析電磁感應過程中物理量的變化趨勢(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化)，特別是分析物理量的 正負，以排除錯誤的選項.(2)函數(shù)法：根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個物理量之間的函數(shù)關(guān)系，然后由函數(shù)關(guān)系對圖象進行分析和判斷.2題組沖關(guān)2-1如圖所示，導體棒沿兩平行金屬導軌從圖中位置以速度。向右勻速通過一正方形磁場區(qū)域 abed, ac垂直于導軌且平行于導體棒，ac右側(cè)的磁感 應強度是左側(cè)的2倍且方向相反，導軌和導體棒的電阻均不計，下列關(guān) 于導體棒中感應電流和所受安培力隨時間變化的圖象正確的是（規(guī)定電 流從M經(jīng)人到N為正方向，安培力向左為正方向）（A ）iIFL

13、111111110MB4 t 0；0ABCD解析：選A由E=BLc可知，導體棒由運動至Ijac過程中，切割磁感線有效長度L均勻增大，感應電動勢E均勻增大，由歐姆定律可知, 感應電流/均勻增大.由右手定則可知，感應電流方向由M到N.同理， 導體棒由ac運動到的過程中，感應電流/均勻減小，方向由N到胚由左 手定則可知，導體棒所受安培力始終水平向左，大小不斷變化，故選 項A正確.22（多選）如圖所示，變化的磁場中放置一固定的導體圓形閉合 線圈，圖甲中所示的磁感應強度和電流的方向為設(shè)定的正方向，已知 線圈中感應電流i隨時間/變化的圖象如圖乙所示.則在下圖中可能是磁 感應強度隨時間/變化的圖象是（BD）

14、x x x n x 1x /X X xx vjyx 0 X X X X甲乙AC1 2 3 4 sDB0解析：選BD.在00.5 s,電流為負值，可推得磁感應強度向內(nèi)增 加或向外減少，選項A錯誤；在0.51.5 s內(nèi)，電流為正值，在這段時 間內(nèi)，磁感應強度向內(nèi)減少或向外增加，當然也可以先是向內(nèi)減少， 然后是向外增加，選項C錯誤；在1.52.5 s,電流為負值，可知磁感 強度向內(nèi)增加或向外減少，在以后的變化過程中，磁場都做周期性的 變化，選項B、D都正確.考點三 電磁感應中電路與圖象的綜合問題MX X X X XFBXXXX X X X X例5（多選）如圖所示，電阻不計、間距為啲豎直向下的勻強磁場

15、中，導軌左端接一定值電阻/?光滑平行金屬導軌水平放置于磁感應強度為方向質(zhì)量為加、電阻為啲金屬棒MV置于導軌上，受到垂 直于金屬棒的水平外力F的作用由靜止開始運動，外力F與金屬棒速度 0的關(guān)系是卩=碼+好（Fo、氐是常量），金屬棒與導軌始終垂直且接觸良 好.金屬棒中感應電流為初受到的安培力大小為幾，電阻人兩端的電 壓為感應電流的功率為八 它們隨時間/變化圖象可能正確的有（BC ）解析 經(jīng)受力分析和電路分析知，i=Blv/?+rB2l2R+rUR=iR =BIRRrr22E P=iRr)=i29因此心心8久8仲8。，i t、FaT、圖象的形狀與。一/圖象相同.對金屬棒由牛頓第二定/ B平、律得FF

16、a=mg得尸（）+1一斤齊B2l2v=tna.k=-r，貝妝=譽，金屬棒做勻加速運動，A錯誤；若k>B2l2R+r,a逐漸增大，B正確；若k<B2l2R+r。逐漸減小，最后趨向于零，C正確；由以上分析知PT圖象形狀不應是直線，D錯誤.題組沖關(guān)31（多選妝口圖甲所示，水平面上兩根足夠長的金屬導軌平行固定放置，間距為厶一端通過導線與阻值為的電阻連接.導軌上放一 質(zhì)量為加的金屬桿，金屬桿、導軌的電阻均忽略不計，勻強磁場垂直導 軌平面向下.用與導軌平行的恒定拉力F作用在金屬桿上，桿最終將做 勻速運動當改變拉力的大小時，金屬桿做勻速運動時的速度。也會變化，。和F的關(guān)系如圖乙所示.下列說法正確

17、的是（BD）1 X XXXXFX XXXXR甲乙A金屬桿在勻速運動之前做勻加速直線運動B流過電阻人的電流方向為anC.由圖象可以得出B、L、R三者的關(guān)系式為歸=|D.當恒力F=3N時，電阻R消耗的最大電功率為8 W解析：選BD金屬桿在勻速運動之前，隨著運動速度的增大，由F安r可知金屬桿所受的安培力增大，由牛頓第二定律可知金屬桿的 加速度減小，故金屬桿做加速度減小的加速運動，選項A錯誤；由楞次 定律可知，流過電阻人的電流方向為an,選項B正確；因為圖象 與橫軸交點等于金屬桿所受摩擦力的大小，故由圖象可知金屬桿所受 的摩擦力為幵=1 N,金屬桿勻速運動時有卩一竹=卩安=斤一，則可得B=Fr=選項C

18、錯誤；當恒力F=3N時，金屬桿受到的安培力大小為”安=尸一幵=2 N,金屬桿勻速運動的速度為4 m/s,所以金屬 桿克服安培力做功的功率P=8W,轉(zhuǎn)化為電能的功率為8 W,故電阻 消耗的最大電功率為8 W,選項D正確.3-2侈選)一正方形金屬線框位于有界勻強磁場區(qū)域內(nèi)，線框平 面與磁場垂直，線框的右邊緊貼著磁場邊界，如圖甲所示.r=o時刻對 線框施加一水平向右的外力，讓線框從靜止開始做勻加速直線運動穿 過磁場，外力F隨時間/變化的圖象如圖乙所示.已知線框質(zhì)量加=1kg.電阻 =以下說法正確的是(ABC)XXX3XXX21XXX0甲0.5 1.0 1.5 "s 乙A線框做勻加速直線運動