2021屆山東新高考物理一輪復(fù)習(xí)講義：第10章第3節(jié)電磁感應(yīng)中的電路和圖象問題Word版含答案

1、第3節(jié) 電磁感應(yīng)中的電路和圖象問題電磁感應(yīng)中的電路問題講典例示法- 聯(lián)系h電動(dòng)勢(shì)后、. 聯(lián)系2：功和能 E =凱I re 二；Br(o三1 .電磁感應(yīng)中電路知識(shí)的關(guān)系圖R + r R I =一/? +rP = 1U p = r/?r q 二 CU2 .解決電磁感應(yīng)中的電路問題三部曲典例示法（一題多變）（多選）如圖所示，水平面上固定一個(gè)頂角為60°的光 滑金屬導(dǎo)軌MON ,導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B,方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。 質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒CD與/MON的角平分線垂直，導(dǎo)軌與棒單位長(zhǎng)度的電阻均 為r。t=0時(shí)刻，棒CD在水平外力F的作用下從O點(diǎn)以恒定速度V0沿/ MON 的角平分

2、線向右滑動(dòng)，在滑動(dòng)過程中始終保持與導(dǎo)軌良好接觸。若棒與導(dǎo)軌均 足夠長(zhǎng)，則（）、，BvoA .流過導(dǎo)體棒的電流I始終為不 31B. F隨時(shí)間t的變化關(guān)系為F =2,3B2v29r23B2v0C. t0時(shí)刻導(dǎo)體棒的發(fā)熱功率為727r to 1 cD .撤去F后，導(dǎo)體棒上能產(chǎn)生的焦耳熱為2mv0ABC 導(dǎo)體棒的有效切割長(zhǎng)度 L = 2v0ttan 30°,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E = BLv0,回路的總電阻R= 2v0ttan 30斗Jv*聯(lián)立可得通過導(dǎo)體棒的電流1=1=?； cos 30R 3l選項(xiàng)A正確；導(dǎo)體棒受力平衡，則外力 F與安培力平衡，即F = BIL ,得F = 2 3B2v0為9r t

3、,選項(xiàng)B正確；t0時(shí)刻導(dǎo)體棒的電阻為 Rx=2v0t0tan 30 r,則導(dǎo)體棒 2 2V3B2v0 ，.一一一一, 的發(fā)熱功率P棒=I2Rx= "27r t0,選項(xiàng)C正確；從撤去F到導(dǎo)體棒停下的過 1程，根據(jù)能量守恒定律有Q棒+ Q軌= 2mv00,得導(dǎo)體棒上能產(chǎn)生的焦耳熱 Q棒1c 1= 2mv2Q 軌2mv0,選項(xiàng) D 錯(cuò)塊?！咀兪?】 試推導(dǎo)出回路中的熱功率 P隨時(shí)間變化的關(guān)系式，并畫出圖象。提示：回路中熱功率P=I2R,回路中電流IMBv0為定值，R= tan 30書看30如仇, 3rCOS30可得P= 93圖象如圖甲所小。【變式2】 試推導(dǎo)出回路中產(chǎn)生的焦耳熱 Q隨時(shí)間變

4、化的關(guān)系式，并畫出 圖象。提示：中P-t圖線與t軸所圍面積表示回路中產(chǎn)生的焦耳熱 Q,則3Rp2 3Q=2Pt=-97"t2。圖象如圖乙、內(nèi)所示。 291電磁感應(yīng)中確定電源的方法判斷產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象的那一部分導(dǎo)體（電源）。動(dòng)生問題（棒切割磁感線）產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E=BLv,方向由右手定則判定。 ABS （3）感生問題（磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化）的電動(dòng)勢(shì)E=n方，萬向由楞次定律判定。在等效電源內(nèi)部電流方向都是由負(fù)極流向正極的。跟進(jìn)訓(xùn)練感生電動(dòng)勢(shì)電路分析1.（2016浙江高考）如圖所示，a、b兩個(gè)閉合正方形線圈用同樣的導(dǎo)線制成,匝數(shù)均為10匝，邊長(zhǎng)la=3lb,圖示區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且

5、磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大，不考慮線圈之間的相互影響，則 （）A.兩線圈內(nèi)產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流B. a、b線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比為9： 1C. a、b線圈中感應(yīng)電流之比為3： 4D. a、b線圈中電功率之比為3： 1B 當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度變大時(shí)，由楞次定律知，線圈中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向垂 直紙面向外，由安培定則知，線圈內(nèi)產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流，選項(xiàng) A錯(cuò)誤; AB 一. . 由法拉第電磁感應(yīng)定律 E = S。及Sa : &=9 ： 1知，Ea=9Eb,選項(xiàng)B正確；由 R= F知兩線圈的電阻關(guān)系為 Ra=3Rb,其感應(yīng)電流之比為Ia ： Ib= 3： 1,選 項(xiàng)C錯(cuò)誤；兩線圈的電功率之比為 P

6、a ： Pb=EaIa ： EbIb=27 ： 1,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.（多選）如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、不可形變的正方形導(dǎo)線框內(nèi)有半徑為 r的圓 形磁場(chǎng)區(qū)域，其磁感應(yīng)強(qiáng)度 B隨時(shí)間t的變化關(guān)系為B=kt（常量k>0）?；芈分?滑動(dòng)變阻器R的最大阻值為R0,滑動(dòng)片P位于滑動(dòng)變阻器中央，定值電阻 R1 = Ro、R2=R0。閉合開關(guān)S,電壓表的示數(shù)為U,不考慮虛線MN右側(cè)導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，則（）A. R2兩端的電壓為U7B.電容器的a極板帶正電C.滑動(dòng)變阻器R的熱功率為電阻R2的5倍D.正方形導(dǎo)線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 kL2R0AC P將R分為R左、R右兩部分，R左= R右 = 萬，R2與R右并聯(lián)，阻

7、值為票 再與 Ri、R左串聯(lián)，故 R2兩端的電壓為 U' =R一際與二號(hào)，故 AR0 2+7選項(xiàng)正確；正方形導(dǎo)線框相當(dāng)于電源，根據(jù)楞次定律可知，定值電阻Ri的左端與電源的正極相連，則電容器的b極板帶正電，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；根據(jù)電路的申、 并聯(lián)知識(shí)和純電阻的熱功率的計(jì)算公式 P=I2R可得，定值電阻R2的熱功率為P =12矍，滑動(dòng)變阻器R的熱功率為P' =I0R0+ (2Io)2R0=5I0R0 = 5P,即滑動(dòng) 變阻器R的熱功率是定值電阻R2的熱功率的5倍，故C選項(xiàng)正確；根據(jù)法拉第 AB n 一電磁感應(yīng)止律可得，正方形導(dǎo)線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為 E = S="k,故D選

8、項(xiàng)錯(cuò)誤。動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)電路分析3.（多選）如圖所示，光滑的金屬框 CDEF水平放置,寬為L(zhǎng),在E、F間連 接一阻值為R的定值電阻，在C、D間連接一滑動(dòng)變阻器Ri（0<RK2R）o框內(nèi) 存在著豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一長(zhǎng)為L(zhǎng),電阻為R的導(dǎo)體棒AB在外力作用下以 速度v勻速向右運(yùn)動(dòng)，金屬框電阻不計(jì)，導(dǎo)體棒與金屬框接觸良好且始終垂直， 下列說法正確的是（）A. ABFE回路的電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，ABCD回路的電流方向?yàn)轫槙r(shí)針B.左右兩個(gè)閉合區(qū)域的磁通量都在變化且變化率相同，故電路中的感應(yīng)電 動(dòng)勢(shì)大小為2BLvC.當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值 Ri=R時(shí)，導(dǎo)體棒兩端的電壓為2BLvR .D,當(dāng)滑動(dòng)變阻器接

9、入電路中的阻值 Ri = R時(shí)，滑動(dòng)變阻器有最大電功率且 玉 B2L2v2 為bAD 根據(jù)楞次定律可知，A正確；根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知，感應(yīng)電. R 動(dòng)勢(shì)E = BLv,故B錯(cuò)誤；Ri = R時(shí)，外電路總電阻R外=R,故導(dǎo)體棒兩端的,- 一 1 ，電壓即路端電壓應(yīng)等于1BLv,故C錯(cuò)誤；該電路電動(dòng)勢(shì) E = BLv,電源的內(nèi)阻 3為R,求解滑動(dòng)變阻器的最大電功率時(shí)，可以將導(dǎo)體棒和電阻R看成新的等效電RR源，等效內(nèi)阻為R,故當(dāng)Ri = R時(shí)，等效電源的輸出功率最大，即滑動(dòng)變阻器的214d *曰, 曰'/士 一 URi 4EB2L2v2電功率取大，取大值Pm=0=R = od ，故D正

10、確。 Ri R 8R 24.如圖所示，均勻金屬圓環(huán)的總電阻為 4R,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂 直穿過圓環(huán)。金屬桿OM的長(zhǎng)為1,阻值為R, M端與環(huán)接觸良好，繞過圓心 O 的轉(zhuǎn)軸以恒定的角速度 順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。阻值為R的電阻一端用導(dǎo)線和圓環(huán)最下 端的A點(diǎn)連接，另一端和金屬桿的轉(zhuǎn)軸。處的端點(diǎn)相連接。下列判斷正確的是 ()A.金屬桿OM旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)包為B12B.通過電阻R的電流的最小值為C.通過電阻R的電流的最大值為甯，方向從Q到PBl2"6R Bl2wD. OM兩點(diǎn)間電勢(shì)差絕對(duì)值的最大值為 %-AD M端線速度為v =LOM切割磁感線的平均速度為v =v2=Cl) 12,32Bl%

11、OM轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒為 E=Bl v =一/，故A正確;端位于最上端時(shí)，圓環(huán)兩部分電阻相等，并聯(lián)電阻最大，電路的總電阻最大,E min 3R1過R的電流最小，因R并=2*2R=R,通過電阻R的電流的最小值為：IBl2=B£，根據(jù)右手定則可知電流方向從 Q到P,故B錯(cuò)誤；當(dāng)M位于最下端時(shí) 6R2圓環(huán)被短路，此時(shí)通過電阻 R的電流最大，為：Imax= :E = B£，故C錯(cuò)誤; 2R 4ROM作為電源，外電阻增大，總電流減小，內(nèi)電壓減小，路端電壓增大，所以外Bl2電阻最大時(shí)，OM兩點(diǎn)間電勢(shì)差的絕對(duì)值最大，其最大值為：U = Imin2R = B/,3故D正確。電

12、磁感應(yīng)中的圖象問題分考向訓(xùn)練電磁感應(yīng)中常見的圖象問題圖象類型(1)隨時(shí)1可變化的圖象，如 B-t圖象、-t圖象、E-t圖象、I-t圖象(2)隨位移變化的圖象，如E-x圖象、I-x圖象(所以要先看坐標(biāo)軸：哪個(gè)物理量隨哪個(gè)物理量變化要弄清)問題類型(1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖象(畫圖象)(2)由給定的肩關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量(用圖象)應(yīng)用知識(shí)四個(gè)規(guī)律左手定則、安培定則、右手定則、楞次定律八尖公式 A(1)平均電動(dòng)勢(shì)E=n(2)平動(dòng)切割電動(dòng)勢(shì) E = Blv1 2(3)轉(zhuǎn)動(dòng)切割電動(dòng)勢(shì) E = Bl2(4)閉合電路歐姆定律I=REr(5)安培力F = BIl(6)牛頓

13、運(yùn)動(dòng)定律的相關(guān)公式等跟進(jìn)訓(xùn)練根據(jù)電磁感應(yīng)過程選擇圖象1 .如圖甲所示，正三角形硬導(dǎo)線框 abc固定在磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與線框平面垂直。圖乙表示該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B隨時(shí)間t變化的關(guān)系，t = 0時(shí)刻磁場(chǎng)方 向垂直紙面向里。在04t0時(shí)間內(nèi)，線框ab邊受到該磁場(chǎng)對(duì)它的安培力 F隨時(shí) 間 t 變化的關(guān)系圖為(規(guī)定垂直ab 邊向左為安培力的正方向 )( )CD AB BoA 0t0時(shí)間內(nèi)，磁場(chǎng)萬向垂直紙面向里，均勻減小，-=t0,根據(jù)楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律和歐姆定律可知：流經(jīng)導(dǎo)線 ab的電流I不變，方向 從b到a,其受到的安培力方向向左，大小為 F = BIL ,均勻減小到零；同理， 恒2t0時(shí)

14、間內(nèi)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，均勻增大，號(hào)=B0,流經(jīng)導(dǎo)線ab的電流I不變，方向從b到a,其受到的安培力方向向右，從零開始均勻增大；2to一 一、，一 出 、- 一，一3t。時(shí)間內(nèi)，磁場(chǎng)萬向垂直紙面向外， 石=°，導(dǎo)線ab不受女培力；3to3.5to時(shí) AB 2B0 間內(nèi)，磁場(chǎng)萬向垂直紙面向外，均勻減小， 石=一1，流經(jīng)導(dǎo)線ab的電流為2I 不變，方向從a到b,其受到的安培力方向向左，大小為 F = 2BIL,即均勻減小 到零；3.5to4to時(shí)間內(nèi)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，均勻增加， 號(hào)=管，流經(jīng)導(dǎo) 線ab的電流為2I不變，方向從a到b,其受到的安培力方向向右，大小為 F = 2BIL

15、 ,即從零開始均勻增大，A項(xiàng)正確。2 .（多選）（2019全國(guó)卷H）如圖所示，兩條光滑平行金屬導(dǎo)軌固定，所在平面與水平面夾角為9,導(dǎo)軌電阻忽H&不計(jì)。虛線ab、cd均與導(dǎo)軌垂直，在ab與cd之間的區(qū)域存在垂直于導(dǎo)軌所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。將兩根相同的導(dǎo)體棒PQ、MN 先后自導(dǎo)軌上同一位置由靜止釋放， 兩者始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好。 已知PQ 進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)加速度恰好為零。從PQ 進(jìn)入磁場(chǎng)開始計(jì)時(shí)，到 MN 離開磁場(chǎng)區(qū)域?yàn)橹?，流過PQ 的電流隨時(shí)間變化的圖象可能正確的是()ABCDAD 根據(jù)題述， PQ 進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)加速度恰好為零，兩導(dǎo)體棒從同一位置釋放，則兩導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度相同，產(chǎn)生的感應(yīng)

16、電動(dòng)勢(shì)大小相等，若釋放兩導(dǎo)體棒的時(shí)間間隔足夠長(zhǎng)，在PQ通過磁場(chǎng)區(qū)域一段時(shí)間后 MN進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和閉合電路歐姆定律可知流過PQ 的電流隨時(shí)間變化的圖象可能是A ； 由于兩導(dǎo)體棒從同一位置釋放， 兩導(dǎo)體棒進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小相等， MN 進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)， 回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流不可能小于 I1， B 錯(cuò)誤；若釋放兩導(dǎo)體棒的時(shí)間間隔較短，在PQ 沒有出磁場(chǎng)區(qū)域時(shí) MN就進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域，則兩棒在磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)時(shí)回路中磁通量不變，兩棒不受安培力作用，二者在磁場(chǎng)中做加速運(yùn)動(dòng)， PQ出磁場(chǎng)后，MN 切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流， 且感應(yīng)電流一定大于I

17、i,受到安培力作 用，由于安培力與速度成正比，則 MN所受的安培力一定大于 MN的重力沿斜 面方向的分力，所以MN 一定做減速運(yùn)動(dòng)，回路中感應(yīng)電流減小，流過PQ的電 流隨時(shí)間變化的圖象可能是D, C錯(cuò)誤。電磁感應(yīng)中圖象選擇類的兩個(gè)常用方法排除法定性地分析電磁感應(yīng)過程中物理量的變化趨勢(shì)（增大還是減小卜變化快 慢（均勻變化還是非均勻變化），特別是分析物理量的正負(fù)，以排除錯(cuò)誤 的選項(xiàng)。函數(shù)法根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系，然后由函 數(shù)關(guān)系對(duì)圖象進(jìn)行分析和判斷。根據(jù)圖象分析判斷電磁感應(yīng)過程3 .（多選）（2018全國(guó)卷田）如圖（a）所示，在同一平面內(nèi)固定有一長(zhǎng)直導(dǎo)線 PQ 和一導(dǎo)線

18、框R, R在PQ的右側(cè)。導(dǎo)線PQ中通有正弦交流電i, i的變化如圖（b）所示，規(guī)定從Q 到 P 為電流正方向。導(dǎo)線框R 中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（）圖（a）圖（b）a -在t=4時(shí)為零B.在t=（時(shí)改變方向c,在1=2時(shí)最大，且沿順時(shí)針方向D.在1= T時(shí)最大，且沿順時(shí)針方向AC 因通電導(dǎo)線的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小正比于電流的大小， 故導(dǎo)線框R中磁感應(yīng)強(qiáng)度與時(shí)間的變化關(guān)系類似于題圖（b）,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率，即題圖（b）中的切線斜率，斜率的正負(fù)反映電動(dòng)勢(shì)的方向，斜率的絕對(duì)值反映電動(dòng)勢(shì)的大小。由題圖（b）可知，電流為零時(shí)，電動(dòng)勢(shì)最大，電流最大時(shí)電動(dòng)T 3T勢(shì)為零,A正確，B錯(cuò)誤；再由楞次定律可判斷在一個(gè)周期內(nèi)， 3內(nèi)電動(dòng)勢(shì) 的方向沿順時(shí)針，T時(shí)刻最大，C正確；其余時(shí)間段電動(dòng)勢(shì)沿逆時(shí)針方向， D錯(cuò)誤。4 .（多選）如圖甲所示，在水平面上固定一個(gè)匝數(shù)為 10匝的等邊三角形金屬 線框，總電阻為3 Q