高中人教物理選擇性必修二專題03 電磁感應(yīng)中的電路和圖像問題-學生版

1、專題3 電磁感應(yīng)中的電路和圖像問題（學生版）一、目標要求目標要求重、難點電磁感應(yīng)中的電路問題重點、難點電磁感應(yīng)中的圖像問題重點、難點二、知識點解析1：電磁感應(yīng)的電路問題三步曲確定電源：切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導體或回路就相當于電源，首先應(yīng)該確定其電阻，就是內(nèi)阻。再利用法拉第電磁感應(yīng)定律或者導體棒平動，轉(zhuǎn)動切割磁感線的公式求解感應(yīng)電動勢的大小，最后再利用右手定則或楞次定律判斷感應(yīng)電動勢的方向分析電路結(jié)構(gòu)(內(nèi)、外電路及外電路的串、并聯(lián)關(guān)系)，必須畫出等效電路圖利用電路規(guī)律求解主要應(yīng)用歐姆定律及串、并聯(lián)電路的基本性質(zhì)等列方程求解2：電磁感應(yīng)中的圖象問題(1)考查方式

2、線圈不動，磁場隨時間發(fā)生變化，分析描繪線圈中各物理量隨時間變化的關(guān)系圖象即根據(jù)圖和圖分析和描繪圖、圖和圖等磁場均勻分布在一定區(qū)域內(nèi)，線圈或?qū)w棒在磁場中運動，分析描繪線圈或?qū)w棒中各物理量隨時間變化或隨位置變化的關(guān)系圖象即根據(jù)具體的電磁感應(yīng)過程分析和描繪圖、圖和圖，或圖、圖和圖等(2)解題關(guān)鍵解決圖象問題的關(guān)鍵在于掌握以下幾種能力：識圖：識別圖象中橫縱坐標的物理意義，并能從圖象中獲取直接的基本信息能根據(jù)圖線的單調(diào)性判斷因變量隨自變量的變化趨勢，能根據(jù)橫縱坐標得出圖線斜率和面積的物理意義，如圖和圖中切線斜率表征了感應(yīng)電動勢的大小，圖中圖線與橫軸所圍面積代表通過閉合回路的電荷量等作圖：能根據(jù)具體的

3、電磁感應(yīng)過程，結(jié)合相關(guān)的物理規(guī)律描繪出各物理量隨時間和位置變化的關(guān)系圖象如利用法拉第電磁感應(yīng)定律和分析電動勢隨時間和位置的變化關(guān)系；利用歐姆定律和分析電流隨時間和位置的變化；利用牛頓定律分析加速度和速度隨時間和位置的變化關(guān)系等必要時可寫出相關(guān)的函數(shù)表達式，從數(shù)學角度作出正確的圖象(3)注意事項在分析具體的電磁感應(yīng)過程時應(yīng)注意幾個比較重要的點：要注意具體是哪一部分導體作為電源在線圈不動而磁場變化的情況下，哪個區(qū)域內(nèi)的磁場發(fā)生變化，該區(qū)域內(nèi)的導體就作為電源；在線圈或?qū)w棒運動的情況下，切割磁感線的部分作為電源當線圈進入或穿過磁場時，要注意切割磁感線的有效長度的變化如圖1所示，圓形線圈進入磁場的過程

4、中，其切割磁感線的有效長度先增大后減??；又如圖2所示，導體棒在三角導軌上垂直切割磁感線時，其有效長度逐漸增大圖1圖2線圈穿越磁場時，要注意比較線圈的寬度L與磁場寬度的大小當時，線圈的寬度決定感應(yīng)電流持續(xù)的時間和位置范圍；而當時，磁場的寬度決定感應(yīng)電流持續(xù)的時間和位置范圍三、考查方向題型1：電動勢與路端電壓的計算典例一：如圖所示，垂直紙面向里的勻強磁場的區(qū)域?qū)挾葹?，磁感?yīng)強度的大小為一邊長為、電阻為的正方形均勻?qū)Ь€框從圖示位置沿水平向右方向以速度勻速穿過磁場區(qū)域，在下圖中線框、兩端電壓與線框移動距離的關(guān)系圖象正確的是ABCD題型2：電功、電熱的計算典例二：（2020浙江）如圖所示，固定在水平面上

5、的半徑為的金屬圓環(huán)內(nèi)存在方向豎直向上、磁感應(yīng)強度大小為的勻強磁場。長為的金屬棒，一端與圓環(huán)接觸良好，另一端固定在豎直導電轉(zhuǎn)軸上，隨軸以角速度勻速轉(zhuǎn)動。在圓環(huán)的點和電刷間接有阻值為的電阻和電容為、板間距為的平行板電容器，有一帶電微粒在電容器極板間處于靜止狀態(tài)。已知重力加速度為，不計其它電阻和摩擦，下列說法正確的是A棒產(chǎn)生的電動勢為B微粒的電荷量與質(zhì)量之比為C電阻消耗的電功率為D電容器所帶的電荷量為題型3：電磁感應(yīng)中電荷量的計算典例三：（2013天津）如圖所示，紙面內(nèi)有一矩形導體閉合線框動。邊長大于邊長，置于垂直紙面向里、邊界為的勻強磁場外，線框兩次勻速地完全進入磁場，兩次速度大小相同，方向均垂直

6、于第一次邊平行進入磁場。線框上產(chǎn)生的熱量為，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為：第二次邊平行進入磁場。線框上產(chǎn)生的熱量為，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為，則A B C D 題型4：根據(jù)圖像分析判斷電磁感應(yīng)過程典例四：（2017 邯鄲一模）如圖，兩平行虛線間的區(qū)域內(nèi)存在著勻強磁場，三角形線圈的邊始終與磁場邊界平行（三角形邊小于磁場寬度），現(xiàn)讓線圈勻速向右運動穿過磁場區(qū)域，則圖中的哪個可以定性地表示線圈在穿過磁場過程中感應(yīng)電流隨時間變化的關(guān)系A(chǔ) B C D四、模擬訓練一、基礎(chǔ)練習1.粗細均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強磁場中，磁場方向垂直于線框平面，其邊界與正方形線框的邊平行?，F(xiàn)使線框以同樣大小的

7、速度沿四個不同方向平移出磁場，如圖所示，則在移出過程中線框的一邊、兩點間電勢差絕對值最大的是A BCD2.如圖甲所示，光滑導軌水平放置在與水平方向夾角為60的斜向下的勻強磁場中，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示(規(guī)定斜向下為正方向)，導體棒ab垂直導軌放置，除電阻R的阻值外，其余電阻不計，導體棒ab在水平外力F作用下始終處于靜止狀態(tài)規(guī)定ab的方向為電流的正方向，水平向右的方向為外力F的正方向，則在0t1時間內(nèi)，圖中能正確反映流過導體棒ab的電流i和導體棒ab所受水平外力F隨時間t變化的圖象是( )ABCD3.在豎直方向的勻強磁場中，水平放置一個矩形的金屬導體框，規(guī)定磁場方向向

8、上為正，導體框中電流的正方向如圖所示，當磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間t如圖變化時，下圖中正確表示導體框中感應(yīng)電流變化的是( )ABCD4.如圖所示，一寬2L的勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向里一邊長為L的正方形導線框位于紙面內(nèi)，以垂直于磁場邊界的恒定速度v通過磁場區(qū)域，在運動過程中，線框有一邊始終與磁場區(qū)域的邊界平行，取它剛進入磁場的時刻為t=0，規(guī)定逆時針方向電流為正方向，在下圖所示的圖象中，能正確反映感應(yīng)電流隨時間變化的規(guī)律是( )ABCD5.如圖所示，兩條平行虛線之間存在勻強磁場，虛線間的距離為，磁場方向垂直紙面向里。是位于紙面內(nèi)的梯形線圈，與間的距離也為，時刻，邊與磁場區(qū)域邊界重合?，F(xiàn)令線

9、圈以恒定的速度沿垂直于磁場區(qū)域邊界的方向穿過磁場區(qū)域，取沿的感應(yīng)電流為正，則在線圈穿越磁場區(qū)域的過程中，感應(yīng)電流隨時間變化的圖線可能是圖中的ABCD6.如圖所示，空間存在垂直紙面向里的有界勻強磁場，磁場區(qū)域?qū)挾葹?L，以磁場左邊界為坐標原點建立x軸一邊長為L的正方形金屬線框abcd，在外力作用下以速度v勻速穿過勻強磁場從線框cd邊剛進磁場開始計時，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流i、線框ab邊兩端的電壓Uab、線框所受安培力F、穿過線圈的磁通量隨位移x的變化圖象正確的是( )ABCD7.一個勻強磁場的邊界是，左側(cè)無磁場，右側(cè)是范圍足夠大的勻強磁場區(qū)域，如圖（甲所示。現(xiàn)有一個金屬線框沿方向以恒定速度從左側(cè)垂

10、直進入勻強磁場區(qū)域。線框中的電流隨時間變化的圖象如圖（乙所示。則可能的線框是如圖所示中的哪一個A B CD8.(2016咸陽一模)如圖所示，一呈現(xiàn)半正弦形狀的閉合線框，勻速穿過邊界寬度也為的相鄰磁感應(yīng)強度大小相同的勻強磁場區(qū)域，整個過程中線框中感應(yīng)電流圖象為（取順時針方向為正方向）A BCD9.某校科技小組的同學設(shè)計了一個傳送帶測速儀，測速原理如圖所示在傳送帶一端的下方固定有間距為、長度為的平行金屬電極電極間充滿磁感應(yīng)強度為、方向垂直傳送帶平面（紙面）向里、有理想邊界的勻強磁場，且電極之間接有理想電壓表和電阻，傳送帶背面固定有若干根間距為的平行細金屬條，其電阻均為，傳送帶運行過程中始終僅有一根

11、金屬條處于磁場中，且金屬條與電極接觸良好當傳送帶以一定的速度勻速運動時，電壓表的示數(shù)為則下列說法中正確的是A傳送帶勻速運動的速率為B電阻產(chǎn)生焦耳熱的功率為C金屬條經(jīng)過磁場區(qū)域受到的安培力大小為D每根金屬條經(jīng)過磁場區(qū)域的全過程中克服安培力做功為10.（多選）如圖，由某種粗細均勻的總電阻為的金屬條制成的矩形線框，固定在水平面內(nèi)且處于方向豎直向下的勻強磁場中。一接入電路電阻為的導體棒，在水平拉力作用下沿、以速度勻速滑動，滑動過程始終與垂直，且與線框接觸良好，不計摩擦。在從靠近處向滑動的過程中A中電流先增大后減小B兩端電壓先減小后增大C上拉力的功率先減小后增大D線框消耗的電功率先增大后減小11.（多選

12、）如圖所示為一圓環(huán)發(fā)電裝置，用電阻的導體棒彎成半徑的閉合圓環(huán)，圓心為，是一條直徑，在、間接有負載電阻整個圓環(huán)中均有的勻強磁場垂直環(huán)面穿過。電阻的導體棒貼著圓環(huán)做勻速運動，角速度，則A當?shù)竭_處時，圓環(huán)的電功率為B當?shù)竭_處時，圓環(huán)的電功率為C全電路最大功率為D全電路最大功率為二、提升練習1.（2013新課標）如圖，在水平面（紙面）內(nèi)有三根相同的均勻金屬棒、和，其中、在點接觸，構(gòu)成“”字型導軌?？臻g存在垂直于紙面的均勻磁場。用力使向右勻速運動，從位置開始計時，運動中始終與的平分線垂直且和導軌保持良好接觸。下列關(guān)于回路中電流與時間的關(guān)系圖線，可能正確的是A B C D2.（2012新課標）如圖所示，一

13、載流長直導線和一矩形導線框固定在同一平面內(nèi)，線框在長直導線右側(cè)，且其長邊與長直導線平行。已知在到的時間間隔內(nèi)，長直導線中電流隨時間變化，使線框中感應(yīng)電流總是沿順時針方向；線框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。圖中箭頭表示電流的正方向，則隨時間變化的圖線可能是A B CD3.（2011海南）如圖，和為空間一勻強磁場的邊界，其中，且；為的角平分線，間的距離為；磁場方向垂直于紙面向里。一邊長為的正方形導線框沿方向勻速通過磁場，時刻恰好位于圖示位置。規(guī)定導線框中感應(yīng)電流沿逆時針方向時為正，則感應(yīng)電流與時間的關(guān)系圖線可能正確的是A B C D4.（2010上海多選）如圖，一有界區(qū)域內(nèi)，存在著磁感

14、應(yīng)強度大小均為，方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強磁場，磁場寬度均為，邊長為的正方形線框的邊緊靠磁場邊緣置于桌面上，使線框從靜止開始沿軸正方向勻加速通過磁場區(qū)域，若以逆時針方向為電流的正方向，能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是圖A B C D5.（2007山東）用相同導線繞制的邊長為或的四個閉合導體線框，以相同的速度勻速進入右側(cè)勻強磁場，如圖所示。在每個線框進入磁場的過程中，、兩點間的電壓分別為、和下列判斷正確的是ABCD6.（2006全國卷）如圖，在勻強磁場中固定放置一根串接一電阻的直角形金屬導軌（在紙面內(nèi)），磁場方向垂直紙面朝里，另有兩根金屬導軌、分別平行于、放置。保持導軌之間接觸良好，金屬導軌的電阻不計?，F(xiàn)經(jīng)歷以下四個過程：以速率移動，使它與的距離增大一倍；再以速率移動，使它與的距離減小一半；然后，再以速率移動，使它回到原處；最后以速率移動，使它也回到原處。設(shè)上述四個過程中通過電阻的電量的大