2022屆高考物理魯科版一輪：第十章　專題7　電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路和圖像問題

專題7

電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路

和圖像問題-2-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路問題1.內(nèi)電路和外電路(1)切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線圈都相當(dāng)于電源

。

(2)該部分導(dǎo)體的電阻或線圈的電阻相當(dāng)于電源的內(nèi)阻

,其余部分是外電路

。

2.電源電動(dòng)勢(shì)和路端電壓(2)路端電壓:U=IR=E-Ir

。

-3-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的圖像問題

-4-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷在感應(yīng)電流的I-t圖像中,圖像與時(shí)間軸所包圍的面積越大,通過回路的電荷量是否就越大?提示：是。因?yàn)閝=It,所以在感應(yīng)電流的I-t圖像中,圖像與時(shí)間軸所包圍的面積表示通過回路的電荷量。

-5-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷1.(多選)如圖所示,一不計(jì)電阻的導(dǎo)體圓環(huán),半徑為r、圓心在O點(diǎn),過圓心放置一長(zhǎng)度為2r、電阻為R的輻條,輻條與圓環(huán)接觸良好;現(xiàn)將此裝置放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)邊界恰與圓環(huán)直徑在同一直線上,現(xiàn)使輻條以角速度ω繞O點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng);右側(cè)電路通過電刷與輻條中心和環(huán)的邊緣相接觸,R1=,S處于閉合狀態(tài),不計(jì)其他電阻。則下列判斷正確的是(

)A.通過R1的電流方向?yàn)樽韵露螧.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為2Br2ω答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-6-基礎(chǔ)夯實(shí)自我診斷2.(2016·福建泉州模擬)如圖甲所示,光滑導(dǎo)軌水平放置在與水平方向夾角為60°的斜向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示(規(guī)定斜向下為正方向),導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置,除電阻R的阻值外,其余電阻不計(jì),導(dǎo)體棒ab在水平外力F作用下始終處于靜止?fàn)顟B(tài)。規(guī)定a→b的方向?yàn)殡娏鞯恼较?水平向右的方向?yàn)橥饬的正方向。則在0~t1時(shí)間內(nèi),選項(xiàng)圖中能正確反映流過導(dǎo)體棒ab的電流i和導(dǎo)體棒ab所受水平外力F隨時(shí)間t變化的是(

)答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-7-考點(diǎn)一考點(diǎn)二電磁感應(yīng)中的電路問題(師生共研)1.對(duì)電磁感應(yīng)電路的理解(1)在電磁感應(yīng)電路中,相當(dāng)于電源的部分把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。(2)“電源”兩端的電壓為路端電壓,而不是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。(3)電源的正負(fù)極、感應(yīng)電流的方向、電勢(shì)的高低、電容器極板帶電問題,均可用右手定則或楞次定律判定。-8-考點(diǎn)一考點(diǎn)二2.電磁感應(yīng)中電路知識(shí)的關(guān)系圖

-9-考點(diǎn)一考點(diǎn)二例1如圖所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中豎直放置兩條足夠長(zhǎng)的平行導(dǎo)軌,磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌所在平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0,導(dǎo)軌上端連接一阻值為R的電阻和開關(guān)S,導(dǎo)軌電阻不計(jì),兩金屬棒a和b的電阻都為R,質(zhì)量分別為ma=0.02kg和mb=0.01kg,它們與導(dǎo)軌接觸良好,并可沿導(dǎo)軌無摩擦地運(yùn)動(dòng)。若將b棒固定,開關(guān)S斷開,用一豎直向上的恒力F拉a棒,當(dāng)a棒以v1=10m/s的速度向上做勻速運(yùn)動(dòng)后,再釋放b棒,b棒恰能保持靜止。(g取10m/s2)-10-考點(diǎn)一考點(diǎn)二(1)求拉力F的大小。(2)若將a棒固定,開關(guān)S閉合,讓b棒自由下滑,求b棒滑行的最大速度v2。(3)若將a棒和b棒都固定,開關(guān)S斷開,使磁感應(yīng)強(qiáng)度從B0隨時(shí)間均勻增加,經(jīng)0.1s后磁感應(yīng)強(qiáng)度增大到2B0時(shí),a棒受到的安培力大小正好等于a棒的重力,求兩棒間的距離。解析：(1)解法一:a棒做切割磁感線運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=B0lv1,a棒與b棒構(gòu)成串聯(lián)閉合電路,電流為I=,a棒、b棒受到的安培力大小為Fa=IlB0,Fb=IlB0依題意,對(duì)a棒,有F=Fa+Ga對(duì)b棒,有Fb=Gb聯(lián)立解得F=Ga+Gb=0.3

N。-11-考點(diǎn)一考點(diǎn)二解法二:a、b棒都處于平衡狀態(tài),所以可將a、b棒看成一個(gè)整體,整體受到重力和向上的拉力F,所以F=Ga+Gb=0.3

N。(2)a棒固定、開關(guān)S閉合后,當(dāng)b棒以速度v2勻速下滑時(shí),b棒滑行速度達(dá)到最大,b棒做切割磁感線運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1=B0lv2,等效電路圖如圖所示。-12-考點(diǎn)一考點(diǎn)二依題意有Fa2=2B0I2l=Ga,代入數(shù)據(jù)解得h=1

m。答案：

(1)0.3N

(2)7.5m/s

(3)1m-13-考點(diǎn)一考點(diǎn)二思維點(diǎn)撥(1)試畫出a棒固定,S閉合,b棒自由下滑時(shí)的等效電路。(2)第(2)問中,b棒自由下滑,什么時(shí)候滑行的速度最大?(3)第(2)(3)問中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)如何求?提示：(1)如圖所示(2)b棒所受合力為零時(shí)。-14-考點(diǎn)一考點(diǎn)二方法歸納電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電路問題的處理方法1.確定電源。切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源,利用E=Blv或E=n求出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,利用右手定則或楞次定律判斷電流方向。2.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),畫出等效電路圖。3.利用電路規(guī)律求解。主要應(yīng)用閉合電路的歐姆定律及串、并聯(lián)電路的基本性質(zhì)等列方程求解。-15-考點(diǎn)一考點(diǎn)二突破訓(xùn)練1.(多選)如圖所示,用一根橫截面積為S、電阻率為ρ的硬質(zhì)導(dǎo)線做成一個(gè)半徑為r的圓環(huán),ab為圓環(huán)的一條直徑。在ab的左側(cè)存在一個(gè)均勻變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)垂直于圓環(huán)所在的平面,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化率

=k(k<0)。則(

)A.圓環(huán)中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流B.圓環(huán)具有擴(kuò)張的趨勢(shì)答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-16-考點(diǎn)一考點(diǎn)二2.如圖所示,絕緣水平面內(nèi)固定有一

間距d=1m、電阻不計(jì)的足夠長(zhǎng)光滑

矩形導(dǎo)軌AKDC,導(dǎo)軌兩端接有阻值分

別為R1=3Ω和R2=6Ω的定值電阻。

矩形區(qū)域AKFE、NMCD范圍內(nèi)均有

方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=1T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)Ⅰ和Ⅱ。一質(zhì)量m=0.2kg,電阻r=1Ω的導(dǎo)體棒ab垂直放在導(dǎo)軌上的AK與EF之間某處,在方向水平向右、大小F0=2N的恒力作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng),到達(dá)EF時(shí)導(dǎo)體棒ab的速度大小v1=3m/s;導(dǎo)體棒ab進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅱ后,導(dǎo)體棒ab中通過的電流始終保持不變。導(dǎo)體棒ab在運(yùn)動(dòng)過程中始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好,空氣阻力不計(jì)。-17-考點(diǎn)一考點(diǎn)二(1)求導(dǎo)體棒ab剛要到達(dá)EF時(shí)的加速度大小a1;(2)求兩磁場(chǎng)邊界EF和MN之間的距離l。解析：(1)導(dǎo)體棒ab剛要到達(dá)EF時(shí),在磁場(chǎng)中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1=Bdv1經(jīng)分析可知,此時(shí)導(dǎo)體棒ab所受安培力的方向水平向左,根據(jù)牛頓第二定律,有F0-BI1d=ma1代入數(shù)據(jù)解得a1=5

m/s2。

-18-考點(diǎn)一考點(diǎn)二(2)導(dǎo)體棒ab進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅱ后,受到的安培力與F0平衡,做勻速直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體棒ab中通過的電流I2保持不變,則有F0=BI2d,其中,設(shè)導(dǎo)體棒ab從EF運(yùn)動(dòng)到MN的過程中的加速度大小為a2根據(jù)牛頓第二定律,則有F0=ma2導(dǎo)體棒ab在EF、MN之間做勻加速直線運(yùn)動(dòng),解得l=1.35

m。答案：(1)5m/s2

(2)1.35m-19-考點(diǎn)一考點(diǎn)二電磁感應(yīng)中的圖像問題(師生共研)1.圖像類型-20-考點(diǎn)一考點(diǎn)二2.分析方法

-21-考點(diǎn)一考點(diǎn)二例2如圖甲所示,在光滑水平桌面上有一邊長(zhǎng)為l、電阻為R的正方形導(dǎo)線框,導(dǎo)線框右側(cè)有一寬度為d(d>l)的條形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)的邊界與導(dǎo)線框的一邊平行,磁場(chǎng)方向豎直向下。導(dǎo)線框以某一初速度向右運(yùn)動(dòng),t=0時(shí)導(dǎo)線框的右邊恰與磁場(chǎng)的左邊界重合,隨后導(dǎo)線框進(jìn)入并通過磁場(chǎng)區(qū)域。圖乙各圖像中,可能正確描述上述過程的是(

)甲

乙

答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-22-考點(diǎn)一考點(diǎn)二例3如圖所示,一有界區(qū)域內(nèi),存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)寬度均為l?，F(xiàn)有一邊長(zhǎng)為

l的正方形線框abcd,在外力作用下,保持ac垂直磁場(chǎng)的邊緣,并以沿x軸正方向的速度v水平勻速地通過磁場(chǎng)區(qū)域,若以逆時(shí)針方向?yàn)殡娏髡较?下列圖能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是(

)答案解析解析關(guān)閉答案解析關(guān)閉-23-考點(diǎn)一考點(diǎn)二方法歸納1.解決圖像問題的一般步驟(1)明確圖像的種類,是B-t圖還是Φ-t圖、E-t圖或者I-t圖等。(2)分析電磁感應(yīng)的具體過程。(3)用右手定則或楞次定律確定方向的對(duì)應(yīng)關(guān)系。(4)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等知識(shí)寫出函數(shù)關(guān)系式。(5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系式,進(jìn)行數(shù)學(xué)分析,如分析斜率的變化、截距等。(6)畫圖像或判斷圖像。-24-考點(diǎn)一考點(diǎn)二2.電磁感應(yīng)中圖像類選擇題的兩個(gè)常用方法(1)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)、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)。(2)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)圖像進(jìn)行分析和判斷。-25-考點(diǎn)一考點(diǎn)二突破訓(xùn)練3.(2018·全國(guó)卷Ⅱ)如圖,在同一水平面內(nèi)有兩根平行長(zhǎng)導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間存在依次相鄰的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,區(qū)域?qū)挾染鶠閘,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向交替向上向下,一邊長(zhǎng)為

l的正方形金屬線框在導(dǎo)軌上向左勻速運(yùn)動(dòng)。線框中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的正確圖像可能是(

)答案解析解析關(guān)閉在0~0.5l過程中,前、后兩邊均切割磁感線,產(chǎn)生相同方向(順時(shí)針)、等大不變的電動(dòng)勢(shì),產(chǎn)生順時(shí)針方向、大小不變的電流;在0.5l~l過程中,前、后兩邊均切割磁感線,產(chǎn)生反向、等大不變的電動(dòng)勢(shì),線框中總電動(dòng)勢(shì)為零,電流為零;在l~1.5l過程中,前、后兩邊均切割磁感線,產(chǎn)生相同方向(逆時(shí)針)、等大不變的電動(dòng)勢(shì),產(chǎn)生逆時(shí)針方向、大小不變的電流,選項(xiàng)D正確。答案解析關(guān)閉D-26-考點(diǎn)一考點(diǎn)二4.(多選)矩形導(dǎo)線框abcd放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中處于靜止?fàn)顟B(tài),如圖甲所示。磁場(chǎng)的磁感線方向與導(dǎo)線框所在平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小B隨時(shí)間t變化的圖像如圖乙所示,