新教科版第11章專題提升課16電磁感應(yīng)中的電路和圖像問題課件（29張）

專題提升課16電磁感應(yīng)中的電路和

圖像問題第十一章專題概要:本專題包括電磁感應(yīng)中的電路和圖像兩個(gè)問題,解答電磁感應(yīng)中的電路問題的關(guān)鍵是分清內(nèi)、外電路,畫出等效電路圖逐步分析;電磁感應(yīng)問題中常常與多種圖像相聯(lián)系,解答時(shí)需理解圖像對(duì)應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式,明確圖像中的關(guān)鍵信息,例如斜率、面積、交點(diǎn)、截距等的含義,然后結(jié)合題目條件形成解答思路?？键c(diǎn)一電磁感應(yīng)中的電路問題(師生共研)1.電磁感應(yīng)中的內(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,其余部分是外電阻。2.電磁感應(yīng)中電路知識(shí)的關(guān)系圖

典例1.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。(1)求流過導(dǎo)體棒的電流I。(2)求t0時(shí)刻導(dǎo)體棒的發(fā)熱功率;推導(dǎo)出回路中的熱功率P隨時(shí)間變化的關(guān)系式,并畫出圖像。思維點(diǎn)撥

用速度和時(shí)間表示切割長度以及回路電阻;明確回路的特點(diǎn),根據(jù)閉合電路歐姆定律計(jì)算電流。規(guī)律方法

電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電路問題的處理方法

對(duì)點(diǎn)演練1.如圖所示,一邊長為l0的正方形金屬框abcd固定在水平面內(nèi),空間存在方向垂直于水平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。一長度大于

l0的均勻?qū)w棒以速率v自左向右在金屬框上勻速滑過,滑動(dòng)過程中導(dǎo)體棒始終與ac垂直且中點(diǎn)位于ac上,導(dǎo)體棒與金屬框接觸良好。已知導(dǎo)體棒單位長度的電阻為r,金屬框電阻可忽略。將導(dǎo)體棒與a點(diǎn)之間的距離記為x,求導(dǎo)體棒所受安培力的大小隨x(0≤x≤l0)變化的關(guān)系式。解析

當(dāng)導(dǎo)體棒與金屬框接觸的兩點(diǎn)間棒的長度為l時(shí),由法拉第電磁感應(yīng)定律知,導(dǎo)體棒上感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為E=Blv①式中,R為這一段導(dǎo)體棒的電阻。按題意有R=rl③此時(shí)導(dǎo)體棒所受安培力大小為F=BlI④2.如圖甲所示,兩根完全相同的光滑平行導(dǎo)軌固定,每根導(dǎo)軌均由兩段與水平面成θ=30°的長直導(dǎo)軌和一段圓弧導(dǎo)軌平滑連接而成,導(dǎo)軌兩端均連接電阻,阻值R1=R2=2Ω,導(dǎo)軌間距L=0.6m。在右側(cè)導(dǎo)軌所在斜面的矩形區(qū)域M1M2P2P1內(nèi)分布有垂直斜面向上的磁場(chǎng),磁場(chǎng)上下邊界M1P1、M2P2的距離d=0.2m,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間的變化規(guī)律如圖乙所示。t=0時(shí)刻,在右側(cè)導(dǎo)軌斜面上與M1P1距離s=0.1m處,有一根阻值r=2Ω的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌由靜止釋放,恰好勻速通過整個(gè)磁場(chǎng)區(qū)域,重力加速度g取10m/s2,導(dǎo)軌電阻不計(jì)。求:(1)ab在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的速度大小v;(2)在t1=0.1s時(shí)刻和t2=0.25s時(shí)刻電阻R1的電功率之比。答案

(1)1m/s

(2)4∶1考點(diǎn)二電磁感應(yīng)中的電荷量和焦耳熱的計(jì)算(師生共研)2.電磁感應(yīng)中的焦耳熱Q=I2Rt可用焦耳定律直接計(jì)算,也可以用能量關(guān)系計(jì)算。典例2.(2022全國乙卷)如圖所示,一不可伸長的細(xì)繩的上端固定,下端系在邊長為l=0.40m的正方形金屬框的一個(gè)頂點(diǎn)上。金屬框的一條對(duì)角線水平,其下方有方向垂直于金屬框所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。已知構(gòu)成金屬框的導(dǎo)線單位長度的阻值為λ=5.0×10-3Ω/m;在t=0到t=3.0s時(shí)間內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間t的變化關(guān)系為B(t)=0.3-0.1t(SI)。求:(1)t=2.0s時(shí)金屬框所受安培力的大小;(2)在t=0到t=2.0s時(shí)間內(nèi)金屬框產(chǎn)生的焦耳熱。思維點(diǎn)撥

首先明確內(nèi)、外電路和受安培力作用電路,然后據(jù)閉合電路歐姆定律得回路電流,代入公式計(jì)算即可。對(duì)點(diǎn)演練3.(多選)(2023甘肅診斷)如圖所示,寬為L的門框形光滑導(dǎo)軌豎直放置,矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)Ⅰ、Ⅱ的高和間距均為d,磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B。質(zhì)量為m的水平金屬桿在磁場(chǎng)Ⅰ上方由靜止釋放,進(jìn)入磁場(chǎng)Ⅰ和Ⅱ時(shí)的速度相等。金屬桿在導(dǎo)軌間的電阻為R,與導(dǎo)軌始終接觸良好,其余部分電阻不計(jì),重力加速度為g,則金屬桿(

)A.在磁場(chǎng)Ⅰ中向下做勻減速直線運(yùn)動(dòng)B.穿過兩磁場(chǎng)克服安培力做的功相等C.穿過磁場(chǎng)Ⅱ的過程通過導(dǎo)體橫截面的電荷量較大D.穿過磁場(chǎng)Ⅱ的過程產(chǎn)生的熱量為2mgd答案

BD面的電荷量相等,C錯(cuò)誤;金屬桿從剛好進(jìn)入上方的磁場(chǎng)到剛好進(jìn)入下方磁場(chǎng)的過程,由動(dòng)能定理得mg·2d-W安=0,由功能關(guān)系得Q=W安=2mgd;由于金屬桿在兩磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況完全相同,則金屬桿穿過磁場(chǎng)Ⅱ的過程產(chǎn)生的熱量為2mgd,D正確。4.(2021浙江卷改編)嫦娥五號(hào)成功實(shí)現(xiàn)月球著陸和返回,鼓舞人心。小明知道月球上沒有空氣,無法靠降落傘減速降落,于是設(shè)計(jì)了一種新型著陸裝置。如圖所示,該裝置由船艙、間距為l的平行導(dǎo)軌、產(chǎn)生垂直導(dǎo)軌平面的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁體和“∧”形剛性線框組成,“∧”形線框ab邊可沿導(dǎo)軌滑動(dòng)并接觸良好。船艙、導(dǎo)軌和磁體固定在一起,總質(zhì)量為m1。整個(gè)裝置豎直著陸到月球表面前瞬間的速度大小為v0,接觸月球表面后線框速度立即變?yōu)榱恪＝?jīng)過減速,在導(dǎo)軌下方緩沖彈簧接觸月球表面前船艙已可視為勻速。已知船艙電阻為3r;“∧”形線框的質(zhì)量為m2,其7條邊的邊長均為l,電阻均為r;月球表面的重力加速度為

。整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中只有ab邊在磁場(chǎng)中,線框與月球表面絕緣,不計(jì)導(dǎo)軌電阻和摩擦阻力。(1)求著陸裝置接觸到月球表面后瞬間線框ab邊產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)E0。(2)通過畫等效電路圖,求著陸裝置接觸到月球表面后瞬間流過ab的電流I0。(3)求船艙勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度大小v。答案

(1)Blv0解析

(1)電動(dòng)勢(shì)E0=Blv0。(2)等效電路圖如圖所示,總電阻R=2r考點(diǎn)三電磁感應(yīng)中的圖像問題(師生共研)1.分析電磁感應(yīng)圖像問題的思路

2.解決電磁感應(yīng)圖像問題的“三點(diǎn)關(guān)注”(1)關(guān)注初始時(shí)刻,如初始時(shí)刻感應(yīng)電流是否為零,是正方向還是負(fù)方向。(2)關(guān)注變化過程,看電磁感應(yīng)發(fā)生的過程分為幾個(gè)階段,這幾個(gè)階段是否和圖像變化相對(duì)應(yīng)。(3)關(guān)注大小、方向的變化趨勢(shì),看圖線斜率的大小、圖線的曲、直是否和物理過程對(duì)應(yīng)。典例3.(2020天津卷)如圖所示,垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t均勻變化。正方形硬質(zhì)金屬框abcd放置在磁場(chǎng)中,金屬框平面與磁場(chǎng)方向垂直,電阻R=0.1Ω,邊長l=0.2m。求:(1)在t=0到t=0.1s時(shí)間內(nèi),金屬框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E;(2)t=0.05s時(shí),金屬框ab邊受到的安培力F的大小和方向;(3)在t=0到t=0.1s時(shí)間內(nèi),金屬框中電流的電功率P。思維點(diǎn)撥

(1)本題中給出了B-t圖像,而根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有兩種特則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是恒定不變的。(2)本題中斜率不變,即電動(dòng)勢(shì)不變,電流不變,計(jì)算功率時(shí)直接應(yīng)用P=I2R即可。答案

(1)0.08V(2)0.016N,方向垂直于ab向左(3)0.064W解析

(1)在t=0到t=0.1

s的時(shí)間Δt內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量ΔB=0.2

T,設(shè)穿過金屬框的磁通量變化量為ΔΦ,有ΔΦ=ΔBl2由圖可知,t=0.05

s時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1=0.1

T,金屬框ab邊受到的安培力F=IlB1聯(lián)立解得F=0.016

N方向垂直于ab向左。(3)在t=0到t=0.1

s時(shí)間內(nèi),金屬框中電流的電功率P=I2R聯(lián)立解得P=0.064

W。答案

B6.(多選)(2020山東卷)如圖所示,平面直角坐標(biāo)系的第一和第二象