高考物理大一輪復(fù)習(xí) 專題8 電磁感應(yīng)中的電路和圖象問(wèn)題課件 新人教版

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1、專題八電磁感應(yīng)中的電路和圖象問(wèn)題一、電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題1電磁感應(yīng)中電路知識(shí)的關(guān)系圖2電磁感應(yīng)中電路問(wèn)題的題型特點(diǎn)閉合電路中磁通量發(fā)生變化或有部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，在回路中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流從而考題中常涉及電流、電壓、電功等的計(jì)算，也可能涉及電磁感應(yīng)與力學(xué)、電磁感應(yīng)與能量的綜合分析3分析電磁感應(yīng)電路問(wèn)題的基本思路【典例1】 (2013廣東卷，36)如圖1(a)所示，在垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的平面內(nèi)，半徑為r的金屬圓盤繞過(guò)圓心O的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，圓心O和邊緣K通過(guò)電刷與一個(gè)電路連接，電路中的P是加上一定正向電壓才能導(dǎo)通的電子元件，流過(guò)電流表的電流I與圓盤角速度的關(guān)系如圖(b)所示，其中ab段和bc

2、段均為直線，且ab段過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，0代表圓盤逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)已知：R3.0 ，B1.0 T，r0.2 m忽略圓盤、電流表和導(dǎo)線的電阻圖圖1(1)根據(jù)圖(b)寫出ab、bc段對(duì)應(yīng)的I與的關(guān)系式；(2)求出圖(b)中b、c兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的P兩端的電壓Ub、Uc；(3)分別求出ab、bc流過(guò)P的電流IP與其兩端電壓UP的關(guān)系式審題指導(dǎo)審題圖，抓轉(zhuǎn)化(1)審圖(b)(2)審圖(a)答案見(jiàn)解析反思總結(jié)電磁感應(yīng)電路的幾個(gè)等效問(wèn)題即學(xué)即練1粗細(xì)均勻的電阻絲圍成圖2所示的線框，置于正方形有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感強(qiáng)度為B，方向垂直于線框平面，圖中abbc2cd2de2ef2fa2L.現(xiàn)使線框以同樣大小的速度v勻速沿四個(gè)不同方向平

3、動(dòng)進(jìn)入磁場(chǎng)，并且速度方向始終與線框先進(jìn)入磁場(chǎng)的那條邊垂直，則線框在通過(guò)如圖所示位置時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是 ()Aab兩點(diǎn)間的電勢(shì)差圖中最大Bab兩點(diǎn)間的電勢(shì)差圖中最大C回路電流圖中最大D回路電流圖中最小圖圖2答案A二、電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題1圖象類型電磁感應(yīng)中主要涉及的圖象有B t圖象、 t圖象、E t圖象和I t圖象還常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I隨線圈位移x變化的圖象，即E x圖象和I x圖象2常見(jiàn)題型圖象的選擇、圖象的描繪、圖象的轉(zhuǎn)換、圖象的應(yīng)用3所用規(guī)律一般包括：左手定則、安培定則、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等4分析步驟(1)明確圖象的種類；(2)分析電磁感應(yīng)的

4、具體過(guò)程；(3)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等規(guī)律寫出函數(shù)方程；(4)根據(jù)函數(shù)方程進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，例如分析斜率的變化、截距等；(5)畫圖象或判斷圖象題型一圖象的選擇問(wèn)題類型問(wèn)題類型由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程選出正確的圖象由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程選出正確的圖象解題關(guān)鍵解題關(guān)鍵根據(jù)題意分析相關(guān)物理量的函數(shù)關(guān)系、分根據(jù)題意分析相關(guān)物理量的函數(shù)關(guān)系、分析物理過(guò)程中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)、明確析物理過(guò)程中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)、明確“、”號(hào)的含義，結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)做正確的判斷號(hào)的含義，結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)做正確的判斷【典例2】(2013全國(guó)新課標(biāo)卷，17)如圖3，在水平面(紙面)內(nèi)有三根相同的均勻金屬棒ab、ac和MN，其中ab、ac在

5、a點(diǎn)接觸，構(gòu)成“V”字型導(dǎo)軌空間存在垂直于紙面的均勻磁場(chǎng)用力使MN向右勻速運(yùn)動(dòng)，從圖示位置開始計(jì)時(shí)，運(yùn)動(dòng)中MN始終與bac的平分線垂直且和導(dǎo)軌保持良好接觸下列關(guān)于回路中電流i與時(shí)間t的關(guān)系圖線，可能正確的是()圖3 答案A即學(xué)即練2如圖4所示，垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的區(qū)域?qū)挾葹?a，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B.一邊長(zhǎng)為a、電阻為4R的正方形均勻?qū)Ь€框ABCD從圖示位置開始沿水平向右方向以速度v勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域，在圖中線框A、B兩端電壓UAB與線框移動(dòng)距離x的關(guān)系圖象正確的是 ()圖4解析進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，注意UAB是路端電壓，大小應(yīng)該是電動(dòng)勢(shì)的四分之三，此時(shí)EBav，所以UAB3Bav/4；完全進(jìn)入后，沒(méi)

6、有感應(yīng)電流，但有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，大小為Bav，穿出磁場(chǎng)時(shí)電壓大小應(yīng)該是電動(dòng)勢(shì)的四分之一，UABBav/4，方向始終是相同，即AB.答案D題型二圖象的轉(zhuǎn)換問(wèn)題問(wèn)題類型類型由一種電磁感應(yīng)的圖象分析求解出對(duì)應(yīng)的另一種由一種電磁感應(yīng)的圖象分析求解出對(duì)應(yīng)的另一種電磁感應(yīng)圖象的問(wèn)題電磁感應(yīng)圖象的問(wèn)題解題解題關(guān)鍵關(guān)鍵(1)要明確已知圖象表示的物理規(guī)律和物理過(guò)程；要明確已知圖象表示的物理規(guī)律和物理過(guò)程；(2)根據(jù)所求的圖象和已知圖象的聯(lián)系，對(duì)另一圖根據(jù)所求的圖象和已知圖象的聯(lián)系，對(duì)另一圖象做出正確的判斷進(jìn)行圖象間的轉(zhuǎn)換象做出正確的判斷進(jìn)行圖象間的轉(zhuǎn)換【典例3】 (2013山東卷，18)將一段導(dǎo)線繞成圖5甲所示的閉

7、合回路，并固定在水平面(紙面)內(nèi)回路的ab邊置于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中回路的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的磁場(chǎng)，以向里為磁場(chǎng)的正方向，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示用F表示ab邊受到的安培力，以水平向右為F的正方向，能正確反應(yīng)F隨時(shí)間t變化的圖象是()圖圖5答案B即學(xué)即練3如圖6甲所示，正六邊形導(dǎo)線框abcdef放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中靜止不動(dòng)，磁場(chǎng)方向與線框平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示t0時(shí)刻，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直紙面向里，設(shè)產(chǎn)生的感應(yīng)電流以順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?、豎直邊cd所受安培力的方向以水平向左為正則下面關(guān)于感應(yīng)電流i和cd邊所受安培力F隨時(shí)間t變化的圖象正確的是()圖圖6

8、解析02 s時(shí)間內(nèi)，負(fù)方向的磁場(chǎng)在減弱，產(chǎn)生正方向的恒定電流，cd邊受安培力向右且減小.2 s3 s時(shí)間內(nèi)，電流仍是正方向，且大小不變，此過(guò)程cd邊受安培力向左且增大.3 s6 s時(shí)間內(nèi)，電流沿負(fù)方向，大小不變，cd邊受安培力先向右后變?yōu)橄蜃?，故選A、C.答案AC題型三圖象的應(yīng)用問(wèn)題問(wèn)題類型類型由電磁感應(yīng)圖象得出的物理量和規(guī)律分析求由電磁感應(yīng)圖象得出的物理量和規(guī)律分析求解動(dòng)力學(xué)、電路等問(wèn)題解動(dòng)力學(xué)、電路等問(wèn)題解題解題關(guān)鍵關(guān)鍵從圖象上讀取有關(guān)信息是求解本題的關(guān)鍵，從圖象上讀取有關(guān)信息是求解本題的關(guān)鍵，圖象是數(shù)理綜合的一個(gè)重要的窗口，在運(yùn)用圖象是數(shù)理綜合的一個(gè)重要的窗口，在運(yùn)用圖象解決物理問(wèn)題時(shí)，

9、第一個(gè)關(guān)鍵是破譯，圖象解決物理問(wèn)題時(shí)，第一個(gè)關(guān)鍵是破譯，即解讀圖象中的關(guān)鍵信息即解讀圖象中的關(guān)鍵信息(尤其是過(guò)程信息尤其是過(guò)程信息)，另一個(gè)關(guān)鍵是轉(zhuǎn)換，即有效地實(shí)現(xiàn)物理信息另一個(gè)關(guān)鍵是轉(zhuǎn)換，即有效地實(shí)現(xiàn)物理信息和數(shù)學(xué)信息的相互轉(zhuǎn)換和數(shù)學(xué)信息的相互轉(zhuǎn)換.【典例4】 水平面上兩根足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌平行固定放置，間距為L(zhǎng)，一端通過(guò)導(dǎo)線與阻值為R的電阻連接；導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m的金屬桿(見(jiàn)圖7甲)，金屬桿與導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì)；磁場(chǎng)豎直向下用與導(dǎo)軌平行的恒定拉力F作用在金屬桿上，桿最終將做勻速運(yùn)動(dòng)當(dāng)改變拉力的大小時(shí)，相對(duì)應(yīng)的勻速運(yùn)動(dòng)速度v也會(huì)變化，v與F的關(guān)系如圖乙(取重力加速度g10 m/s2)圖圖7(1

10、)金屬桿在勻速運(yùn)動(dòng)之前做什么運(yùn)動(dòng)？(2)若m0.5 kg，L0.5 m，R0.5 ，磁感應(yīng)強(qiáng)度B為多大？(3)由v F圖線的截距可求得什么物理量？其值為多少？答案(1)變加速運(yùn)動(dòng)(2)1 T(3)見(jiàn)解析反思總結(jié)(1)定性分析物理圖象要明確圖象坐標(biāo)軸的意義；借助有關(guān)的物理概念、公式、定理和定律做出分析判斷(2)定量計(jì)算弄清圖象所揭示的物理規(guī)律或物理量間的函數(shù)關(guān)系；挖掘圖象中的隱含條件，明確有關(guān)圖線所包圍的面積、圖線的斜率(或其絕對(duì)值)、截距所表示的物理意義即學(xué)即練4如圖8甲所示，垂直紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1.0 T，質(zhì)量m0.04 kg、高h(yuǎn)0.05 m、總電阻R5 、n100匝的

11、矩形線圈豎直固定在質(zhì)量M0.08 kg的小車上，小車與線圈的水平長(zhǎng)度l相等線圈和小車一起沿光滑水平面運(yùn)動(dòng)，并以初速度v110 m/s進(jìn)入磁場(chǎng)，線圈平面和磁場(chǎng)方向始終垂直若小車運(yùn)動(dòng)的速度v隨位移x變化的v x圖象如圖乙所示，則根據(jù)以上信息可知 ()圖圖8A小車的水平長(zhǎng)度l15 cmB磁場(chǎng)的寬度d35 cmC小車的位移x10 cm時(shí)線圈中的電流I7 AD線圈通過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中線圈產(chǎn)生的熱量Q1.92 J解析從x5 cm開始，線圈進(jìn)入磁場(chǎng)，線圈中有感應(yīng)電流，在安培力作用下小車做減速運(yùn)動(dòng)，速度v隨位移x的增大而減小；當(dāng)x15 cm時(shí)，線圈完全進(jìn)入磁場(chǎng)，小車做勻速運(yùn)動(dòng)小車的水平長(zhǎng)度l10 cm，A項(xiàng)錯(cuò)；當(dāng)

12、x30 cm時(shí)，線圈開始離開磁場(chǎng)，則d30 cm5 cm25 cm，B項(xiàng)錯(cuò)； 答案C即學(xué)即練5如圖9甲所示，空間存在一寬度為2L的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里在光滑絕緣水平面內(nèi)有一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形金屬線框，其質(zhì)量m1 kg、電阻R4 ，在水平向左的外力F作用下，以初速度v04 m/s勻減速進(jìn)入磁場(chǎng)，線框平面與磁場(chǎng)垂直，外力F大小隨時(shí)間t變化的圖線如圖乙所示以線框右邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)開始計(jì)時(shí)圖圖9(1)求勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B；(2)求線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，通過(guò)線框的電荷量q；(3)判斷線框能否從右側(cè)離開磁場(chǎng)？說(shuō)明理由附：對(duì)應(yīng)高考題組 1(2011海南單科，6)如圖，EOF和EOF為空間一勻強(qiáng)

13、磁場(chǎng)的邊界，其中EOEO，F(xiàn)OFO，且EOOF；OO為EOF的角平分線，OO間的距離為l；磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里一邊長(zhǎng)為l的正方形導(dǎo)線框沿OO方向勻速通過(guò)磁場(chǎng)，t0時(shí)刻恰好位于圖示位置規(guī)定導(dǎo)線框中感應(yīng)電流沿逆時(shí)針?lè)较驎r(shí)為正，則感應(yīng)電流i與時(shí)間t的關(guān)系圖線可能正確的是 ()答案B2(2011重慶理綜，23)有人設(shè)計(jì)了一種可測(cè)速的跑步機(jī)，測(cè)速原理如圖所示該機(jī)底面固定有間距為L(zhǎng)、長(zhǎng)度為d的平行金屬電極電極間充滿磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且接有電壓表和電阻R.絕緣橡膠帶上鍍有間距為d的平行細(xì)金屬條，磁場(chǎng)中始終僅有一根金屬條，且與電極接觸良好，不計(jì)金屬電阻若橡膠帶勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，電壓表讀數(shù)

14、為U，求：(1)橡膠帶勻速運(yùn)動(dòng)的速率；(2)電阻R消耗的電功率；(3)一根金屬條每次經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域克服安培力做的功3(2012福建卷，18)如圖所示，一圓形閉合銅環(huán)由高處從靜止開始下落，穿過(guò)一根豎直懸掛的條形磁鐵，銅環(huán)的中心軸線與條形磁鐵的中軸線始終保持重合若取磁鐵中心O為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立豎直向下為正方向的x軸，則下圖中最能正確反映環(huán)中感應(yīng)電流i隨環(huán)心位置坐標(biāo)x變化的關(guān)系圖象是()解析閉合銅環(huán)在下落過(guò)程中穿過(guò)銅環(huán)的磁場(chǎng)方向始終向上，磁通量先增加后減少，由楞次定律可判斷感應(yīng)電流的方向要發(fā)生變化，D項(xiàng)錯(cuò)誤；因穿過(guò)閉合銅環(huán)的磁通量的變化率不是均勻變化，所以感應(yīng)電流隨x的變化關(guān)系不可能是線性關(guān)系，A項(xiàng)錯(cuò)誤；銅環(huán)由靜止開始下落，速度較小，所以穿過(guò)銅環(huán)的磁通量的變化率較小，產(chǎn)生的感應(yīng)電流的最大值較小，過(guò)O點(diǎn)后，銅環(huán)的速度增大，磁通量的變化率較大，所以感應(yīng)電流的反向最大值大于正向最大值，故B項(xiàng)正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤答案B4(2012重慶理綜，21)如圖所示，正方形區(qū)域MNPQ內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)在外力作用下，一正方形閉合剛性導(dǎo)線框沿QN方向勻速運(yùn)動(dòng)，t0時(shí)刻，其四個(gè)頂點(diǎn)M、N、P、Q恰好在磁場(chǎng)邊界中點(diǎn)下列圖象中能反映線框所受安培力F的大小隨時(shí)間t變化規(guī)律的是()答案B