2019版高考物理总复习 第十章 电磁感应 能力课1 电磁感应中的图象和电路问题课件.ppt

能力课1电磁感应中的图象和电路问题,热考点电磁感应中的图象问题,1.图象类型(1)电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量、感应电动势E和感应电流I等随时间变化的图象，即Bt图象、t图象、Et图象和It图象。(2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，有时还常涉及感应电动势E和感应电流I等随位移变化的图象，即Ex图象和Ix图象等。2.两类图象问题(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象。(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量。,3.解题关键弄清初始条件、正负方向的对应变化范围、所研究物理量的函数表达式、进出磁场的转折点等是解决此类问题的关键。4.电磁感应中图象类选择题的两个常用方法,命题角度1磁感应强度变化的图象问题【例1】将一段导线绕成图1甲所示的闭合回路，并固定在水平面(纸面)内。回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场中。回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场，以向里为磁场的正方向，其磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示。用F表示ab边受到的安培力，以水平向右为F的正方向，能正确反应F随时间t变化的图象是(),图1,答案B,【变式训练1】(多选)如图2甲所示，在水平面上固定一个匝数为10匝的等边三角形金属线框，总电阻为3，边长为0.4m。金属框处于两个半径为0.1m的圆形匀强磁场中，顶点A恰好位于左边圆的圆心，BC边的中点恰好与右边圆的圆心重合。左边磁场方向垂直纸面向外，右边磁场垂直纸面向里，磁感应强度的变化规律如图乙所示，则下列说法正确是(取3)(),图2,A.线框中感应电流的方向是顺时针方向B.t0.4s时，穿过线框的磁通量为0.005WbC.经过t0.4s，线框中产生的热量为0.3JD.前0.4s内流过线框某截面的电荷量为0.2C,答案CD,命题角度2导体切割磁感线的图象问题【例2】(2018东北三校联考)(多选)如图3所示，M、N为同一水平面内的两条平行长直导轨，左端串联电阻R，金属杆ab垂直导轨放置，金属杆和导轨的电阻不计，杆与导轨间接触良好且无摩擦，整个装置处于竖直方向的匀强磁场中。现对金属杆ab施加一个与其垂直的水平方向的恒力F，使金属杆从静止开始运动。在运动过程中，金属杆的速度大小为v，R上消耗的总能量为E，则下列关于v、E随时间变化的图象可能正确的是(),图3,解析对金属杆ab施加一个与其垂直的水平方向的恒力F，使金属杆从静止开始运动。由于金属杆切割磁感线产生感应电动势和感应电流，受到随速度的增大而增大的安培力作用，所以金属杆做加速度逐渐减小的加速运动，当安培力增大到等于水平方向的恒力F时，金属杆做匀速直线运动，vt图象A正确，B错误；由功能关系知，开始水平方向的恒力F做的功一部分使金属杆动能增大，另一部分转化为电能，被电阻R消耗掉；当金属杆匀速运动后，水平方向的恒力F所做的功等于R上消耗的总能量E，因此Et图象可能正确的是选项D。答案AD,【变式训练2】将一均匀导线围成一圆心角为90的扇形导线框OMN，其中OMR，圆弧MN的圆心为O点，将导线框的O点置于如图4所示的直角坐标系的原点，其中第二和第四象限存在垂直纸面向里的匀强磁场，其磁感应强度大小为B，第三象限存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为2B。从t0时刻开始让导线框以O点为圆心，以恒定的角速度沿逆时针方向做匀速圆周运动，假定沿ONM方向的电流为正，则线框中的电流随时间的变化规律描绘正确的是(),图4,答案B,命题角度3电磁感应中双电源问题与图象的综合【例3】如图5所示为两个有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直纸面向里和向外，磁场宽度均为L，距磁场区域的左侧L处，有一边长为L的正方形导体线框，总电阻为R，且线框平面与磁场方向垂直，现用外力F使线框以速度v匀速穿过磁场区域，以初始位置为计时起点，规定电流沿逆时针方向时的电动势E为正，磁感线垂直纸面向里时磁通量的方向为正，外力F向右为正。则以下关于线框中的磁通量、感应电动势E、外力F和电功率P随时间变化的图象正确的是(),图5,解析当线框运动L时开始进入磁场，磁通量开始增加，当全部进入时达到最大；此后向外的磁通量增加，总磁通量减小；当运动到2.5L时，磁通量最小，故选项A错误；当线框进入第一个磁场时，由EBLv可知，E保持不变，而开始进入第二个磁场时，两边同时切割磁感线，电动势应为2BLv，故选项B错误；因安培力总是与运动方向相反，故拉力应一直向右，故选项C错误；拉力的功率PFv，因速度不变，而线框在第一个磁场时，电流为定值，拉力也为定值；两边分别在两个磁场中时，由选项B的分析可知，电流加倍，回路中总电动势加倍，功率变为原来的4倍；此后从第二个磁场中离开时，安培力应等于线框在第一个磁场中的安培力，所以功率应等于在第一个磁场中的功率，故选项D正确。答案D,【变式训练3】(2018保定模拟)如图6所示为有理想边界的两个匀强磁场，磁感应强度均为B0.5T，两边界间距s0.1m，一边长L0.2m的正方形线框abcd由粗细均匀的电阻丝围成，总电阻为R0.4，现使线框以v2m/s的速度从位置匀速运动到位置，则下列能正确反映整个过程中线框a、b两点间的电势差Uab随时间t变化的图线是(),图6,答案A,常考点电磁感应中的电路问题,1.电磁感应中电路知识的关系图,2.“三步走”分析电路为主的电磁感应问题,【例4】(2017江西新余期末)如图7甲所示，水平面上的两光滑金属导轨平行固定放置，间距d0.5m，电阻不计，左端通过导线与阻值R2的电阻连接，右端通过导线与阻值RL4的小灯泡L连接。在CDFE矩形区域内有垂直于导轨平面向上的匀强磁场，CE长l2m，有一阻值r2的金属棒PQ放置在靠近磁场边界CD处(恰好不在磁场中)。CDFE区域内磁场的磁感应强度B随时间变化的图象如图乙所示。在t0至t4s内，金属棒PQ保持静止，在t4s时使金属棒PQ以某一速度进入磁场区域并保持匀速运动。已知从t0开始到金属棒运动到磁场边界EF处的整个过程中，小灯泡的亮度没有发生变化。求：,(1)通过小灯泡的电流；(2)金属棒PQ在磁场区域中运动的速度大小。,图7,解析(1)在t0至t4s内，金属棒PQ保持静止，磁场变化导致电路中产生感应电动势。等效电路为r与R并联，再与RL串联，电路的总电阻,由于灯泡中电流不变，所以灯泡的电流ILI0.1A，,电动势EIR总Bdv解得棒PQ在磁场区域中运动的速度大小v1m/s。答案(1)0.1A(2)1m/s,【变式训练4】(2018焦作一模)(多选)如图8所示，两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置，间距为l1m，cd间、de间、cf间分别接着阻值R10的电阻。一阻值R10的导体棒ab以速度v4m/s匀速向左运动，导体棒与导轨接触良好；导轨所在平面存在磁感应强度大小B0.5T、方向竖直向下的匀强磁场。下列说法正确的是(),A.导体棒ab中电流的流向为由b到aB.cd两端的电压为1VC.de两端的电压为1VD.fe两端的电压为1V,图8,答案BD,电磁感应中的“杆导轨”模型建构模型能力的培养,模型一“单杆导轨”模型1.单杆水平式(导轨光滑),2.单杆倾斜式(导轨光滑),【例1】如图9所示，足够长的金属导轨固定在水平面上，金属导轨宽度L1.0m，导轨上放有垂直导轨的金属杆P，金属杆质量为m0.1kg，空间存在磁感应强度B0.5T、竖直向下的匀强磁场。连接在导轨左端的电阻R3.0，金属杆的电阻r1.0，其余部分电阻不计。某时刻给金属杆一个水平向右的恒力F，金属杆P由静止开始运动，图乙是金属杆P运动过程的vt图象，导轨与金属杆间的动摩擦因数0.5。在金属杆P运动的过程中，第一个2s内通过金属杆P的电荷量与第二个2s内通过P的电荷量之比为35。g取10m/s2。求：,(1)水平恒力F的大小；(2)前4s内电阻R上产生的热量。,图9,解析(1)由图乙可知金属杆P先做加速度减小的加速运动，2s后做匀速直线运动当t2s时，v4m/s，此时感应电动势EBLv,根据牛顿运动定律有FFmg0解得F0.75N。,设第一个2s内金属杆P的位移为x1，第二个2s内P的位移为x2则1BLx1，2BLx2BLvt又由于q1q235联立解得x28m，x14.8m前4s内由能量守恒定律得,其中QrQRrR13解得QR1.8J。答案(1)0.75N(2)1.8J,模型二“双杆导轨”模型,【例2】两根足够长的固定的平行金属导轨位于同一水平面内，两导轨间的距离为l。导轨上面横放着两根导体棒ab和cd，构成矩形回路，如图10所示。两根导体棒的质量皆为m，电阻皆为R，回路中其它部分的电阻可不计。在整个导轨平面内都有竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B。设两导体棒均可沿导轨无摩擦地滑行，开始时，棒cd静止，棒ab有指向棒cd的初速度v0。若两导体棒在运动中始终不接触，求：,图10,解析(1)从开始到两棒达到相同速度v的过程中，两棒的总动量守恒，有mv02mv，根据能量守恒定律，整个过程中产生的焦耳热,(1)若涉及变力作用下运动问题，可选用动量守恒和能量守恒的方法解决。(2)若涉及恒力或恒定加速度，一般选用动力学的观点。若涉及运动时间问题也可选用动量定理求解。,【针对训练】如图11所示，两根平行的金属导轨，固定在同一水平面上，磁感应强度B0.50T的匀强磁场与导轨所在平面垂直，导轨的电阻很小，可忽略不计。导轨间的距离l0.20m。两根质量均为m0.10kg的平行金属杆甲、乙可在导轨上无摩擦地滑动，滑动过程中与导轨保持垂直，每根金属杆的电阻为R0.50。在t0时