（课标通用版）2020版高考物理总复习第十章03微专题7电磁感应中的电路和图像问题课件.pptx

微专题7电磁感应中的电路和图像问题,考点一电磁感应中的电路问题,考点二电磁感应中的图像问题,考点三电磁感应中电路和图像的综合问题,考点突破,考点一电磁感应中的电路问题,考点突破,1.电磁感应电路中的五个等效问题,2.电磁感应中电路知识的关系图,3.分析电磁感应电路问题的基本思路,例1在同一水平面的光滑平行导轨P、Q相距l=1m,导轨左端接有如图所示的电路。其中水平放置的平行板电容器两极板M、N相距d=10mm,定值电阻R1=R2=12,R3=2,金属棒ab的电阻r=2,其他电阻不计。磁感应强度B=0.5T的匀强磁场竖直穿过导轨平面,当金属棒ab沿导轨向右匀速运动时,质量m=110-14kg、电荷量q=-110-14C的微粒(图中未画出)悬浮于电容器两极板之间恰好静止不动。取g=10m/s2,在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好,且速度保持恒定。试求:,(1)匀强磁场的方向;(2)金属棒ab两端的电压;(3)金属棒ab运动的速度大小。,解析(1)微粒受到重力和电场力的作用处于静止状态,因为重力竖直向下,所以电场力竖直向上,故M板带正电。ab棒向右做切割磁感线运动产生感应电动势,ab棒等效于电源,感应电流方向由ba,其a端相当于电源的正极,由右手定则可判断,磁场方向竖直向下。(2)微粒受到重力和电场力的作用处于静止状态,根据平衡条件有mg=Eq又E=,所以UMN=0.1VR3两端电压与电容器两端电压相等,由欧姆定律得通过R3的电流为I=,答案(1)竖直向下(2)0.4V(3)1m/s,=0.05A则ab棒两端的电压Uab=UMN+I=0.4V(3)由法拉第电磁感应定律得感应电动势E=Blv由闭合电路欧姆定律得E=Uab+Ir=0.5V联立解得v=1m/s,考向1导体切割磁感线的电路结构分析1.如图所示,间距L=1m的两根足够长的固定水平平行导轨间存在着匀强磁场,其磁感应强度大小B=1T、方向垂直于纸面向里,导轨上有一金属棒MN与导轨垂直且在水平拉力F作用下以v=2m/s的速度水平向左匀速运动。R1=8,R2=12,C=6F,导轨和金属棒的电阻及一切摩擦均不计。开关S1、S2闭合,电路稳定后,求:,(1)通过R2的电流I的大小和方向;(2)拉力F的大小;(3)开关S1断开后通过R2的电荷量Q。,解析(1)开关S1、S2闭合后,根据右手定则可知金属棒中的感应电流方向是由MN,所以通过R2的电流方向是由ba。MN中产生的感应电动势的大小E=BLv流过R2的电流I=代入数据解得I=0.1A。(2)金属棒做匀速运动,受力平衡,有F=F安F安=BIL代入数据解得F=0.1N。,答案(1)0.1A方向ba(2)0.1N(3)7.210-6C,(3)开关S1、S2闭合,电路稳定后,电容器所带电荷量Q1=CU2=CIR2S1断开后,流过R2的电荷量Q等于电容器所带电荷量的减少量,即Q=Q1-0代入数据解得Q=7.210-6C。,考向2导体转动切割磁感线的电路结构分析2.(2018河南八市质检)如图所示,导体杆OP在作用于OP中点且垂直于OP的力F作用下,绕O轴沿半径为r的光滑半圆形框架在匀强磁场中以一定的角速度转动,磁场的磁感应强度为B,A、O间接有电阻R,导体杆和框架电阻不计,回路中的总电功率为P,则(),A.外力的大小为2BrB.外力的大小为BrC.导体杆转动的角速度为D.导体杆转动的角速度为,答案C解析设导体杆转动的角速度为,则导体杆转动切割磁感线产生的感应电动势E=Br2,感应电流I=,根据题述回路中的总电功率为P,则P=EI,联立得=,故C正确,D错误;设维持导体杆匀速转动的外力为F,则有P=,v=r,联立解得F=Br,选项A、B错误。,考向3变化磁场的电路结构分析3.如图所示,a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成,匝数均为10匝,边长la=3lb,图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀增大,不考虑线圈之间的相互影响,则(B)A.两线圈内产生顺时针方向的感应电流B.a、b线圈中感应电动势之比为91,C.a、b线圈中感应电流之比为34D.a、b线圈中电功率之比为31,解析磁场均匀增大,穿过两线圈的磁通量增大,根据楞次定律可知两线圈内会产生逆时针方向的感应电流,选项A错误;由法拉第电磁感应定律E=n=nl2,得=,选项B正确;由电阻定律R=,得=,由闭合电路欧姆定律可得I=,即=,选项C错误;由P=得=,选项D错误。,方法技巧,考点二电磁感应中的图像问题,1.图像问题的求解类型,2.电磁感应图像问题的解决方法,3.电磁感应中图像类选择题的两种常见解法(1)排除法:定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化),特别是物理量的正负,排除错误的选项。(2)函数法:根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系,然后由函数关系对图像做出分析和判断,这未必是最简捷的方法,但却是最有效的方法。,例2(多选)(2019黑龙江大庆检测)如图所示,电阻不计、间距为l的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中,导轨左端接一定值电阻R。质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上,受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动,外力F与金属棒速度v的关系是F=F0+kv(F0、k是常量),金属棒与导轨始终垂直且接触良好。金属棒中感应电流为i,受到的安培力大小为FA,电阻R两端的电压为UR,感应电流的功率为P,它们随时间t的变化图像可能正确的有(),答案BC解析金属棒MN相当于电源,其感应电动势E=Blv,感应电流I=即IvFA=BIl=即:FAvUR=IR=R即:URvP=IE=即:Pv2对金属棒MN:F-FA=ma,F0+kv-v=maF0+v=ma若k-0,随着v增大,a也增大,棒做加速度增大的加速运动,B项正确。若k-0,随着v增大,a减小,棒做加速度减小的加速运动,当a=0时,v达到最大,之后保持不变,C项正确。若k-=0,则a=,金属棒做匀加速运动。综上可知A、D项错误。,考向1根据图像判断电磁感应过程1.如图甲所示,线圈ABCD固定于匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向外,当磁场变化时,线圈AB边所受安培力向右且变化规律如图乙所示,则磁场的变化情况可能是选项图中的(),答案D解析由题意知AB边受向右的恒定的安培力,由左手定则可知线圈中电流方向沿顺时针方向,由楞次定律知原磁场增强,因安培力不变,根据F=BIL知,B增大,I必减小,则感应电动势减小,再结合E=,分析可知A、B、C错误,D正确。,考向2导体切割磁感线的图像问题2.(多选)(2017课标,20,6分)两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直。边长为0.1m、总电阻为0.005的正方形导线框abcd位于纸面内,cd边与磁场边界平行,如图(a)所示。已知导线框一直向右做匀速直线运动,cd边于t=0时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图(b)所示(感应电流的方向为顺时针时,感应电动势取正)。下列说法正确的是(),A.磁感应强度的大小为0.5TB.导线框运动速度的大小为0.5m/sC.磁感应强度的方向垂直于纸面向外D.在t=0.4s至t=0.6s这段时间内,导线框所受的安培力大小为0.1N,答案BC解析导线框匀速进入磁场时速度v=m/s=0.5m/s,选项B正确;由E=BLv,得B=T=0.2T,选项A错误;由右手定则可确定磁感应强度方向垂直于纸面向外,选项C正确;导线框所受安培力F=BLI=BL=0.20.1N=0.04N,选项D错误。,考向3磁场变化的图像问题3.将一段导线绕成图甲所示的闭合回路,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变化的图像如图乙所示。用F表示ab边受到的安培力,以水平向右为F的正方向,能正确反映F随时间t变化的图像是(),答案B解析由图乙知,0内,=-k(常量),T内,=k(常量),由法拉第电磁感应定律及楞次定律知,回路中产生的电流为方波形交流电。0内电流由b到a,由F=BIL和左手定则,知安培力F恒定且水平向左,为负;同理T内,F恒定且水平向右,为正,故B正确,A、C、D错误。,考点三电磁感应中电路和图像的综合问题,1.如图甲所示,一个圆形线圈的匝数n=100匝,线圈的面积S=200cm2,线圈的电阻r=1,线圈外接一个阻值R=4的电阻,把线圈放入一方向垂直线圈平面向里的匀强磁场中,磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。下列说法中正确的是(),A.线圈中的感应电流方向为顺时针方向B.电阻R两端的电压随时间均匀增大C.线圈电阻r消耗的功率为410-4WD.前4s内通过R的电荷量为410-4C,答案C解析由楞次定律及安培定则可知,线圈中的感应电流方向为逆时针方向,选项A错误;由法拉第电磁感应定律可知,产生的感应电动势恒定,为E=0.1V,电阻R两端的电压U=R=0.08V,不随时间变化,选项B错误;回路中电流I=0.02A,线圈电阻r消耗的功率P=I2r=410-4W,选项C正确;前4s内通过R的电荷量q=It=0.08C,选项D错误。,2.如图甲所示,空间存在一宽度为2L的有界匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里。在光滑绝缘水平面内有一边长为L的正方形金属线框,其质量m=1kg、电阻R=4,在水平向左的外力F作用下,以初速度v0=4m/s匀减速进入磁场,线框平面与磁场垂直,外力F大小随时间t变化的图线如图乙所示。以线框右边进入磁场时开始计时。(1)求匀强磁场的磁感应强度B;(2)求线框进入磁场的过程中,通过线框的电荷量q;(3)判断线框能否从右侧离开磁场?说明理由。,答案(1)0.33T(2)0.75C(3)不能理由见解析,解析(1)由F-t图像可知,线框的加速