高考物理一轮总复习 高考热点专题 电磁感应中的四类图像问题课件 新人教版.ppt

高考热点专题 九 电磁感应中的四类图像问题 热点概述 电磁感应的图像问题能检测学生灵活处理物理新情景问题的能力 是近几年高考的热点 图像问题考查的知识 规律灵活多样 常见的如表所示 热点透析 一 图像的选择 例证1 如图甲所示 两固定的竖直光滑金属导轨足够长且电阻不计 两质量 长度均相同的导体棒c d 置于边界水平的匀强磁场上方同一高度h处 磁场宽为3h 方向与导轨平面垂直 先由静止释放c c刚进入磁场即匀速运动 此时再由静止释放d 两导体棒与导轨始终保持良好接触 用ac表示c的加速度 ekd表示d的动能 xc xd分别表示c d相对释放点的位移 图乙中正确的是 解析 选b 导体棒c在进入磁场之前做自由落体运动 进入磁场时在d进入磁场之前做匀速直线运动 受力平衡 mg f安 在d也进入磁场的瞬间 由于导体棒d做匀加速直线运动的末速度与导体棒c的匀速运动的速度相同 可知在相同时间里导体棒c向下的位移是导体棒d位移的两倍 在导体棒d进入磁场时导体棒c的位移为3h 从此时刻直到c离开磁场 由于两棒运动的速度大小 方向均相同 没有产生感应电流 导体棒c d均做匀加速直线运动 加速度等于重力加速度 可以得出在第一个h内导体棒c做自由落体运动 h到3h做匀速直线运动 3h到4h以g做匀加速直线运动 在导体棒c离开磁场以后 只受重力 加速度等于重力加速度 故b正确 a错误 导体棒d在c离开磁场时的速度比刚进入磁场时的速度大 故导体棒d的匀加速过程在此时结束 对应的下落高度为2h而非h 从此时开始直到导体棒d离开磁场经历了一个减速过程 故c d错误 二 图像的描绘 例证2 2012 浙江高考 为了提高自行车夜间行驶的安全性 小明同学设计了一种 闪烁 装置 如图所示 自行车后轮由半径r1 5 0 10 2m的金属内圈 半径r2 0 40m的金属外圈和绝缘辐条构成 后轮的内 外圈之间等间隔地接有4根金属条 每根金属条的中间均串联有一电阻值为r的小灯泡 在支架上装有磁铁 形成了磁感应强度b 0 10t 方向垂直纸面向外的 扇形 匀强磁场 其内半径为r1 外半径为r2 张角后轮以角速度 2 rad s相对于转轴转动 若不计其他电阻 忽略磁场的边缘效应 1 当金属条ab进入 扇形 磁场时 求感应电动势e 并指出ab上的电流方向 2 当金属条ab进入 扇形 磁场时 画出 闪烁 装置的电路图 3 从金属条ab进入 扇形 磁场时开始 经计算画出轮子转一圈过程中 内圈与外圈之间电势差uab随时间t变化的uab t图像 4 若选择的是 1 5v 0 3a 的小灯泡 该 闪烁 装置能否正常工作 有同学提出 通过改变磁感应强度b 后轮外圈半径r2 角速度 和张角 等物理量的大小 优化前同学的设计方案 请给出你的评价 解析 1 金属条ab进入磁场切割磁感线 所构成的回路的磁通量也会变化 设经过时间 t磁通量的变化量为 则由法拉第电磁感应定律得 根据右手定则 可知电流方向为b a 2 金属条ab进入磁场 金属条ab相当于一个电源 电路如图所示 3 由电路图可得电路总电阻a b两端的电势差 以ab刚进入磁场区域为t 0时刻 设ab离开磁场区域的时刻为t1 下一根金属条进入磁场区域的时刻为t2 则轮子转一周的时间在t 1s内 金属条有四次进出 后三次与第一次相同 画出的uab t图像如图所示 4 闪烁 装置不能正常工作 因为金属条的感应电动势只有4 9 10 2v 远小于小灯泡的额定电压 小灯泡不能发光 由可知 增大b 可提高感应电动势e 但增大b是有限度的 增大r2 可提高感应电动势e 但增大r2也是有限度的 且增大r2还要考虑金属条电阻的影响 增大 可提高感应电动势e 但增大 也是有限度的 增大 e不变 不能提高感应电动势e 答案 1 4 9 10 2vb a 2 电路如图所示 3 画出uab t图像如图所示 4 闪烁 装置不能正常工作增大b 可提高感应电动势e 但增大b是有限度的 增大r2 可提高感应电动势e 但增大r2也是有限度的 且增大r2还要考虑金属条电阻的影响 增大 可提高感应电动势e 但增大 也是有限度的 增大 e不变 不能提高感应电动势e 三 图像的转换 例证3 在竖直向上的匀强磁场中 水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈 规定线圈中感应电流的正方向如图所示 当磁场的磁感应强度b随时间t如图变化时 在图中正确表示线圈感应电动势e变化的是 解析 选a 在第1s内 由楞次定律可判定电流为正 其产生的感应电动势在第2s和第3s内 磁场b不变化 线圈中无感应电流 在第4s和第5s内 b减小 由楞次定律可判定 其电流为负 产生的感应电动势由于 b1 b2 t2 2 t1 故e1 2e2 由此可知 a选项正确 四 图像的应用 例证4 如图所示 一对平行光滑轨道放置在水平面上 两轨道间距l 0 20m 电阻r 1 0 有一导体杆静止地放在轨道上 与两轨道垂直 杆及轨道的电阻皆可忽略不计 整个装置处于磁感应强度b 0 5 的匀强磁场中 磁场方向垂直轨道面向下 现有一外力f沿轨道方向拉杆 使之做匀加速运动 测得力f与时间t的关系如图所示 求杆的质量m和加速度a 解析 导体杆在轨道上做初速度为零的匀加速直线运动 用v表示瞬时速度 t表示时间 则杆切割磁感线产生的感应电动势为e blv blat 闭合回路中的感应电流为由安培力公式和牛顿第二定律得 f ilb ma 得 在图像上取两点 0 1 30 4 代入解方程组得 a 10m s2 m 0 1kg 答案 0 1kg10m s2 1 2014 漳州模拟 如图所示 在坐标系xoy中 有边长为a的正方形金属线框abcd 其一条对角线ac和y轴重合 顶点a位于坐标原点o处 在y轴的右侧的 象限内有一垂直纸面向里的匀强磁场 磁场的上边界与线框的ab边刚好完全重合 左边界与y轴重合 右边界与y轴平行 t 0时刻 线框以恒定的速度v沿垂直于磁场上边界的方向穿过磁场区域 取沿a b c d a的感应电流方向为正 则在线框穿越磁场区域的过程中 感应电流i ab间的电势差uab随时间t变化的图线是图中的 热点集训 解析 选a 在线框穿越磁场区域的过程中 0 时间内 ab边切割磁感线 且有效长度随时间均匀减小 时间内 cd边切割磁感线 且有效长度随时间均匀减小 由法拉第电磁感应定律 楞次定律和闭合电路欧姆定律可得 感应电流i随时间t变化的图线是图中的a 设ab边电阻为r 有效切割长度为l 在ab边切割磁感线的过程中 ab间的电势差大小uab 在cd边切割磁感线的过程中 ab间的电势差大小uab 两种情况下uab都为负值 故c d图均错误 2 如图甲所示 由均匀电阻丝做成的正方形线框abcd的电阻为r 边长为l 现将线框以与ab垂直的速度v匀速穿过一宽度为2l 磁感应强度为b的匀强磁场区域 整个过程中ab cd两边始终保持与边界平行 令线框的cd边刚与磁场左边界重合时t 0 电流沿abcda流动的方向为正 1 求此过程中