高考物理大一轮复习 专题8 电磁感应中的电路和图象问题课件 新人教版.ppt

专题八电磁感应中的电路和图象问题 一 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 电磁感应中电路问题的题型特点闭合电路中磁通量发生变化或有部分导体做切割磁感线运动 在回路中将产生感应电动势和感应电流 从而考题中常涉及电流 电压 电功等的计算 也可能涉及电磁感应与力学 电磁感应与能量的综合分析 3 分析电磁感应电路问题的基本思路 典例1 2013 广东卷 36 如图1 a 所示 在垂直于匀强磁场b的平面内 半径为r的金属圆盘绕过圆心o的轴转动 圆心o和边缘k通过电刷与一个电路连接 电路中的p是加上一定正向电压才能导通的电子元件 流过电流表的电流i与圆盘角速度 的关系如图 b 所示 其中ab段和bc段均为直线 且ab段过坐标原点 0代表圆盘逆时针转动 已知 r 3 0 b 1 0t r 0 2m 忽略圆盘 电流表和导线的电阻 图1 1 根据图 b 写出ab bc段对应的i与 的关系式 2 求出图 b 中b c两点对应的p两端的电压ub uc 3 分别求出ab bc流过p的电流ip与其两端电压up的关系式 审题指导审题图 抓转化 1 审图 b 2 审图 a 答案见解析 反思总结电磁感应电路的几个等效问题 即学即练1粗细均匀的电阻丝围成图2所示的线框 置于正方形有界匀强磁场中 磁感强度为b 方向垂直于线框平面 图中ab bc 2cd 2de 2ef 2fa 2l 现使线框以同样大小的速度v匀速沿四个不同方向平动进入磁场 并且速度方向始终与线框先进入磁场的那条边垂直 则线框在通过如图所示位置时 下列说法中正确的是 a ab两点间的电势差图 中最大b ab两点间的电势差图 中最大c 回路电流图 中最大d 回路电流图 中最小 图2 答案a 二 电磁感应中的图象问题1 图象类型电磁感应中主要涉及的图象有b t图象 t图象 e t图象和i t图象 还常涉及感应电动势e和感应电流i随线圈位移x变化的图象 即e x图象和i x图象 2 常见题型图象的选择 图象的描绘 图象的转换 图象的应用 3 所用规律一般包括 左手定则 安培定则 楞次定律 法拉第电磁感应定律 欧姆定律 牛顿运动定律等 4 分析步骤 1 明确图象的种类 2 分析电磁感应的具体过程 3 结合法拉第电磁感应定律 欧姆定律 牛顿运动定律等规律写出函数方程 4 根据函数方程进行数学分析 例如分析斜率的变化 截距等 5 画图象或判断图象 题型一图象的选择 典例2 2013 全国新课标卷 17 如图3 在水平面 纸面 内有三根相同的均匀金属棒ab ac和mn 其中ab ac在a点接触 构成 v 字型导轨 空间存在垂直于纸面的均匀磁场 用力使mn向右匀速运动 从图示位置开始计时 运动中mn始终与 bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触 下列关于回路中电流i与时间t的关系图线 可能正确的是 图3 答案a 即学即练2如图4所示 垂直纸面向里的匀强磁场的区域宽度为2a 磁感应强度的大小为b 一边长为a 电阻为4r的正方形均匀导线框abcd从图示位置开始沿水平向右方向以速度v匀速穿过磁场区域 在图中线框a b两端电压uab与线框移动距离x的关系图象正确的是 图4 解析进入磁场时 注意uab是路端电压 大小应该是电动势的四分之三 此时e bav 所以uab 3bav 4 完全进入后 没有感应电流 但有感应电动势 大小为bav 穿出磁场时电压大小应该是电动势的四分之一 uab bav 4 方向始终是相同 即 a b 答案d 题型二图象的转换 典例3 2013 山东卷 18 将一段导线绕成图5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5 答案b 即学即练3如图6甲所示 正六边形导线框abcdef放在匀强磁场中静止不动 磁场方向与线框平面垂直 磁感应强度b随时间t的变化关系如图乙所示 t 0时刻 磁感应强度b的方向垂直纸面向里 设产生的感应电流以顺时针方向为正 竖直边cd所受安培力的方向以水平向左为正 则下面关于感应电流i和cd边所受安培力f随时间t变化的图象正确的是 图6 解析0 2s时间内 负方向的磁场在减弱 产生正方向的恒定电流 cd边受安培力向右且减小 2s 3s时间内 电流仍是正方向 且大小不变 此过程cd边受安培力向左且增大 3s 6s时间内 电流沿负方向 大小不变 cd边受安培力先向右后变为向左 故选a c 答案ac 题型三图象的应用 典例4 水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置 间距为l 一端通过导线与阻值为r的电阻连接 导轨上放一质量为m的金属杆 见图7甲 金属杆与导轨的电阻忽略不计 磁场竖直向下 用与导轨平行的恒定拉力f作用在金属杆上 杆最终将做匀速运动 当改变拉力的大小时 相对应的匀速运动速度v也会变化 v与f的关系如图乙 取重力加速度g 10m s2 图7 1 金属杆在匀速运动之前做什么运动 2 若m 0 5kg l 0 5m r 0 5 磁感应强度b为多大 3 由v f图线的截距可求得什么物理量 其值为多少 答案 1 变加速运动 2 1t 3 见解析 反思总结 1 定性分析物理图象 要明确图象坐标轴的意义 借助有关的物理概念 公式 定理和定律做出分析判断 2 定量计算 弄清图象所揭示的物理规律或物理量间的函数关系 挖掘图象中的隐含条件 明确有关图线所包围的面积 图线的斜率 或其绝对值 截距所表示的物理意义 即学即练4如图8甲所示 垂直纸面向里的有界匀强磁场的磁感应强度b 1 0t 质量m 0 04kg 高h 0 05m 总电阻r 5 n 100匝的矩形线圈竖直固定在质量m 0 08kg的小车上 小车与线圈的水平长度l相等 线圈和小车一起沿光滑水平面运动 并以初速度v1 10m s进入磁场 线圈平面和磁场方向始终垂直 若小车运动的速度v随位移x变化的v x图象如图乙所示 则根据以上信息可知 图8 a 小车的水平长度l 15cmb 磁场的宽度d 35cmc 小车的位移x 10cm时线圈中的电流i 7ad 线圈通过磁场的过程中线圈产生的热量q 1 92j解析从x 5cm开始 线圈进入磁场 线圈中有感应电流 在安培力作用下小车做减速运动 速度v随位移x的增大而减小 当x 15cm时 线圈完全进入磁场 小车做匀速运动 小车的水平长度l 10cm a项错 当x 30cm时 线圈开始离开磁场 则d 30cm 5cm 25cm b项错 答案c 即学即练5如图9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 以线框右边刚进入磁场时开始计时 图9 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 附 对应高考题组1 2011 海南单科 6 如图 eof和e o f 为空间一匀强磁场的边界 其中eo e o fo f o 且eo of oo 为 eof的角平分线 oo 间的距离为l 磁场方向垂直于纸面向里 一边长为l的正方形导线框沿o o方向匀速通过磁场 t 0时刻恰好位于图示位置 规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正 则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是 答案b 2 2011 重庆理综 23 有人设计了一种可测速的跑步机 测速原理如图所示 该机底面固定有间距为l 长度为d的平行金属电极 电极间充满磁感应强度为b 方向垂直纸面向里的匀强磁场 且接有电压表和电阻r 绝缘橡胶带上镀有间距为d的平行细金属条 磁场中始终仅有一根金属条 且与电极接触良好 不计金属电阻 若橡胶带匀速运动时 电压表读数为u 求 1 橡胶带匀速运动的速率 2 电阻r消耗的电功率 3 一根金属条每次经过磁场区域克服安培力做的功 3 2012 福建卷 18 如图所示 一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落 穿过一根竖直悬挂的条形磁铁 铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴线始终保持重合 若取磁铁中心o为坐标原点 建立竖直向下为正方向的x轴 则下图中最能正确反映环中感应电流i随环心位置坐标x变化的关系图象是 解析闭合铜环在下落过程中穿过铜环的磁场方向始终向上 磁通量先增加后减少 由楞次定律可判断感应电流的方向要发生变化 d项错误 因穿过闭合铜环的磁通量的变化率不是均匀变化 所以感应电流随x的变化关系不可能是线性关系 a项错误 铜环由静止开始下落 速度较小 所以穿过铜环的磁通量的变化率较小 产生的感应电流的最大值较