高考物理大二轮复习 专题四 电路与电磁感应 14 电磁感应的电路和图象问题课件.ppt

第14讲电磁感应的电路和图象问题 2 以闭合电路为核心的电磁感应问题 典题1 2017杭州西湖高级中学期末 如图所示 mn与pq是两条水平放置彼此平行的光滑金属导轨 导轨间距为l 0 5m 质量m 1kg 电阻r 0 5 的金属杆ab垂直跨接在导轨上 匀强磁场的磁感线垂直纸面向里 磁感应强度的大小为b 2t 导轨左端接阻值r 2 的电阻 导轨电阻不计 t 0时刻ab杆受水平拉力f的作用后由静止开始向右做匀加速运动 第4s末 ab杆的速度为v 2m s 重力加速度g取10m s2 求 3 1 4s末ab杆受到的安培力f安的大小 2 若0 4s时间内 电阻r上产生的焦耳热为1 7j 求这段时间内水平拉力f做的功 3 若第4s末以后 拉力不再变化 且知道4s末至金属杆ab达到最大速度过程中通过杆的电荷量q 1 6c 则此过程金属杆ab克服安培力做功w安为多少 答案 1 0 8n 2 4 125j 3 1 92j 4 3 4s末ab杆运动的加速度为 由牛顿第二定律可得f f安 ma 得第4s末拉力f 1 3n4s后当加速度a 0时 ab杆的速度达到最大 所以速度最大时 5 解题技法电磁感应与电路知识的关系图 6 解决电磁感应中的电路问题三步曲 7 当堂练1 2018年3月浙江十校联盟高三适应性考试 如图所示 正方形单匝均匀线框abcd质量m 2 4 10 2kg 边长l 0 4m 每条边电阻相等 总电阻r 0 5 一根足够长的绝缘轻质细线跨过两个轻质光滑定滑轮 细线一端连接正方形线框 另一端连接质量为m 1 6 10 2kg的绝缘物体p 物体p放在一个光滑的足够长的固定斜面上 斜面倾角 30 斜面上方的细线与斜面平行 线框释放前细线绷紧 在正方形线框正下方有一有界的匀强磁场 上边界 和下边界 都水平 两边界之间的距离h1 0 65m 磁场方向水平且垂直纸面向里 现让正方形线框的cd边距上边界 的正上方高度h 0 5m处由静止释放 线框在运动过程中dc边始终保持水平且与磁场垂直 物体p始终在斜面上运动 线框cd边进入磁场上边界 时刚好匀速运动 线框ab边刚进入磁场上边界 时 线框上方的绝缘轻质细线突然断裂 不计空气阻力 求 8 1 线框cd边从磁场上边界 进入时的速度v0 2 匀强磁场的磁感应强度大小b 3 线框穿过磁场过程中产生的焦耳热q 答案 1 2m s 2 0 5t 3 0 16j 9 10 电磁感应相关图象综合问题 典题2 2017浙江杭州萧山高三模拟 如图甲所示 两光滑导轨都由水平 倾斜两部分圆滑对接而成 相互平行放置 两导轨相距l 1m 倾斜导轨与水平面成 30 角 倾斜导轨的下面部分处在一垂直斜面的匀强磁场区 中 区中磁场的磁感应强度b1随时间变化的规律如图乙所示 图中t1 t2未知 水平导轨足够长 其左端接有理想的灵敏电流计g和定值电阻r 3 水平导轨处在一竖直向上的匀强磁场区 中 区中的磁场恒定不变 磁感应强度大小为b2 1t 在t 0时刻 从斜轨上磁场 区外某处垂直于导轨水平释放一金属棒ab 棒的质量m 0 1kg 电阻r 2 棒下滑时与导轨保持良好接触 棒由斜轨滑向水平轨时无机械能损失 导轨的电阻不计 若棒在斜面上向下滑动的整个过程中 灵敏电流计g的示数大小保持不变 t2时刻进入水平轨道 立刻对棒施一平行于框架平面沿水平方向且与杆垂直的外力 g取10m s2 求 11 12 1 0 t1时间内导体棒的加速度大小 2 磁场区 在沿斜轨方向上的宽度d 3 棒从开始运动到刚好进入水平轨道这段时间内ab棒上产生的热量 4 若棒在t2时刻进入水平导轨后 电流计g的电流大小i随时间t变化的关系如图丙所示 i0未知 已知t2到t3的时间为0 5s t3到t4的时间为1s 请在图丁中作出t2到t4时间内外力大小f随时间t变化的函数图象 不需要解答过程 答案 1 5m s 2 0 625m 3 0 375j 4 见解析 13 解析 1 a gsin 5m s2 2 电流计的示数不变 说明在整个下滑过程中回路的电动势是不变的 说明在b变化时和不变时感应电动势大小一样 所以可以判断在t1时刻棒刚好进入磁场区域且做匀速直线运动 没进入磁场以前做匀加速直线运动 加速度是a gsin 5m s2 v at1 解得t1 0 5s 又e1 blv e1 e2 可得d 0 625m 14 3 ab棒进入磁场以前 棒上产生的热量为q1 i2rt1 0 52 2 0 5j 0 25j取ab棒在斜轨磁场中运动为研究过程 mgdsin q2 0 q2 0 3125j 则棒上产生的总热量是qr q1 q2r 0 375j或qr i2r t1 t2 0 375j 15 4 因为e blv 所以刚进水平轨道时的电动势是e 2 5v 取t2时刻为零时刻 则根据图线可以写出i t的方程式 i 0 5 t a 则v 2 5 5t m s 得a1 5m s2 由牛顿第二定律可得f bil ma1 所以有f t 将其画在坐标系里 取t3时刻为零时刻 由题图丙可以同理得出t3时刻后i 0 5t a v 2 5t m s a2 2 5m s2 依据牛顿定律得f bil ma2得f 0 25 0 5t n 画在坐标系里 图中图线作为参考 16 17 解题技法解决图象问题的一般步骤 1 明确图象的种类 即是b t图象 还是 t图象 或者是e t图象 i t图象等 2 分析电磁感应的具体过程 3 用右手定则或楞次定律确定方向对应关系 4 结合法拉第电磁感应定律 闭合电路欧姆定律 牛顿运动定律等规律写出函数关系式 5 根据函数关系式 进行数学分析 如分析斜率的变化 截距等 6 画出图象或判断图象 18 当堂练2如图甲所示 将一间距为l 1m的u形光滑导轨 不计电阻 固定倾角为 30 轨道的上端与一阻值为r 1 的电阻相连接 整个空间存在垂直轨道平面向下的匀强磁场 磁感应强度大小b未知 将一长度也为l 1m 阻值为r 0 5 质量为m 0 4kg的导体棒pq垂直导轨放置 导体棒两端均与导轨接触 再将一电流传感器按照如图甲所示的方式接入电路 其采集到的电流数据能通过计算机进行处理 得到如图乙所示的i t图象 假设导轨足够长 导体棒在运动过程中始终与导轨垂直 重力加速度g取10m s2 19 甲乙 1 求0 5s时定值电阻的发热功率 2 求该磁场的磁感应强度大小b 3 估算0 1 2s的时间内通过传感器的电荷量以及定值电阻上所产生的热量 答案 1 1 21w 2 1 25t 3 1 30c1 65j 20 解析 1 由题干i t图象可知当t 0 5s时 i 1 10a p i2r 1 102 1 0w