高考物理一轮复习 第9章 电磁感应 能力课时12 电磁感应中的电路和图象问题课件.ppt

能力课时12电磁感应中的电路和图象问题 突破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 解决电磁感应中的电路问题三部曲 例1 如图1a所示 水平放置的两根平行金属导轨 间距l 0 3m 导轨左端连接r 0 6 的电阻 区域abcd内存在垂直于导轨平面b 0 6t的匀强磁场 磁场区域宽d 0 2m 细金属棒a1和a2用长为2d 0 4m的轻质绝缘杆连接 放置在导轨平面上 并与导轨垂直 每根金属棒在导轨间的电阻均为r 0 3 导轨电阻不计 使金属棒以恒定速度v 1 0m s沿导轨向右穿越磁场 计算从金属棒a1进入磁场 t 0 到a2离开磁场的时间内 不同时间段通过电阻r的电流大小 并在图b中画出 图1 这段时间内无感应电流产生 从a2进入磁场到a2离开磁场的时间t3 0 2s 这段时间内产生的感应电动势与t1时间内相同 其等效电路如图乙所示 通过r的电流大小和方向也与t1内相同 i t图象如图丙所示 乙 答案见解析 拓展延伸 在 例1 中其他条件不变 把题目中的图a改成如图2所示 则通过r的电流又是多大 图2 解析由 例1 可知 1 0 0 2s内有i1 0 12a 2 0 2 0 4s内有e 0 i2 0 3 0 4 0 6s内有i3 0 12a 4 0 6 0 8s内等效电路图如图所示 则i4 0 12a 答案见解析 反思总结电磁感应电路的五个等效问题 变式训练 1 2016 江苏宿迁模拟 如图3所示 边长l 0 20m的正方形导线框abcd由粗细均匀的同种材料制成 正方形导线框每边的电阻r0 1 0 金属棒mn与正方形导线框的对角线长度恰好相等 金属棒mn的电阻r 0 20 导线框放置在匀强磁场中 磁场的磁感应强度b 0 50t 方向垂直导线框所在平面向里 金属棒mn与导线框接触良好 且与导线框对角线bd垂直放置在导线框上 金属棒的中点始终在bd连线上 若金属棒以v 4 0m s的速度向右匀速运动 当金属棒运动至ac的位置时 求 计算结果保留两位有效数字 图3 1 金属棒产生的电动势大小 2 金属棒mn上通过的电流大小和方向 3 导线框消耗的电功率 答案 1 0 57v 2 0 48a方向由m n 3 0 23w 突破二电磁感应中的图象问题 1 电磁感应中常见的图象问题 2 处理图象问题的方法处理图象问题首先要分清阶段 然后对每个阶段的导体切割情况或回路磁通量变化情况进行详细分析 并进一步确定感应电动势 感应电流等物理量的变化规律 有的还需要对线框进行受力分析 运动分析 然后根据图象的纵 横坐标表示的物理量 定性或定量地表示出所研究问题的函数关系 3 处理图象问题要做到 四明确 一理解 类型一据电磁感应过程选择图象 例2 2014 新课标全国卷 18 如图4 a 线圈ab cd绕在同一软铁芯上 在ab线圈中通以变化的电流 用示波器测得线圈cd间电压如图 b 所示 已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比 则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中 可能正确的是 图4 解析由题图 b 可知c d间的电压大小是不变化的 根据法拉第电磁感应定律可判断出线圈cd中磁通量的变化率是不变的 又因已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比 所以线圈ab中的电流是均匀变化的 选项c正确 a b d均错误 答案c 方法提炼1 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的对应关系 4 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 判断图象 2 电磁感应中图象类选择题的两个常见解法 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象作出分析和判断 变式训练 2 如图5甲所示 光滑导轨水平放置在斜向下且与水平方向夹角为60 的匀强磁场中 匀强磁场的磁感应强度b随时间t的变化规律如图乙所示 规定斜向下为b的正方向 导体棒ab垂直导轨放置且与导轨接触良好 除电阻r的阻值外 其余电阻不计 导体棒ab在水平外力作用下始终处于静止状态 规定a b的方向为电流的正方向 水平向右的方向为外力的正方向 则在0 t1时间内 能正确反映流过导体棒ab的电流i和导体棒ab所受水平外力f随时间t变化的图象是 图5 解析由楞次定律可判定回路中的电流方向始终为b a 由法拉第电磁感应定律可判定回路中的电流大小恒定 故a b两项错误 由f安 bil可得f安随b的变化而变化 在0 t0时间内 f安方向水平向右 故外力f与f安等值反向 方向水平向左为负值 在t0 t1时间内 f安方向改变 故外力f方向也改变为正值 综上所述 d项正确 答案d 类型二据图象分析判断电磁感应过程 例3 2016 四川成都新津中学月考 如图6甲所示 两根足够长的平行光滑金属导轨固定放置在水平面上 间距l 0 2m 一端通过导线与阻值为r 1 的电阻连接 导轨上放一质量为m 0 5kg的金属杆 金属杆与导轨的电阻均忽略不计 整个装置处于竖直向上的大小为b 0 5t的匀强磁场中 现用与导轨平行的拉力f作用在金属杆上 金属杆运动的v t图象如图乙所示 取重力加速度g 10m s2 求 图6 1 t 10s时拉力的大小 2 t 10s时电路的发热功率 答案 1 0 24n 2 0 16w 拓展延伸 在 例3 中 若拉力f在0 10s内做功为4 53j 则这10s内r上产生的热量q是多少 答案0 53j 变式训练 3 多选 2016 山东临沂质检 如图7所示 螺线管匝数n 1000匝 横截面积s 10cm2 螺线管导线电阻r 1 电阻r 4 磁感应强度b的b t图象如图乙所示 以向右为正方向 下列说法正确的是 图7a 通过电阻r的电流是交变电流b 感应电流的大小保持不变c 电阻r两端的电压为6vd c点的电势为4 8v 答案ab 类型三图象的描绘 例4 2014 安徽理综 23 如图8所示 匀强磁场的磁感应强度b为0 5t 其方向垂直于倾角 为30 的斜面向上 绝缘斜面上固定有 形状的光滑金属导轨mpn 电阻忽略不计 mp和np长度均为2 5m mn连线水平 长为3m 以mn中点o为原点 op为x轴建立一维坐标系ox 一根粗细均匀的金属杆cd 长度d为3m 质量m为1kg 电阻r为0 3 在拉力f的作用下 从mn处以恒定速度v 1m s在导轨上沿x轴正向运动 金属杆与导轨接触良好 g取10m s2 图8图9 1 求金属杆cd运动过程中产生的感应电动势e及运动到x 0 8m处电势差ucd 2 推导金属杆cd从mn处运动到p点过程中拉力f与位置坐标x的关系式 并在图9中画出f x关系图象 3 求金属杆cd从mn处运动到p点的全过程产生的焦耳热 答案 1 1 5v 0 6v 2 f 12 5 3 75x 0 x 2 图象见解析 3 7 5j 变式训练 4 如图10所示 一宽为l 40cm的匀强磁场区域 磁场方向垂直于纸面向里 一个边长为a 20cm的正方形导线框位于纸面内 以垂直于磁场边界的恒定速度v 20cm s通过该磁场区域 在运动过程中 线框有一条边始终与磁场区域的边界平行 取它刚进入磁场的时刻t 0 试画出线框中感应电流随时间变化的规律 图10 答案 1 如图11所示 两平行的虚线间的区域内存在着有界匀强磁场 有一较小的三角形线框abc的ab边与磁场边界平行 现使此线框向右匀速穿过磁场区域 运动过程中始终保持速度方向与ab边垂直 则下列各图中可以定性地表示线框在穿过磁场区域的过程中感应电流随时间变化的规律的是 规定逆时针方向为感应电流的正方向 图11 解析根据法拉第电磁感应定律和楞次定律可知 可以定性地表示线框在穿过磁场区域的过程中感应电流随时间变化规律的是图d 答案d 2 如图12甲所示 和 是两个平行共轴放置的环形线圈 当线圈 中的电流i1随时间变化的图象如图乙所示时 若规定两电流方向如图甲所示的方向为正方向 则线圈 中的电流i2随时间t变化的图象是图中的 图12 解析在第一阶段原电流减少 线圈 中的磁场减弱 感应电流产生磁场与 中电流产生磁场方向相同 为负方向 在第二阶段 中电流反向增大 线圈 中的磁场增强 感应电流磁场与 中电流产生磁场方向相反 为负方向 故a b c错误 d正确 答案d 3 多选 如图13甲所示 固定在水平面上电阻不计的光滑金属导轨间距d 0 5m 导轨右端连接一阻值为r 4 的小灯泡l 在矩形区域cdd c 内有竖直向上的匀强磁场 磁感应强度b随时间t变化的关系如图乙所示 cc 长为2m 在t 0时刻 电阻为r 1 的金属棒ab在水平恒力f作用下 由静止开始沿导轨向右运动 t 4s时进入磁场 并恰好以v 1m s的速度在磁场中匀速运动 则 图13 a 在0 4s内小灯泡的功率为0 04wb 金属棒所受到的恒力f为0 2nc 金属棒进入磁场后小灯泡的功率为0 6wd 金属棒的质量为0 8kg 答案abd 图14 答案ac 5 2015 福建理综 18 如图15 由某种粗