高考物理一轮复习 第十章 电磁感应 第3讲 电磁感应中的电路与图像问题课件.ppt

课标版物理 第3讲电磁感应中的电路与图像问题 考点一电磁感应中的电路问题1 内电路和外电路 1 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈相当于电源 2 产生电动势的那部分导体或线圈的电阻相当于电源的内阻 其他部分的电阻相当于外电阻 2 电磁感应现象产生的电动势e blvsin 或e 3 电磁感应中的电路问题分类 1 以部分电路欧姆定律为中心 包括六个基本物理量 电压 电流 电阻 电功 电功率 电热 三条定律 闭合电路欧姆定律 电阻定律和焦耳定律 以及若干基本规律 串 并联电路特点等 2 以闭合电路欧姆定律为中心 讨论电动势 闭合电路中的电流 路端电压以及闭合电路中能量的转化 4 对电磁感应电路的理解 1 在电磁感应电路中 相当于电源的部分把其他形式的能通过电流做功转化为电能 2 电源 两端的电压为路端电压 而不是感应电动势 典例1如图所示 匀强磁场b 0 1t 金属棒ab长0 4m 与框架宽度相同 电阻为 框架电阻不计 电阻r1 2 r2 1 当金属棒以5m s的速度匀速向左运动时 求 1 流过金属棒的感应电流多大 2 若图中电容器c为0 3 f 则所充电荷量多少 答案 1 0 2a 2 4 10 8c 解析 1 由e blv得e 0 1 0 4 5v 0 2vr i a 0 2a 2 路端电压u ir 0 2 v vq cu 0 3 10 6 c 4 10 8c 三步解决电磁感应中的电路问题 1 确定电源 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的闭合回路将产生感应电动势 该导体或回路相当于电源 利用e n或e blvsin 求感应电动势的大小 利用右手定则或楞次定律和安培定则判断感应电流方向 2 分析电路结构 内 外电路及外电路的串 并联关系 画出等效电路图 3 利用电路规律求解 主要应用闭合电路的欧姆定律及串 并联电路的特点等列方程求解 1 1 多选 用均匀导线做成的正方形线圈边长为l 正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中 如图所示 当磁场以的变化率增强时 则 a 线圈中感应电流方向为acbdab 线圈中产生的电动势e c 线圈中a点电势高于b点电势 d 线圈中a b两点间的电势差为 答案ab根据楞次定律和安培定则可知 a正确 线圈中产生的电动势e b正确 线圈左边的一半导线相当于电源 在电源内部电流沿逆时针方向 所以a点电势低于b点电势 c错误 线圈右边的一半相当于外电路 a b两点间的电势差相当于路端电压 其大小u d错误 1 2粗细均匀的电阻丝围成如图所示的线框 置于正方形有界匀强磁场中 磁感应强度为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 则在通过如图所示位置时 下列说法中正确的是 a a b两点间的电势差图 中最大b a b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 答案a图 中感应电动势为e1 b 2l v 电流为i1 设回路总电阻为r 则a b两点间电压u1 e1 图 中感应电动势e2 b 2l v i2 i1 a b两点间电压u2 e2 图 中感应电动势e3 blv 电流i3 i1 a b两点间电压u3 e3 图 中感应电动势e4 b 2l v 电流i4 i1 a b两点间电压u4 综上结果可知a正确 b c d错误 考点二电磁感应中的图像问题1 图像类型 1 随时间t变化的图像 如b t图像 t图像 e t图像和i t图像 2 随位移x变化的图像 如e x图像和i x图像 2 问题类型 1 由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图像 2 由给定的有关图像分析电磁感应过程 求解相应的物理量 3 利用给出的图像判断或画出新的图像 3 解题关键弄清初始条件 正 负方向的对应 变化范围 所研究物理量的函数关系式 进 出磁场的转折点等是解决问题的关键 4 解决图像问题的一般步骤 1 明确图像的种类 即是b t图像还是 t图像 或者是e t图像 i t图像等 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 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 画出图像或判断图像 典例2如图甲所示 在空间中存在两个相邻的 磁感应强度大小相等 方向相反的有界匀强磁场 其宽度均为l 现将宽度也为l的矩形闭合线圈 从图甲所示位置垂直于磁场方向匀速拉过磁场区域 则在该过程中 图乙中能正确反映线圈中所产生的感应电流或其所受的安培力随时间变化的图像是 甲 乙答案d根据右手定则判断出感应电流的方向 根据切割磁感线产生的感应电动势和闭合电路欧姆定律求出感应电流的大小 根据安培力公式求出安培力的大小 通过左手定则判断安培力的方向 线圈在进入磁场0 l的过程中 e blv 电流i 方向为逆时针方向 安培 力的大小f bil 根据左手定则 知安培力方向水平向左 在l 2l的过程中 e 2blv 电流i 方向为顺时针方向 安培力的大小f 2 根据左手定则 知安培力方向水平向左 在2l 3l的过程中 e blv 电流i 方向为逆时针方向 安培力的大小为f bil 根据左手定则 知安培力方向水平向左 故d正确 a b c错误 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作出分析和判断 这未必是最简洁的方法 但却是最有效的方法 2 1 2016云南第一次检测 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中的 答案d由安培力向右知电流方向为顺时针 由楞次定律知磁场在增强 c错 由图乙知安培力不变 根据f bil知 b增大 i必减小 即电动势减小 故b的变化率减小 因此a b错 d正确 2 2 2013山东理综 18 5分 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 为负方向 同理 t内 f恒定且水平向右 为正方向 故b正确 a c d错误 考点三电磁感应图像与电路综合问题1 问题类型由电磁感应图像得出的物理量和规律分析求解动力学 电路等问题 2 解题关键 1 定性分析物理图像 要明确图像坐标轴的意义 借助有关物理概念 公式 定理和定律等作出分析和判断 2 定量计算 确定图像所揭示的物理规律或物理量间的关系 挖掘图像中的隐含条件 明确有关图线所包围的面积 图线的斜率 或其绝对值 截距等所表示的物理意义 典例3 2013广东理综 36 18分 如图 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 a 图 b 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段流过p的电流ip与其两端电压up的关系式 答案见解析解析 1 由图像可知 在ab段iab 在bc段ibc 2 由题意可知 p两端的电压up等于圆盘产生的电动势 up br2 b点时 b 15rad sub br2 b 0 3vc点时 c 45rad suc br2 c 0 9v 3 由图像中电流变化规律可知电子元件p在b点时开始导通 则 在ab段ip 0在bc段ip i 而i 0 05up br2 联立可得ip 3 1 2016福建福州模拟 在一周期性变化的匀强磁场中有一圆形闭合线圈 线圈平面与磁场垂直 如图甲所示 规定图中磁场方向为正 已知线圈的半径为r 匝数为n 总电阻为r 磁感应强度的最大值为b0 变化周期为t 磁感应强度按图乙所示规律变化 求 1 在0 t内线圈产生的感应电流的大小i1 2 规定甲图中感应电流的方向为正方向