高中人教物理选择性必修二专题03 电磁感应中的电路和图像问题-学生版

1、专题3 电磁感应中的电路和图像问题（学生版）一、目标要求目标要求重、难点电磁感应中的电路问题重点、难点电磁感应中的图像问题重点、难点二、知识点解析1：电磁感应的电路问题三步曲确定电源：切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，首先应该确定其电阻，就是内阻。再利用法拉第电磁感应定律或者导体棒平动，转动切割磁感线的公式求解感应电动势的大小，最后再利用右手定则或楞次定律判断感应电动势的方向分析电路结构(内、外电路及外电路的串、并联关系)，必须画出等效电路图利用电路规律求解主要应用欧姆定律及串、并联电路的基本性质等列方程求解2：电磁感应中的图象问题(1)考查方式

2、线圈不动，磁场随时间发生变化，分析描绘线圈中各物理量随时间变化的关系图象即根据图和图分析和描绘图、图和图等磁场均匀分布在一定区域内，线圈或导体棒在磁场中运动，分析描绘线圈或导体棒中各物理量随时间变化或随位置变化的关系图象即根据具体的电磁感应过程分析和描绘图、图和图，或图、图和图等(2)解题关键解决图象问题的关键在于掌握以下几种能力：识图：识别图象中横纵坐标的物理意义，并能从图象中获取直接的基本信息能根据图线的单调性判断因变量随自变量的变化趋势，能根据横纵坐标得出图线斜率和面积的物理意义，如图和图中切线斜率表征了感应电动势的大小，图中图线与横轴所围面积代表通过闭合回路的电荷量等作图：能根据具体的

3、电磁感应过程，结合相关的物理规律描绘出各物理量随时间和位置变化的关系图象如利用法拉第电磁感应定律和分析电动势随时间和位置的变化关系；利用欧姆定律和分析电流随时间和位置的变化；利用牛顿定律分析加速度和速度随时间和位置的变化关系等必要时可写出相关的函数表达式，从数学角度作出正确的图象(3)注意事项在分析具体的电磁感应过程时应注意几个比较重要的点：要注意具体是哪一部分导体作为电源在线圈不动而磁场变化的情况下，哪个区域内的磁场发生变化，该区域内的导体就作为电源；在线圈或导体棒运动的情况下，切割磁感线的部分作为电源当线圈进入或穿过磁场时，要注意切割磁感线的有效长度的变化如图1所示，圆形线圈进入磁场的过程

4、中，其切割磁感线的有效长度先增大后减小；又如图2所示，导体棒在三角导轨上垂直切割磁感线时，其有效长度逐渐增大图1图2线圈穿越磁场时，要注意比较线圈的宽度L与磁场宽度的大小当时，线圈的宽度决定感应电流持续的时间和位置范围；而当时，磁场的宽度决定感应电流持续的时间和位置范围三、考查方向题型1：电动势与路端电压的计算典例一：如图所示，垂直纸面向里的匀强磁场的区域宽度为，磁感应强度的大小为一边长为、电阻为的正方形均匀导线框从图示位置沿水平向右方向以速度匀速穿过磁场区域，在下图中线框、两端电压与线框移动距离的关系图象正确的是ABCD题型2：电功、电热的计算典例二：（2020浙江）如图所示，固定在水平面上

5、的半径为的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为的匀强磁场。长为的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直导电转轴上，随轴以角速度匀速转动。在圆环的点和电刷间接有阻值为的电阻和电容为、板间距为的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为，不计其它电阻和摩擦，下列说法正确的是A棒产生的电动势为B微粒的电荷量与质量之比为C电阻消耗的电功率为D电容器所带的电荷量为题型3：电磁感应中电荷量的计算典例三：（2013天津）如图所示，纸面内有一矩形导体闭合线框动。边长大于边长，置于垂直纸面向里、边界为的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直

6、于第一次边平行进入磁场。线框上产生的热量为，通过线框导体横截面的电荷量为：第二次边平行进入磁场。线框上产生的热量为，通过线框导体横截面的电荷量为，则A B C D 题型4：根据图像分析判断电磁感应过程典例四：（2017 邯郸一模）如图，两平行虚线间的区域内存在着匀强磁场，三角形线圈的边始终与磁场边界平行（三角形边小于磁场宽度），现让线圈匀速向右运动穿过磁场区域，则图中的哪个可以定性地表示线圈在穿过磁场过程中感应电流随时间变化的关系A B C D四、模拟训练一、基础练习1.粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行。现使线框以同样大小的

7、速度沿四个不同方向平移出磁场，如图所示，则在移出过程中线框的一边、两点间电势差绝对值最大的是A BCD2.如图甲所示，光滑导轨水平放置在与水平方向夹角为60的斜向下的匀强磁场中，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(规定斜向下为正方向)，导体棒ab垂直导轨放置，除电阻R的阻值外，其余电阻不计，导体棒ab在水平外力F作用下始终处于静止状态规定ab的方向为电流的正方向，水平向右的方向为外力F的正方向，则在0t1时间内，图中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( )ABCD3.在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一个矩形的金属导体框，规定磁场方向向

8、上为正，导体框中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，下图中正确表示导体框中感应电流变化的是( )ABCD4.如图所示，一宽2L的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里一边长为L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通过磁场区域，在运动过程中，线框有一边始终与磁场区域的边界平行，取它刚进入磁场的时刻为t=0，规定逆时针方向电流为正方向，在下图所示的图象中，能正确反映感应电流随时间变化的规律是( )ABCD5.如图所示，两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为，磁场方向垂直纸面向里。是位于纸面内的梯形线圈，与间的距离也为，时刻，边与磁场区域边界重合。现令线

9、圈以恒定的速度沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域，取沿的感应电流为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流随时间变化的图线可能是图中的ABCD6.如图所示，空间存在垂直纸面向里的有界匀强磁场，磁场区域宽度为2L，以磁场左边界为坐标原点建立x轴一边长为L的正方形金属线框abcd，在外力作用下以速度v匀速穿过匀强磁场从线框cd边刚进磁场开始计时，线框中产生的感应电流i、线框ab边两端的电压Uab、线框所受安培力F、穿过线圈的磁通量随位移x的变化图象正确的是( )ABCD7.一个匀强磁场的边界是，左侧无磁场，右侧是范围足够大的匀强磁场区域，如图（甲所示。现有一个金属线框沿方向以恒定速度从左侧垂

10、直进入匀强磁场区域。线框中的电流随时间变化的图象如图（乙所示。则可能的线框是如图所示中的哪一个A B CD8.(2016咸阳一模)如图所示，一呈现半正弦形状的闭合线框，匀速穿过边界宽度也为的相邻磁感应强度大小相同的匀强磁场区域，整个过程中线框中感应电流图象为（取顺时针方向为正方向）A BCD9.某校科技小组的同学设计了一个传送带测速仪，测速原理如图所示在传送带一端的下方固定有间距为、长度为的平行金属电极电极间充满磁感应强度为、方向垂直传送带平面（纸面）向里、有理想边界的匀强磁场，且电极之间接有理想电压表和电阻，传送带背面固定有若干根间距为的平行细金属条，其电阻均为，传送带运行过程中始终仅有一根

11、金属条处于磁场中，且金属条与电极接触良好当传送带以一定的速度匀速运动时，电压表的示数为则下列说法中正确的是A传送带匀速运动的速率为B电阻产生焦耳热的功率为C金属条经过磁场区域受到的安培力大小为D每根金属条经过磁场区域的全过程中克服安培力做功为10.（多选）如图，由某种粗细均匀的总电阻为的金属条制成的矩形线框，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场中。一接入电路电阻为的导体棒，在水平拉力作用下沿、以速度匀速滑动，滑动过程始终与垂直，且与线框接触良好，不计摩擦。在从靠近处向滑动的过程中A中电流先增大后减小B两端电压先减小后增大C上拉力的功率先减小后增大D线框消耗的电功率先增大后减小11.（多选

12、）如图所示为一圆环发电装置，用电阻的导体棒弯成半径的闭合圆环，圆心为，是一条直径，在、间接有负载电阻整个圆环中均有的匀强磁场垂直环面穿过。电阻的导体棒贴着圆环做匀速运动，角速度，则A当到达处时，圆环的电功率为B当到达处时，圆环的电功率为C全电路最大功率为D全电路最大功率为二、提升练习1.（2013新课标）如图，在水平面（纸面）内有三根相同的均匀金属棒、和，其中、在点接触，构成“”字型导轨。空间存在垂直于纸面的均匀磁场。用力使向右匀速运动，从位置开始计时，运动中始终与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与时间的关系图线，可能正确的是A B C D2.（2012新课标）如图所示，一

13、载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内，线框在长直导线右侧，且其长边与长直导线平行。已知在到的时间间隔内，长直导线中电流随时间变化，使线框中感应电流总是沿顺时针方向；线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右。图中箭头表示电流的正方向，则随时间变化的图线可能是A B CD3.（2011海南）如图，和为空间一匀强磁场的边界，其中，且；为的角平分线，间的距离为；磁场方向垂直于纸面向里。一边长为的正方形导线框沿方向匀速通过磁场，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，则感应电流与时间的关系图线可能正确的是A B C D4.（2010上海多选）如图，一有界区域内，存在着磁感

14、应强度大小均为，方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场，磁场宽度均为，边长为的正方形线框的边紧靠磁场边缘置于桌面上，使线框从静止开始沿轴正方向匀加速通过磁场区域，若以逆时针方向为电流的正方向，能反映线框中感应电流变化规律的是图A B C D5.（2007山东）用相同导线绕制的边长为或的四个闭合导体线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图所示。在每个线框进入磁场的过程中，、两点间的电压分别为、和下列判断正确的是ABCD6.（2006全国卷）如图，在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻的直角形金属导轨（在纸面内），磁场方向垂直纸面朝里，另有两根金属导轨、分别平行于、放置。保持导轨之间接触良好，金属导轨的电阻不计。现经历以下四个过程：以速率移动，使它与的距离增大一倍；再以速率移动，使它与的距离减小一半；然后，再以速率移动，使它回到原处；最后以速率移动，使它也回到原处。设上述四个过程中通过电阻的电量的大