高二物理（人教版）教学课件 选择性必修二 第二章 综合 融通（二）电磁感应中的电路及图像问题

电磁感应中的电路及图像问题

(融会课—主题串知综合应用)综合•融通(二)电磁感应中的电路及图像问题是高考试题中的高频考点,通过本节课的学习要掌握楞次定律、右手定则、法拉第电磁感应定律的应用;综合应用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决图像问题。1主题(一)电磁感应中的电路问题2主题(二)电磁感应中的电荷量问题3主题(三)电磁感应中的图像问题4课时跟踪检测CONTENTS目录主题(一)电磁感应中的电路问题处理电磁感应中电路问题的一般思路(1)明确哪部分电路或导体产生感应电动势,该部分电路或导体就相当于电源,其他部分是外电路。(2)画等效电路图,分清内、外电路。知能融会通

[典例]

(2024·四川广安期末)如图所示,间距为L=1.5m的光滑平行金属导轨固定在水平地面上,现垂直导轨放置一个有效电阻为r=1Ω的直导体棒,在导轨的两端分别连接两个电阻,阻值分别为R1=3Ω、R2=6Ω,其他电阻不计,整个装置处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度B=0.1T。当直导体棒在导轨上以v=6m/s的速度向右匀速运动时,求:

(2)导体棒克服安培力做功的瞬时功率。

[答案]

0.27W

[解析]

导体棒受到的安培力F=ILB=0.045

N导体棒克服安培力做功的瞬时功率P=Fv=0.27

W。/方法技巧/1.“电源”的确定方法:“切割”磁感线的导体(或磁通量发生变化的线圈)相当于“电源”,该部分导体(或线圈)的电阻相当于“内阻”。2.电流的流向:在“电源”内部电流从负极流向正极,在“电源”外部电流从正极流向负极。1.(2024·天津期末)如图所示,在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中,用外力拉动金属杆MN在平行金属导轨上向右以速度v0匀速滑动,金属导轨电阻不计,金属杆的电阻为2R、长度为L,ab间电阻为R,则

(

)题点全练清

√

2.(2024·山东东营期末)(多选)如图所示,半径为L的导电圆环(电阻不计)绕垂直于圆环平面、通过圆心O的金属轴以角速度ω逆时针匀速转动。圆环上接有电阻均为r的三根金属辐条OA、OB、OC,辐条互成120°角。在圆环圆心角∠MON=120°的范围内(两条虚线之间)分布着垂直圆环平面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场,圆环的边缘通过电刷P和导线与一个阻值也为r的定值电阻R0相连,定值电阻R0的另一端通过导线接在圆环的中心轴上。在圆环匀速转动过程中,下列说法中正确的是

(

)

√√

主题(二)电磁感应中的

电荷量问题

知能融会通[典例]

如图所示,用粗细相同的铜丝做成边长分别为d和2d的单匝闭合线框a和b,以相同的速度将线框从磁感应强度为B的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外。若此过程中流过两线框的电荷量分别为Qa、Qb,则Qa∶Qb为

(

)A.1∶4

B.1∶2C.1∶1 D.不能确定√

题点全练清√

√

主题(三)电磁感应中的

图像问题1.电磁感应中的图像问题知能融会通图像类型(1)磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图像,即B-t图像、Φ-t图像、E-t图像和I-t图像。(2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及感应电动势E和感应电流I随导体位移x变化的图像,即E-x图像和I-x图像问题类型(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像。(2)由给定的有关图像分析电磁感应过程,求解相应的物理量应用知识左手定则、右手定则、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、相关数学知识等续表2.解决此类问题的一般步骤[典例]

(2024·湖南邵阳期末)如图所示,abcd是一个由粗细均匀的同种材料制成、边长为l的正方形闭合线框,以恒定的速度v沿x轴正方向在纸面内运动,并穿过一宽度为2l、方向垂直纸面向里、大小为B的匀强磁场区域,线框ab边距磁场左边界为l时开始计时。下列选项分别为线框受到的安培力F(以x轴正方向为正)、ab两点间的电势差Uab、线框中的感应电流i(以顺时针方向为正)及线框的焦耳热Q随时间t的变化图像,其中可能正确的是

(

)√

/方法技巧/求解图像类选择题的两种常用方法(1)排除法:定性分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化情况(变化快慢及均匀变化还是非均匀变化),特别是分析物理量的正负,以排除错误的选项。(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进行分析和判断。1.(2024·陕西咸阳期末)(多选)如图甲所示,一个匝数n=100匝的圆形导体线圈,面积S1=0.4m2,电阻r=1Ω。在线圈中存在面积S2=0.3m2的垂直于线圈平面向外的匀强磁场区域,磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示。有一个R=2Ω的电阻,将其两端a、b分别与图甲中的圆形线圈相连接,下列说法正确的是

(

)题点全练清

√√

√√

课时跟踪检测123456789101.(2024·甘肃张掖期末)图甲为列车运行的俯视图,列车首节车厢下面安装一块电磁铁,电磁铁产生垂直于地面的匀强磁场,列车经过放在铁轨间的线圈时,线圈产生的电脉冲信号传到控制中心,如图乙所示。则列车的运动情况可能是

(

)678910A.匀速运动

B.匀加速运动C.匀减速运动 D.变加速运动解析:由U-t图像可得,线圈两端的电压大小与时间呈线性关系,即有U=U0-kt,由法拉第电磁感应定律有E=U=BLv,L、k、B均一定,则速度v随时间t均匀减小,所以火车做匀减速直线运动,故C正确。12345√156789102.(2024·福建福州期末)如图,abcdef为“日”字形导线框,其中abdc和cdfe均为边长为l的正方形,导线ab、cd、ef的电阻相等,其余部分电阻不计。导线框右侧存在着宽度略小于l的匀强磁场,磁感应强度为B,导线框以速度v匀速穿过磁场区域,运动过程中线框始终和磁场垂直且无转动。线框穿越磁场的过程中,ab两点电势差Uab随位移变化的图像正确的是

(

)23415678910234√15678910

234156789103.(2024·江苏南通期末)如图所示,边长为L的正方形线框,从图示位置在恒力作用下沿光滑水平面滑动,中途穿越垂直纸面向里、有理想边界的匀强磁场区域,磁场的宽度大于L,以i表示导线框中的感应电流,以v表示线框运动的速度。从线框刚进入磁场区域开始计时,电流取逆时针方向为正方向,以下图像可能正确的是

(

)23415678910234√15678910解析:线框以一定速度进入磁场区域后,线框中产生感应电动势和感应电流,线框受到安培力作用。在线框刚进入磁场时,若线框所受安培力刚好等于恒定外力F,线框做匀速运动,线框中感应电流为恒定值;线框完全进入磁场后,穿过线框的磁通量不变,线框中不产生感应电流,线框不受安培力作用,线框加速运动;在线框出磁场时,线框所受安培力一定大于外力F,线框一定做减速运动,线框中产生的感应电流逐渐减小,故A错误,B可能正确。23415678910在线框刚进入磁场时,若线框所受安培力小于恒定外力F,线框做加速运动;线框完全进入磁场后,穿过线框的磁通量不变,线框中不产生感应电流,不受安培力作用,线框加速度大于刚进入时的加速度。在线框刚进入磁场时,若线框所受安培力大于恒定外力F,线框做减速运动;线框完全进入磁场后,穿过线框的磁通量不变,线框中不产生感应电流,线框不受安培力作用,线框做加速运动。综上所述,故C、D错误。234156789104.(2024·湖南长沙期中)(多选)如图所示,空间有一宽度为L的匀强磁场区域,磁场方向垂直于纸面向里,abc是由均匀电阻丝做成的等腰直角三角形线框,bc边上的高也为L。图示时刻,bc边与磁场边界平行,a点在磁场边界上。现使线框从图示位置匀速通过磁场区域,速度方向始终与磁场边界垂直,若规定图示线框的位置x=0,感应电流i沿逆时针方向为正,线框受到的安培力F方向向左为正,则下列图像可能正确的是

(

)23415678910234√√15678910

234156789105.(2024·宁夏银川期中)(多选)如图所示,匀强磁场垂直于纸面向里,磁感应强度的大小为B,磁场在y轴方向足够长,在x轴方向宽度为a。一直角三角形导线框ABC(BC边的长度为a)从图示位置向右匀速穿过磁场区域,以逆时针方向为电流的正方向,在下图中感应电流i、BC两端的电压UBC与线框移动的距离x的关系图像正确的是

(

)23415678910234√/p>

156789106.(2024·贵州黔东南期末)(多选)如图甲所示,电阻r=25Ω、匝数n=200匝的线圈两端A、B与电阻R相连,R=75Ω。线圈内有方向垂直于纸面向里的磁场,线圈中的磁通量按图乙所示的规律变化,下列说法正确的是

(

)23415678910A.通过电阻R的电流方向为由A通过R到BB.线圈两端的电压为100VC.电阻R的电功率为75WD.0.1s时间内通过电阻R的电荷量为0.05C234√√15678910

234156789107.(2024·天津期末)(多选)1831年10月28日,法拉第展示人类历史上第一台发电机,其结构示意图如图甲所示,可等效为图乙所示的圆盘中任意一个半径CD都在切割磁感线,在CD之间接上电阻R,已知转盘匀速转动的角速度为ω,CD的长度为L,每条半径对应的电阻都为r,匀强磁场的磁感应强度为B,下列说法正确的是

(

)23415678910

234√√15678910

234156789108.(2024·福建龙岩期末)如图甲所示,一圆形金属线圈面积为S=0.5m2、匝数n=100、阻值为r=1Ω,线圈与电阻R、平行板电容器C组成闭合回路。电阻R=9Ω,电容器电容C=1×10-3F,板间距离d=0.2m。在线圈中有垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示,导线电阻不计。求:23415678910

23415678910(2)a、b两端的电压的大小;答案:4.5V

解析:设a、b两端的电压为U,根据欧姆定律有U=IR,解得U=4.5

V。23415678910

234156789109.(2024·北京高考)如图甲所示为某种“电磁枪”的原理图。在竖直向下的匀强磁场中,两根相距L的平行长直金属导轨水平放置,左端接电容为C的电容器,一导体棒放置在导轨上,与导轨垂直且接触良好,不计导轨电阻及导体棒与导轨间的摩擦。已知磁