2027届新高考物理热点精准复习电磁感应中的电路和图像问题

2027届新高考物理热点精准复习电磁感应中的电路和图像问题【学习目标】1.能将电磁感应与电路、能量等观念进行综合;能熟练运用焦耳定律分析电路中产生的焦耳热;能将产生电磁感应的导体或线圈等效为电源,明确其正负极、内阻;能熟练应用闭合电路欧姆定律、串并联电路规律等解决感应电流、路端电压、电荷量、电功率等电路问题。2.能发展基于物理模型进行推理论证、分析综合的科学思维能力;能根据实际问题建构清晰的物理情境模型和电路模型;能识别和选择适当的函数模型来描述物理量随时间变化的规律;能准确理解Φ-t、B-t、E-t、I-t、U-t等图像中点、线、斜率、截距和面积的物理意义;能根据一种物理量的变化图像推导出另一个相关物理量的图像;能把图像信息作为已知条件,进行定量计算和定性分析。3.能对电磁感应现象中产生的电路异常或图像特殊形态提出有价值的探究性问题,并会使用传感器采集数据,绘制I-t、U-t图像;能对实验获得的图像和数据进行分析处理,得出结论,并尝试用物理规律进行解释。考点一电磁感应中的电路问题1.电磁感应中的内电路和外电路(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于电源。(2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的内阻,其余部分是外电阻。2.分析电磁感应中电路问题的一般思路[例1]【感生电动势的电路问题】(2025·河南南阳阶段检测)如图甲所示,城市公交卡是一种常用的交通支付工具,公交卡内部包含一个集成电路芯片和一个线圈。当公交卡靠近读卡器时,读卡器会发射一定频率的电磁波,这个电磁波被公交卡内的线圈接收,使线圈中产生感应电流,进而为芯片提供所需的电能,激活芯片进行工作。其原理可简化为如图乙所示,其中矩形线圈abcd的匝数n=50,线圈面积S=10cm2,线圈的总电阻r=0.1Ω,线圈外接一个阻值R=0.4Ω的电阻,其余部分的电阻不计。线圈处的磁场可视作匀强磁场,其磁感应强度B的大小随时间t变化的规律如图丙所示(以垂直于纸面向里为正方向)。在0～0.2s内,下列说法正确的是(

)A.垂直于纸面向里看,线圈中的感应电流方向为顺时针方向B.t=0.1s时,电阻R两端的电压为0.05VC.通过电阻R的电荷量为0.02CD.线圈电阻r消耗的功率为1×10-4WC[例2]【动生电动势的电路问题】(2025·吉林延边模拟)半径为L的光滑圆形导体环ADNM处于垂直于纸面向里的匀强磁场内,其左侧留有一小缺口AD,右侧与磁场外的电路连接,如图所示。总阻值为R、长为4L、质量为m的金属棒ab在恒力F的作用下从AD位置由静止沿导轨向右运动,经过圆环圆心O时的速度为v,已知磁感应强度为B,外电路定值电阻阻值为R,其余电阻不计,电容器的电容为C。求:(1)从开始运动到金属棒经过O点的过程中,金属棒克服安培力做的功W;(2)金属棒经过O点时,电容器的带电荷量q;(3)金属棒经过O点时,金属棒两端的电势差Uab。[例3]【导线框的电磁感应问题】(2025·云南卷,15)如图所示,光滑水平面上有一个长为L、宽为d的长方体空绝缘箱,其四周紧固一电阻为R的水平矩形导线框,箱子与导线框的总质量为M。与箱子右侧壁平行的磁场边界平面如截面图中虚线PQ所示,边界右侧存在范围足够大的匀强磁场,其磁感应强度大小为B、方向竖直向下。t=0时刻,箱子在水平向右的恒力F(大小未知)作用下由静止开始做匀加速直线运动,这时箱子左侧壁上距离箱底h处、质量为m的木块(视为质点)恰好能与箱子保持相对静止。箱子右侧壁进入磁场瞬间,木块与箱子分离;箱子完全进入磁场前某时刻,木块落到箱子底部,且箱子与木块均不反弹(木块下落过程中与箱子侧壁无碰撞);木块落到箱子底部时撤去F。运动过程中,箱子右侧壁始终与磁场边界平行,忽略箱壁厚度、箱子形变、导线粗细及空气阻力。木块与箱子内壁间的动摩擦因数为μ,假设最大静摩擦力等于滑动摩擦力,重力加速度为g。(1)求F的大小;(2)求t=0时刻,箱子右侧壁距磁场边界的最小距离;(3)若t=0时刻,箱子右侧壁距磁场边界的距离为s[s大于(2)问中最小距离],求最终木块与箱子的速度大小。考点二电磁感应中的电荷量问题电磁感应中电荷量的计算方法[例4]【电磁感应中电荷量的求解】(2025·湖北卷,5)如图甲所示,相距L的两足够长平行金属导轨放在同一水平面内,两长度均为L、电阻均为R的金属棒ab、cd垂直跨放在两导轨上,金属棒与导轨接触良好。导轨电阻忽略不计。导轨间存在与导轨平面垂直的匀强磁场,其磁感应强度大小B随时间变化的图像如图乙所示,t=T时刻,B=0。t=0时刻,两棒相距x0,ab棒速度为零,cd棒速度方向水平向右,并与棒垂直,则0～T时间内通过回路的电荷量为(

)B[例5]【结合动量定理求电荷量】(2025·安徽卷,15)如图,平行光滑金属导轨被固定在水平绝缘桌面上,导轨间距为L,右端连接阻值为R的定值电阻。水平导轨上足够长的矩形区域MNPQ存在竖直向上的匀强磁场,磁感应强度大小为B。某装置从MQ左侧沿导轨水平向右发射第1根导体棒,导体棒以初速度v0进入磁场,速度减为0时被锁定;从原位置再发射第2根相同的导体棒,导体棒仍以初速度v0进入磁场,速度减为0时被锁定,以此类推,直到发射第n根相同的导体棒进入磁场。已知导体棒的质量为m,电阻为R,长度恰好等于导轨间距,与导轨接触良好(发射前导体棒与导轨不接触),不计空气阻力、导轨的电阻,忽略回路中的电流对原磁场的影响。求:(1)第1根导体棒刚进入磁场时,所受安培力的功率;(2)第2根导体棒从进入磁场到速度减为0的过程中,其横截面上通过的电荷量;(3)从第1根导体棒进入磁场到第n根导体棒速度减为0的过程中,导轨右端定值电阻R上产生的总热量。考点三电磁感应中的图像问题解题步骤(1)明确图像的种类,即是B-t图像还是Φ-t图像,或者E-t图像、i-t图像、F-t图像等;对切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及E-x图像和i-x图像。(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电流方向与时间的对应关系。(4)结合法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出相应的函数关系式。(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)画图像或判断图像。[例6]【感生图像问题】(多选)在如图甲所示的虚线框内有周期性变化的磁场,一固定的金属线圈abcd部分处在磁场中,磁场方向垂直于线圈平面,磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。线圈中产生的电动势E、电流I、内能Q、线圈受到的安培力F与时间t的关系可能正确的是(

)ACDA B C DAA B C D电磁感应图像问题的两个常用分析方法(1)排除法:定性地分析每一个过程中物理量的变化(增大还是减小