（江苏专用版）2020版高考物理总复习第九章微专题7电磁感应中的电路和图像问题课件.pptx

1、微专题7电磁感应中的电路和图像问题,考点一 电磁感应中的电路问题,考点二 电磁感应中的图像问题,考点突破,考点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.分析电磁感应电路问题的基本思路,例1(2018昆山检测)如图甲所示,一个匝数n=100的圆形线圈,面积S1=0.4 m2,电阻r=1 。在线圈中存在面积S2=0.3 m2、垂直线圈平面(指向纸外)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。将线圈两端a、b与一个R=2 的电阻相连接,b端接地。试分析求解:,(1)圆形线圈中产生的感应电动势E; (2)电阻R消耗的电功率; (3)a端的电势a。,答案(1)4.5 V

2、(2)4.5 W(3)-3 V,解析(1)线圈产生的电动势 E=n=nS=1000.3 V=4.5 V (2)电流为I= A=1.5 A 通过电阻R的电功率为P=I2R=1.522 W=4.5 W (3)由楞次定律可知,线圈中电流沿顺时针方向,b点电势高,a点电势低,R两端电压为UR=IR=1.52 V=3 V 则有UR=b-a,b=0,故a=-3 V。,考点二电磁感应中的图像问题,1.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表达式、进出磁场的转折点等是解决此类问题的关键。,2.解决图像问题的一般步骤 (1)明确图像的种类,即是B-t图还是-t图,或者E-t图、I-t

3、图等; (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)画图像或判断图像。,3.电磁感应中图像类选择题的两个常用方法,例2(多选)(2018苏州调研)如图甲所示,矩形导线框固定在匀强磁场中,磁感线方向与导线框所在平面垂直;规定垂直纸面向里方向为磁场的正方向,磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示。则(),A.从0到t2时间内,导线框中电流的方向先为adcba再为abcda B.从0到t2时间内,导线框中电流的方向始终为a

4、dcba C.从0到t1时间内,导线框中电流越来越小 D.从0到t1时间内,导线框ab边受到的安培力越来越小,答案BD从0到t2时间内,线圈中磁通量的变化率相同,则感应电动势不变,电路中电流大小和方向不变,根据楞次定律可知电流方向为adcba,故A、C项错误,B项正确;从0到t1时间内,电路中电流大小恒定不变,故由F=BIL可知,F与B成正比,因为B逐渐减小,所以安培力越来越小,故D项正确。,例3(多选)(2018课标)如图(a),在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R,R在PQ的右侧;导线PQ中通有正弦交流电流i,i的变化如图(b)所示,规定从Q到P为电流的正方向。导线框R中的感应电动

5、势 (AC),A.在t=时为零 B.在t=时改变方向 C.在t=时最大,且沿顺时针方向 D.在t=T时最大,且沿顺时针方向,解析 由图(b)可知,导线PQ中电流在t=时达到最大值,变化率为 零,导线框R中磁通量变化率为零,根据法拉第电磁感应定律,在t=时导 线框中产生的感应电动势为零,选项A正确;在t=时,导线PQ中电流-时 间图像斜率的正负不变,导致导线框R中磁通量变化率的正负不变,根据楞次定律,在t=时,导线框中产生的感应电动势方向不变,选项B错误; 由于在t=时,导线PQ中电流-时间图像斜率的绝对值最大,电流变化率,最大,导致导线框R中磁通量变化率最大,根据法拉第电磁感应定律,在t=时,

6、导线框中产生的感应电动势最大,由楞次定律可判断出感应电动势 的方向为顺时针方向,选项C正确;由楞次定律可判断出在t=T时感应电动势的方向为逆时针方向,选项D错误。,例4(2017徐州模拟)如图所示,闭合导线框匀速穿过垂直纸面向里的匀强磁场区域,磁场区域宽度大于线框尺寸,规定线框中逆时针方向的电流为正,则线框中电流i随时间t变化的图像可能正确的是(B),解析线框进入磁场过程中磁通量增加,根据楞次定律可得电流为逆时针方向(正方向),线框离开磁场过程中磁通量减小,根据楞次定律可得电流为顺时针方向(负方向);根据法拉第电磁感应定律和闭合电路的欧姆定律可得感应电流i=,刚进入时有效切割长度最大,感应电流

7、最 大、一半进入磁场后有效切割长度变为原来的一半,感应电流变为原来的一半,完全进入后磁通量不变,不会产生感应电流,离开磁场的过程中有效切割长度与进入过程相同,感应电流大小的变化也相同,故B项正确,A、C、D项错误。,应用电磁感应规律解读实际应用问题,加油小站,例5(2015江苏单科)做磁共振(MRI)检查时,对人体施加的磁场发生变化时会在肌肉组织中产生感应电流。某同学为了估算该感应电流对肌肉组织的影响,将包裹在骨骼上的一圈肌肉组织等效成单匝线圈,线圈的半径r=5.0 cm,线圈导线的截面积A=0.80 cm2,电阻率=1.5 m。如图所示,匀强磁场方向与线圈平面垂直,若磁感应强度B在0.3 s

8、内从1.5 T均匀地减为零,求:(计算结果保留一位有效数字),(1)该圈肌肉组织的电阻R; (2)该圈肌肉组织中的感应电动势E; (3)0.3 s内该圈肌肉组织中产生的热量Q。,答案(1)6103 (2)410-2 V(3)810-8 J,解析(1)由电阻定律得R=,代入数据得R6103 (2)感应电动势E=,代入数据得E410-2 V (3)由焦耳定律得Q=t,代入数据得Q810-8 J,例6某电子天平原理如图所示,E形磁铁的两侧为N极,中心为S极,两极间的磁感应强度大小均为B,磁极宽度均为L,忽略边缘效应。一正方形线圈套于中心磁极,其骨架与秤盘连为一体,线圈两端C、D与外电路连接。当质量为

9、m的重物放在秤盘上时,弹簧被压缩,秤盘和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接触),随后外电路对线圈供电,秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止,由此时对应的供电电流I可确定重物的质量。已知线圈匝数为n,线圈电阻为R,重力加速度为g。问:,(1)线圈向下运动过程中,线圈中感应电流是从C端还是从D端流出? (2)供电电流I是从C端还是从D端流入?求重物质量与电流的关系。 (3)若线圈消耗的最大功率为P,该电子天平能称量的最大质量是多少?,答案见解析,解析(1)感应电流从C端流出。 (2)外加电流从D端流入 设线圈受到的安培力为FA 由FA=mg和FA=2nBIL,得m=I (3)设称量最大质量为m0

10、由m=I和P=R 得m0=。,随堂巩固,1.如图甲所示,在同一平面内有两个相互绝缘的金属圆环A、B,圆环A将圆环B分为面积相等的两部分,当圆环A中的电流按如图乙所示规律变化时,图甲中A上所示的电流方向为正,下列说法正确的是(B) A.B中始终没有感应电流 B.B中有顺时针方向的感应电流 C.B中有逆时针方向的感应电流 D.B中先有顺时针方向的感应电流,后有 逆时针方向的感应电流,解析由于A中的电流发生了变化,故B中一定有感应电流产生,由楞次定律判定可知,B中有顺时针方向的感应电流,故B项正确。,2.如图所示,竖直平面内有一金属环,半径为a,总电阻为R(指剪开拉直时两端的电阻),磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面,与环的最高点A连接的长度为2a、电阻为的导体棒AB由水平位置紧贴环面摆下, 当摆到竖直位置时,B点的线速度为v,则这时导体棒AB两端的电压大小为(A),A.B. C.D.Bav,解析摆到竖直位置时,导体棒AB切割磁感线产生的瞬时感应电动势E=B2av=Bav。由闭合电路的欧姆定律得,UAB=Bav,故选 项A正确。,3.如图所示,用同种材料制成的粗细相同的金属圆环A和B,电阻RA=2RB;虚线框内有随时间均匀变化的磁场;此磁场在圆环B内时,M、N两点间电势差大小为1.8 V,则将该磁场放入圆环