高考物理一轮总复习第3课时电磁感应中的电路和图象问题(能力课时课件新人教版

1、第3课时 电磁感应中的电路和图象问题（能力课时）考点一 电磁感应中的电路问题1.内电路和外电路源.(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(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电源电动势和路端电压 电动势：£=別。或£=&p路端电压：U=IR=E-Ir=jR外电路为纯电阻/?)在同一水平面的光滑平行导轨严呵 aP、。相距匸1 m,导轨左端接有如图所示的 倉"I_"|/?9 |jRib Q电路.其中水平放置的平行板电容器两极板严M、N相距 =10mm，定值电|S/?1=/?2=12 fl, R3=

2、2 ft,金属棒的电阻旷=2 0,其他电阻不计.磁感应强度B=05T的匀强磁场竖直穿过导轨平面，当金属棒沿导轨向右匀速运动时，质量加= 1X1014电荷量=一1 X 1014C的微粒悬浮于电容器两极板之间恰好静止不 动取g=10 m/s2,在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好，且速度 保持恒定.试求:(1) 匀强磁场的方向；(2) 必两端的路端电压;金属棒运动的速度.解析（1）负电荷受到重力和电场力的作用处于静止状态，因为重力竖直向下，所以电场力竖直向上，故M板带正电."棒向右做切割 磁感线运动产生感应电动势，棒等效于电源，感应电流方向由 bfJ其端为电源的正极，由右手定则可判断，磁

3、场方向竖直向下.(2)微粒受到重力和电场力的作用处于静止状态，根据平衡条件有mg=Eq 又£=号,所以Umn=0.1V人3两端电压与电容器两端电压相等，由欧姆定律得通过心的电流=0.05 AR R则血棒两端的电压为Sb=tw+qlR=0.4 V.由法拉第电磁感应定律得感应电动势E=Blv 由闭合电路欧姆定律得£=血+"=05 V 联立解得0=1 m/s 答案竖直向下(2)0.4 V (3)1 m/s解决电磁感应中的电路问题三部曲用法拉第电磁感应定律计算E的大小，用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向:感应电流方向是“等效电源”内部电流的方向，从而确定“电源”正、

4、负极，明确内阻几根据“等效电源”和电路中其他各元件的连 接方式画出等效电路图.根据E=Blv或,结合闭合电路的欧 姆定律、串并联电路知识和电功率、焦耳定 律等关系式求解.見题组冲关11(多选)如图所示，两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置，间距为2=1间、血间、旳可分别接阻值为尺=10Q的电ueBRXX砂V-RRX1XRbcJd阻一阻值为/? = 10 Q的导体棒以速度c=4 m/s匀速向左运动，导体 棒与导轨接触良好，导轨所在平面存在磁感应强度大小为B=05T、方 向竖直向下的匀强磁场.下列说法中正确的是(BD )A. 导体棒中电流的流向为由到aB.两端的电压为IVC血两端的电压为IVD.沧

5、两端的电压为IV解析：选BD由右手定则可判知A错误；由法拉第电磁感应定律得E=BZr=0.5XlX4 V=2 V, Ucd=RRRE=1 V,B正确;由于血、cf间电阻没有电流流过，故=%=0,所以0严矶尸1 V, C错误，D 正确.111l-2（多选）在如图甲所示的电路中，电Ri=R2=2R9圆形金属 线圈半径为门，线圈导线的电阻为7?,半径为厂2025）的圆形区域内存在 垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间f变化的关系图 线如图乙所示，图线与横、纵轴的交点坐标分别为to和砒 其余导线的 电阻不计，闭合S,至（1时刻，电路中的电流已稳定，下列说法正确的 是（BD ）甲乙A电容器上

6、极板带正电B. 电容器下极板带正电C. 线圈两端的电压为豐°D. 线圈两端的电压为駕'解析：选BD.由楞次定律知圆形金属线圈内的感应电流方向为顺时针，金属线圈相当于电源，电源内部的电流从负极流向正极，贝II电容 器的下极板带正电，上极板带负电，A错，B对；由法拉第电磁感应定律知感应电动势为£=晋=籍s=x品，由闭合电路欧姆定律得感应电流为uER+R1+R2,所以线圈两端的电压U=I(RR =4B°mj5/o,C错，D对.考点二电磁感应中的图象问题电磁感应中常见的图象问题图象类型随时间变化的图象，如/图象、曲图象、Et图象、八/图象；随位移变化的图象，如E讥

7、图象、M图象（所以要先看坐标轴：哪个物理量随哪个物理量变化要弄清）（1）由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图问题类型象（画图象）（2）由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量（用图象）应用知识四个规律左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律六类公式平均电动势E=n m(2) 平动切割电动势E=Blv(3) 转动切割电动势E=Blo(4) 闭合电路欧姆定律安培力(6)牛顿运动定律的相关公式等考向11磁感应强度变化的图象问题将一段导线绕成如图甲所示的闭合回路，并固定在水平面（纸面）内.回路的必边置于垂直纸面向里的匀强磁场I中.回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场II,以向里为磁场II的正方向

8、，其磁感应强度B随时间/变化的图象如图乙所示.用F表示边受到的安培力，以水平向右为F的正方向，能正确反映F随时间r变化的图象是（B ）甲乙cBD考向2 I导体切割磁感线的图象问题解析0孑时间内，根据法拉第电磁感应定律及楞次定律可得回路的圆环形区域产生大小恒定的、沿顺时针方向的感应电流，根据左 手定则，边在匀强磁场I中受到水平向左的恒定的安培力；同理 可得彳T时间内，边在匀强磁场I中受到水平向右的恒定的安培 力，故B项正确.例3 如图所示，一个有矩形边界的匀强磁场区域内磁场方向垂直于纸面向里.一个三角形闭合导线框，由位置1（左）在纸面内匀速运动到位置2（右）.取线框刚到达磁场边界的时刻为计时起点

9、（r=o）,规定 逆时针方向为电流的正方向，则选项中能正确反映线框中电流与时间 关系的图象是（A ）AJI0Ai/V tt0/ tABCD解析 线框进入磁场过程中，磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流方向为逆时针方向，即正方向，可排除B、C选项；由E=BLv 可知，线框进出磁场过程中，切割磁感线的有效长度为线框与磁场边 界交点的连线，故进、出磁场过程中，有效长度L均先增大后减小，故 感应电动势先增大后减小；由欧姆定律可知，感应电流也是先增大后 减小，故A项正确，D项错误.考向3 I电磁感应中双电源问题与图象的综合如图所示为两个有界匀强磁场,磁感应强度大小均为方向分别垂直纸面向里和向外，磁场宽度

10、均为厶距磁场区域的左侧L处，有一边长为L的正方形导体线框，总电厶 亠十厶<-xllxlx'lxlxllxlx'lxlxX X X X X X LIxllx'xllxlxllx'xllx上阻为且线框平面与磁场方向垂直，现用外力F使线框以速度。匀速 穿过磁场区域，以初始位置为计时起点，规定电流沿逆时针方向时的 电动势E为正，磁感线垂直纸面向里时磁通量©的方向为正，外力F向 右为正.则以下关于线框中的磁通量、感应电动势臥 外力F和电功 率P随时间变化的图象正确的是（D ）AB解析 当线框运动厶时开始进入磁场，磁通量开始增加，当全部进入时达到最大；此后向

11、外的磁通量增加，总磁通量减小；当运动到 2.5L时，磁通量最小，故选项A错误；当线框进入第一个磁场时，由E =BLv可知，E保持不变，而开始进入第二个磁场时，两边同时切割磁 感线，电动势应为2BL。，故选项B错误；因安培力总是与运动方向相 反，故拉力应一直向右，故选项C错误；拉力的功率因速度不 变，而线框在第一个磁场时，电流为定值，拉力也为定值；两边分别 在两个磁场中时，由选项B的分析可知，电流加倍，回路中总电动势加 倍，功率变为原来的4倍；此后从第二个磁场中离开时，安培力应等于 线框在第一个磁场中的安培力，所以功率应等于在第一个磁场中的功 率，故选项D正确.求解电磁感应图象类选择题的两种常用

12、方法(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象进行分析和判断.2题组冲关2-1如图所示，导体棒沿两平行金属导轨从图中位置以速度。向右匀速通过一正方形磁场区域 abed, ac垂直于导轨且平行于导体棒，ac右侧的磁感 应强度是左侧的2倍且方向相反，导轨和导体棒的电阻均不计，下列关 于导体棒中感应电流和所受安培力随时间变化的图象正确的是（规定电 流从M经人到N为正方向，安培力向左为正方向）（A ）iIFL

13、111111110MB4 t 0；0ABCD解析：选A由E=BLc可知，导体棒由运动至Ijac过程中，切割磁感线有效长度L均匀增大，感应电动势E均匀增大，由欧姆定律可知, 感应电流/均匀增大.由右手定则可知，感应电流方向由M到N.同理， 导体棒由ac运动到的过程中，感应电流/均匀减小，方向由N到胚由左 手定则可知，导体棒所受安培力始终水平向左，大小不断变化，故选 项A正确.22（多选）如图所示，变化的磁场中放置一固定的导体圆形闭合 线圈，图甲中所示的磁感应强度和电流的方向为设定的正方向，已知 线圈中感应电流i随时间/变化的图象如图乙所示.则在下图中可能是磁 感应强度随时间/变化的图象是（BD）

14、x x x n x 1x /X X xx vjyx 0 X X X X甲乙AC1 2 3 4 sDB0解析：选BD.在00.5 s,电流为负值，可推得磁感应强度向内增 加或向外减少，选项A错误；在0.51.5 s内，电流为正值，在这段时 间内，磁感应强度向内减少或向外增加，当然也可以先是向内减少， 然后是向外增加，选项C错误；在1.52.5 s,电流为负值，可知磁感 强度向内增加或向外减少，在以后的变化过程中，磁场都做周期性的 变化，选项B、D都正确.考点三 电磁感应中电路与图象的综合问题MX X X X XFBXXXX X X X X例5（多选）如图所示，电阻不计、间距为啲竖直向下的匀强磁场

15、中，导轨左端接一定值电阻/?光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为方向质量为加、电阻为啲金属棒MV置于导轨上，受到垂 直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动，外力F与金属棒速度 0的关系是卩=码+好（Fo、氐是常量），金属棒与导轨始终垂直且接触良 好.金属棒中感应电流为初受到的安培力大小为几，电阻人两端的电 压为感应电流的功率为八 它们随时间/变化图象可能正确的有（BC ）解析 经受力分析和电路分析知，i=Blv/?+rB2l2R+rUR=iR =BIRRrr22E P=iRr)=i29因此心心8久8仲8。，i t、FaT、图象的形状与。一/图象相同.对金属棒由牛顿第二定/ B平、律得FF

16、a=mg得尸（）+1一斤齐B2l2v=tna.k=-r，贝妝=譽，金属棒做匀加速运动，A错误；若k>B2l2R+r,a逐渐增大，B正确；若k<B2l2R+r。逐渐减小，最后趋向于零，C正确；由以上分析知PT图象形状不应是直线，D错误.题组冲关31（多选妆口图甲所示，水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，间距为厶一端通过导线与阻值为的电阻连接.导轨上放一 质量为加的金属杆，金属杆、导轨的电阻均忽略不计，匀强磁场垂直导 轨平面向下.用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上，杆最终将做 匀速运动当改变拉力的大小时，金属杆做匀速运动时的速度。也会变化，。和F的关系如图乙所示.下列说法正确

17、的是（BD）1 X XXXXFX XXXXR甲乙A金属杆在匀速运动之前做匀加速直线运动B流过电阻人的电流方向为anC.由图象可以得出B、L、R三者的关系式为歸=|D.当恒力F=3N时，电阻R消耗的最大电功率为8 W解析：选BD金属杆在匀速运动之前，随着运动速度的增大，由F安r可知金属杆所受的安培力增大，由牛顿第二定律可知金属杆的 加速度减小，故金属杆做加速度减小的加速运动，选项A错误；由楞次 定律可知，流过电阻人的电流方向为an,选项B正确；因为图象 与横轴交点等于金属杆所受摩擦力的大小，故由图象可知金属杆所受 的摩擦力为幵=1 N,金属杆匀速运动时有卩一竹=卩安=斤一，则可得B=Fr=选项C

18、错误；当恒力F=3N时，金属杆受到的安培力大小为”安=尸一幵=2 N,金属杆匀速运动的速度为4 m/s,所以金属 杆克服安培力做功的功率P=8W,转化为电能的功率为8 W,故电阻 消耗的最大电功率为8 W,选项D正确.3-2侈选)一正方形金属线框位于有界匀强磁场区域内，线框平 面与磁场垂直，线框的右边紧贴着磁场边界，如图甲所示.r=o时刻对 线框施加一水平向右的外力，让线框从静止开始做匀加速直线运动穿 过磁场，外力F随时间/变化的图象如图乙所示.已知线框质量加=1kg.电阻 =以下说法正确的是(ABC)XXX3XXX21XXX0甲0.5 1.0 1.5 "s 乙A线框做匀加速直线运动