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文档简介
专题八电磁感应中的电路和图象问题1.电磁感应中电路知识的关系图一、电磁感应中的电路问题2.电磁感应中电路问题的题型特点
闭合电路中磁通量发生变化或有部分导体做切割磁感线运动,在回路中将产生感应电动势和感应电流.从而考题中常涉及电流、电压、电功等的计算,也可能涉及电磁感应与力学、电磁感应与能量的综合分析.3.分析电磁感应电路问题的基本思路(1)确定电源:用法拉第电磁感应定律和楞次定律或右手定则确定感应电动势的大小和方向,电源内部电流的方向是从低电势流向高电势;(2)分析电路结构:根据“等效电源”和电路中其他元件的连接方式画出等效电路.注意区别内外电路,区别路端电压、电动势;【典例1】(2013·广东卷,36)如图1(a)所示,在垂直于匀强磁场B的平面内,半径为r的金属圆盘绕过圆心O的轴转动,圆心O和边缘K通过电刷与一个电路连接,电路中的P是加上一定正向电压才能导通的电子元件,流过电流表的电流I与圆盘角速度ω的关系如图(b)所示,其中ab段和bc段均为直线,且ab段过坐标原点,ω>0代表圆盘逆时针转动.已知:R=3.0Ω,B=1.0T,r=0.2m.忽略圆盘、电流表和导线的电阻.图1(1)根据图(b)写出ab、bc段对应的I与ω的关系式;(2)求出图(b)中b、c两点对应的P两端的电压Ub、Uc;(3)分别求出ab、bc流过P的电流IP与其两端电压UP的关系式.审题指导审题图,抓转化(1)审图(b)(2)审图(a)答案见解析反思总结电磁感应电路的几个等效问题即学即练1(单选)粗细均匀的电阻丝围成图2所示的线框,置于正方形有界匀强磁场中,磁感强度为B,方向垂直于线框平面,图中ab=bc=2cd=2de=2ef=2fa=2L.现使线框以同样大小的速度v匀速沿四个不同方向平动进入磁场,并且速度方向始终与线框先进入磁场的那条边垂直,则线框在通过如图所示位置时,下列说法中正确的是(
).图2A.ab两点间的电势差图①中最大B.ab两点间的电势差图②中最大C.回路电流图③中最大D.回路电流图④中最小答案
A二、电磁感应中的图象问题1.图象类型
电磁感应中主要涉及的图象有Bt图象、Φt图象、Et图象和It图象.还常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图象,即Ex图象和Ix图象.2.常见题型
图象的选择、图象的描绘、图象的转换、图象的应用.3.所用规律
一般包括:左手定则、安培定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等.4.分析步骤 (1)明确图象的种类; (2)分析电磁感应的具体过程; (3)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数方程; (4)根据函数方程进行数学分析,例如分析斜率的变化、截距等; (5)画图象或判断图象.题型一图象的选择问题类型由给定的电磁感应过程选出正确的图象解题关键根据题意分析相关物理量的函数关系、分析物理过程中的转折点、明确“+、-”号的含义,结合数学知识做正确的判断【典例2】(2013·全国新课标卷Ⅰ,17)(单选)如图3,在水平面(纸面)内有三根相同的均匀金属棒ab、ac和MN,其中ab、ac在a点接触,构成“V”字型导轨.空间存在垂直于纸面的均匀磁场.用力使MN向右匀速运动,从图示位置开始计时,运动中MN图3始终与∠bac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i与时间t的关系图线,可能正确的是(
).答案
A即学即练2(单选)如图4所示,垂直纸面向里的匀强磁场的区域宽度为2a,磁感应强度的大小为B.一边长为a、电阻为4R的正方形均匀导线框ABCD从图示位置开始沿水平向右方向以速度图4v匀速穿过磁场区域,在图中线框A、B两端电压UAB与线框移动距离x的关系图象正确的是 (
).解析进入磁场时,注意UAB是路端电压,大小应该是电动势的四分之三,此时E=Bav,所以UAB=3Bav/4;完全进入后,没有感应电流,但有感应电动势,大小为Bav,穿出磁场时电压大小应该是电动势的四分之一,UAB=Bav/4,方向始终是相同,即φA>φB.答案
D题型二图象的转换问题类型由一种电磁感应的图象分析求解出对应的另一种电磁感应图象的问题解题关键(1)要明确已知图象表示的物理规律和物理过程;(2)根据所求的图象和已知图象的联系,对另一图象做出正确的判断进行图象间的转换【典例3】(2013·山东卷,18)(单选)将一段导线绕成图5甲所示的闭合回路,并固定在水平面(纸面)内.回路的ab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,其磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示.用F表示ab边受到的安培力,以水平向右为F的正方向,能正确反应F随时间t变化的图象是 (
).图5答案
B即学即练3(多选)如图6甲所示,正六边形导线框abcdef放在匀强磁场中静止不动,磁场方向与线框平面垂直,磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示.t=0时刻,磁感应强度B的方向垂直纸面向里,设产生的感应电流以顺时针方向为正、竖直边cd所受安培力的方向以水平向左为正.则下面关于感应电流i和cd边所受安培力F随时间t变化的图象正确的是 (
).图6解析
0~2s时间内,负方向的磁场在减弱,产生正方向的恒定电流,cd边受安培力向右且减小.2s~3s时间内,电流仍是正方向,且大小不变,此过程cd边受安培力向左且增大.3s~6s时间内,电流沿负方向,大小不变,cd边受安培力先向右后变为向左,故选A、C.答案
AC题型三图象的应用问题类型由电磁感应图象得出的物理量和规律分析求解动力学、电路等问题解题关键从图象上读取有关信息是求解本题的关键,图象是数理综合的一个重要的窗口,在运用图象解决物理问题时,第一个关键是破译,即解读图象中的关键信息(尤其是过程信息),另一个关键是转换,即有效地实现物理信息和数学信息的相互转换.【典例4】水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置,间距为L,一端通过导线与阻值为R的电阻连接;导轨上放一质量为m的金属杆(见图7甲),金属杆与导轨的电阻忽略不计;磁场竖直向下.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,相对应的匀速运动速度v也会变化,v与F的关系如图乙.(取重力加速度g=10m/s2)图7(1)金属杆在匀速运动之前做什么运动?(2)若m=0.5kg,L=0.5m,R=0.5Ω,磁感应强度B为多大?(3)由vF图线的截距可求得什么物理量?其值为多少?(3)由直线的截距可以求得金属杆受到的摩擦阻力Ff=2N若金属杆受到的阻力仅为动摩擦力,由截距可求得动摩擦因数μ=0.4.答案
(1)变加速运动(2)1T
(3)见解析反思总结
(1)定性分析物理图象①要明确图象坐标轴的意义;②借助有关的物理概念、公式、定理和定律做出分析判断.(2)定量计算①弄清图象所揭示的物理规律或物理量间的函数关系;②挖掘图象中的隐含条件,明确有关图线所包围的面积、图线的斜率(或其绝对值)、截距所表示的物理意义.即学即练4(单选)如图8甲所示,垂直纸面向里的有界匀强磁场的磁感应强度B=1.0T,质量m=0.04kg、高h=0.05m、总电阻R=5Ω、n=100匝的矩形线圈竖直固定在质量M=0.08kg的小车上,小车与线圈的水平长度l相等.线圈和小车一起沿光滑水平面运动,并以初速度v1=10m/s进入磁场,线圈平面和磁场方向始终垂直.若小车运动的速度v随位移x变化的vx图象如图乙所示,则根据以上信息可知 (
).图8A.小车的水平长度l=15cmB.磁场的宽度d=35cmC.小车的位移x=10cm时线圈中的电流I=7AD.线圈通过磁场的过程中线圈产生的热量Q=1.92J答案
C即学即练5如图9甲所示,空间存在一宽度为2L的有界匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里.在光滑绝缘水平面内有一边长为L的正方形金属线框,其质量m=1kg、电阻R=4Ω,在水平向左的外力F作用下,以初速度v
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