高考物理大一轮复习微专题13电磁感应中的电路和图象问题学案新人教版-3194

高考物理大一轮复习微专题13电磁感觉中的电路和图象问题教案新人教版_3194高考物理大一轮复习微专题13电磁感觉中的电路和图象问题教案新人教版_3194高考物理大一轮复习微专题13电磁感觉中的电路和图象问题教案新人教版_3194微专题13电磁感觉中的电路和图象问题电磁感觉中的电路问题1．题型简述：在电磁感觉问题中||，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||，该部分导体或线圈与其余电阻、灯泡、电容器等用电器组成了电路．在这种问题中||，常波及计算感觉电动势大小、计算导体两头电压、经过导体的电流、产生的电势等．2．解决电磁感觉中电路问题的“三部曲”注意“等效电源”两头的电压指的是路端电压||，而不是电动势或内压降．(2019江·苏卷)如下图||，两条相距d的平行金属导轨位于同一水平面内||，其右端接一阻值为R的电阻．质量为m的金属杆静置在导轨上||，其左边的矩形匀强磁场地区MNPQ的磁感觉强度大小为B、方向竖直向下．当该磁场地区以速度v0匀速地向右扫过金属杆后||，金属杆的速度变成v.导轨和金属杆的电阻不计||，导轨圆滑且足够长||，杆在运动过程中一直与导轨垂直且两头与导轨保持优秀接触．求：(1)MN刚扫过金属杆时||，杆中感觉电流的大小I；(2)MN刚扫过金属杆时||，杆的加快度大小a；(3)PQ刚要走开金属杆时||，感觉电流的功率P.分析：(1)MN刚扫过金属杆时||，金属杆的感觉电动势E＝Bdv0①E回路的感觉电流I＝R②由①②式解得I＝Bdv0③R(2)金属杆所受的安培力F＝Bid④由牛顿第二定律得||，对金属杆F＝ma⑤由③④⑤式得a＝B2d2v0⑥mR(3)金属杆切割磁感线的相对速度v′＝v0－v⑦感觉电动势E＝Bdv′⑧感觉电流的电功率P＝E2⑨R第1页/共9页220－v2⑩由⑦⑧⑨式得P＝RBdv0B2d2v0B2d2v0－v2答案：(1)R(2)mR(3)R此题的重点在于导体切割磁感线产生电动势E＝Blv||，切割的速度(v)是导体与磁场的相对速度||，剖析这种问题||，往常是先电后力||，再功能．(2019北·京卷)如下图||，足够长的平行圆滑金属导轨水平搁置||，宽度L＝0.4m一端连结R＝1Ω的电阻．导线所在空间存在竖直向下的匀强磁场||，磁感觉强度B＝1T．导体棒MN放在导轨上||，其长度恰巧等于导轨间距||，与导轨接触优秀||，导轨和导体棒的电阻均可忽视不计．在平行于导轨的拉力F作用下||，导体棒沿导轨向右匀速运动||，速度v＝5m/s.求：(1)感觉电动势E和感觉电流I；(2)在0.1s时间内||，拉力的冲量If的大小；(3)若将MN换为电阻r＝1Ω的导体棒||，其余条件不变||，求导体棒两头的电压U.分析：(1)依据感觉电动势公式得E＝BLv＝1T×0.4m5×m/s＝2V故感觉电流I＝E＝2V＝2AR1Ω(2)金属棒在匀速运动过程中||，所受的安培力大小为F安＝BIL＝0.8N.因匀速直线运动||，因此导体棒所受拉力F＝F安＝0.8N因此拉力的冲量IF＝F·t＝0.8N×0.1s＝0.08Ns·(3)其余条件不变||，则有电动势E＝2V由全电路的欧姆定律I′＝E＝1AR＋r导体棒两头电压U＝I′R＝1V.答案：(1)E＝2．0VI＝2．0A(2)If＝0.08(NS)·(3)U＝1V1．(2019湖·北黄冈中学调研)(多项选择)如下图||，磁感觉强度大小为B的匀强磁场垂直于圆滑金属导轨平面向外||，导轨左右两头电路所在地区均无磁场散布．垂直于导轨的导体棒接入电路的长度为L、电阻为R00从左向右做匀速直线运动．小||，在外力作用下一直以速度v灯泡电阻为2R04R0a、b的正中间地点||，此||，滑动变阻器总阻值为||，图示状态滑片位于时位于平行板电容器中P处的带电油滴恰巧处于静止状态．电路中其余部分电阻均不计||，各接触处都接触优秀||，且导轨足够长||，则以下判断正确的选项是()．油滴带负电第2页/共9页B．图示状态下||，t时间内流过小灯泡的电荷量为BLv0t4R0C．若将滑动变阻器的滑片向b端挪动||，则小灯泡将变暗D．若将电容器上极板竖直向上挪动少量距离||，同时将下极板接地||，其余条件均不变||，则油滴电势能将增添||，且P点电势将降低分析：选BC依据右手定章判断知下极板为正极板||，故油滴带正电||，选项A错误；导体棒的感觉电动势大小为E＝BLv0||，流过小灯泡的电流大小为1E||，t时间内I＝×2R0＋R0流过小灯泡的电荷量为Q＝I·Δt||，解得BLv0t正确；依据动向电路剖析知||，Q＝4R0||，选项B小灯泡两头电压减小||，故小灯泡变暗||，选项C正确；将上极板向上挪动少量距离||，极板间电压必定||，因为d变大||，则场强E变小||，正极板与P点间电势差变小||，故φp增大||，E增大||，选项D错误．p2．(2019哈·尔滨期中)(多项选择)在如图甲所示的电路中||，螺线管匝数n＝1500匝||，横截2．螺线管导线电阻r＝1Ω||，R12面积S＝20cm＝4Ω||，C＝30μ在F.一段时间内||，Ω||，R＝5穿过螺线管的磁场的磁感觉强度B按如图乙所示的规律变化．则以下说法中正确的选项是()A．螺线管中产生的感觉电动势为1．2VB．闭合S||，电路中的电流稳固后电容器上极板带正电C．电路中的电流稳固后1－2W||，电阻R的电功率为5×10D．S断开后||，经过R2的电荷量为1．8×10－5C分析：选AD||，螺线管内产生的电动势为：E＝nB由法拉第电磁感觉定律可得tS＝10.8－4V＝1．2V||，故A正确；依据楞次定律||，当穿过螺线管的磁通量增添时||，500××20×102螺线管下部能够当作电源的正极||，则电容器下极板带正电||，故B错误；电流稳固后||，电流为：I＝E＝1.2A＝0.12A||，电阻1上耗费的功率为：212＋r4＋5＋1R＋R＝5．76×10－2W||，故C错误；开关断开后经过电阻22＝30×10R的电荷量为：Q＝CU＝CIR6×0.12×5C＝1．8×10－5C||，故D正确．电磁感觉中的图象问题1．题型简述借助图象考察电磁感觉的规律||，向来是高考的热门||，此类题目一般分为两类：(1)由给定的电磁感觉过程选出正确的图象；第3页/共9页由给定的图象剖析电磁感觉过程||，定性或定量求解相应的物理量或推测出其余图象．常有的图象有B－t图、E－t图、i－t图、v－t图及F－t图等．2．解题重点弄清初始条件、正负方向的对应变化范围、所研究物理量的函数表达式、出入磁场的转折点等是解决此类问题的重点．3．解决图象问题的一般步骤(1)明确图象的种类||，即是B－t图仍是Φ－t图||，或许E－t图、I－t图等；(2)剖析电磁感觉的详细过程；(3)用右手定章或楞次定律确立方向的对应关系；联合法拉第电磁感觉定律、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)依据函数关系式||，进行数学剖析||，如剖析斜率的变化、截距等；(6)绘图象或判断图象．4．求解电磁感觉图象类选择题的两种常用方法(1)清除法：定性地剖析电磁感觉过程中物理量的变化趋向(增大仍是减小)、变化快慢(均匀变化仍是非平均变化)||，特别是剖析物理量的正负||，以清除错误的选项．(2)函数法：依据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系||，而后由函数关系对图象进行剖析和判断．Ⅰ.电磁感觉中的图象选择如下图||，等腰三角形内散布有垂直于纸面向外的匀强磁场||，它的底边在x轴上且长为2L||，高为L.纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场地区||，在t＝0时刻恰巧位于图中所示的地点||，以顺时针方向为导线框中电流的正方向||，在下边四幅图中能够正确表示电流—位移(I－x)关系的是()分析：选C线框运动过程中||，由0～L||，电流为正||，因切割磁感线的有效长度渐渐增大||，E＝BLv3L0||，渐渐增大；当运动到2处．此时两边切割磁感线产生的感觉电动势为3电流为零；从2L～2L||，电流反向且增大||，线框走开磁场的过程中||，电流又渐渐减小到零、综合以上剖析选项C正确．在对图象问题进行剖析时||，要经过明确磁通量的变化能否平均||，推知感觉电动势(电流)能否大小恒定||，再利用楞次定律判断出感觉电动势(电流)的方向||，进而确立其正负以及第4页/共9页在座标系中的范围．此外||，有些图象问题要画出等效电路图来协助剖析||，要依据图象的定义把图象反应的物理规律与实质运动过程相对应起来||，而且还要能反过来将实质运动过程与图象对应．最后依据实质运动过程的物理规律进行判断．如下图||，有一等腰直角三角形的地区||，其斜边长为2L||，高为L.在该区域内散布着如下图的磁场||，左边磁场方向垂直纸面向外||，右边磁场方向垂直纸面向里||，磁感觉强度大小均为B.一边长为L、总电阻为R的正方形导线框abcd||，从图示地点开始沿x轴正方向以速度v匀速穿过磁场地区．取沿顺时针的感觉电流方向为正||，则图乙中表示线框中电流i随bc边的地点坐标x变化的图象正确的选项是()分析：选Dbc边的地点坐标x在L～2L过程||，线框bc边有效切线长度为l＝x－L||，Bx－Lv感觉电动势为E＝Blv＝B(x－L)v；感觉电流i＝B＝R||，依据楞次定律判断出来感R应电流方向沿a→b→c→d→a||，为正当．x在2L～3L过程||，ad边和bc边都切割磁感线||，产生感觉电动势||，依据右手定章判断出来感觉电流方向沿a→d→c→d→a||，为负值||，线框l＝L||，感觉电动势为E＝Blv＝BLv||，感觉电流i＝－BLv有效切线长度为R.x在3L～4L过程||，线框ad边有效切线长度为l＝L－(x－3L)＝4L－x||，感觉电动势为E＝Blv＝B(4L－x)v；感觉电流i＝B4L－xva→b→c→d→a||，为正R||，依据楞次定律判断出来感觉电流方向沿值．由图示图象可知||，D正确．Ⅱ.电磁感觉中的图象变换(2019江·西南昌市一模)如图a所示||，在水平面上固定有平行直金属导轨ab、cd||，bd端接有电阻R.导体棒ef垂直轨道搁置在圆滑导轨上||，导轨电阻不计．导轨右端区域存在垂直导轨面的匀强磁场||，且磁感觉强度B随时间t的变化规律如图b所示．在t＝0时刻||，导体棒以速度v0从导轨的左端开始向右运动||，经过时间02t开始进入磁场地区||，取磁场方向竖直向下为磁感觉强度的正方向||，导体回路中顺时针为电流正方向||，则导体回路中的电流||，随时间t的变化规律图象可能是()ΔΦBB0分析：选A由图b可知||，在0～2t0时间内||，回路内磁通量变化率t＝St＝St0||，为常数||，依据法拉第电磁感觉定律||，回路产生的感觉电动势E为常数||，依据闭合电路欧姆定律||，回路产生的感觉电流为常数．依据楞次定律可判断出回路中感觉电流方向为逆时针方向||，即感觉电流为负值且恒定||，可清除图BD．当大于2t0时间内||，导体棒切割磁感线产生感觉电动势和感觉电流||，遇到安培力作用||，导体棒做加快度渐渐增大的减速运动||，第5页/共9页其感觉电流随时间变化应当为曲线||，因此图A正确C错误．图象的变换(1)问题种类：由一种电磁感觉的图象剖析求解出对应的另一种电磁感觉图象的问题．解题重点：①要明确已知图象表示的物理规律和物理过程；②依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变换．如图甲所示||，圆滑导轨水平搁置在斜向下且与水平方向夹角为60°的匀强磁场中||，匀强磁场的磁感觉强度B随时间t的变化规律如图乙所示(规定斜向下为B的正方向)||，导体棒ab垂直导轨搁置且与导轨接触优秀||，除电阻R的阻值外||，其余电阻不计||，导体棒ab在水平外力作用下一直处于静止状态．规定a→b的方向为电流的正方向||，水平向右的方向为外力的正方向||，则在0～t1时间内||，能正确反应流过导体棒ab的电流I和导体棒ab所受水平外力F随时间t变化的图象是()分析：选D由楞次定律可判断回路中的电流方向一直为b→a||，由法拉第电磁感觉定律可判断回路中的电流大小恒定||，故A、B两项错误；由F安＝BIL可得F安随B的变化而变化||，在0～t0时间内||，F安方向水平向右||，故外力F与F安等值反向||，方向水平向左为负值；在t01时间内||，F安方向改变||，故外力F方向也改变成正当||，综上所述||，D项正～t确．Ⅲ.电磁感觉中图象的综合应用剖析(2019全·国卷Ⅱ)(多项选择)两条平行虚线间存在一匀强磁场||，磁感觉强度方向与纸面垂直．边长为0.1m、总电阻为0.005Ω的正方形导线框abcd位于纸面内||，cd边与磁场界限平行||，如图(a)所示．已知导线框向来向右做匀速直线运动||，cd边于t＝0时刻进入磁场．线框中感觉电动势随时间变化的图线如图(b)所示(感觉电流的方向为顺时针时||，感觉电动势取正)．以下说法正确的选项是()A．磁感觉强度的大小为0.5TB．导线框运动速度的大小为0.5m/sC．磁感觉强度的方向垂直于纸面向外D．在t＝0.4s至t＝0.6s这段时间内||，导线框所受的安培力大小为0.1N分析：选BCA错：由图象可知||，cd边切割磁感线产生的感觉电动势E＝0.01V||，0.01由公式E＝BLv||，可得磁感觉强度的大小B＝0.1×0.5T＝0.2T．B对：由图象可知||，从导线框的cd边进入磁场到ab边恰巧进入磁场||，用时为0.2s||，可得导线框运动速度的大小v第6页/共9页0.1＝0.2m/s＝0.5m/s.C对：感觉电流的方向为顺时针时||，对cd边应用右手定章可知||，磁感应强度的方向垂直于纸面向外．D错：t＝0.4s至t＝0.6s时间段为cd边走开磁场||，ab边BEL切割磁感线的过程．由闭合电路欧姆定律及安培力公式得安培力F＝R||，代入数据得F＝0.04N.(2019·南鹤壁第一次周练河)一正方形金属线框位于有界匀强磁场地区内||，线框平面与磁场垂直||，线框的右边紧贴着磁场界限||，如图甲所示．t＝0时刻对线框施加一水平向右的外力F||，让线框从静止开始做匀加快直线运动穿过磁场．外力F随时间t变化的图线如图乙所示．己知线框质量m＝1kg、电阻R＝1Ω以.下说法不正确的选项是()A．做匀加快直线运动的加快度为1m/s2B．匀强磁场的磁感觉强度为22TC．线框穿过磁场过程中||，经过线框的电荷量为2C2D．线框穿过磁场的过程中||，线框上产生的焦耳热为1．5J分析：选Dt＝0时刻||，线框的速度为零||，线框没有感觉电流||，不受安培力||，加快F1221212度为a＝m＝1m/s＝1m/s||，A正确；线框的边长为L＝2at＝2×1×1m＝0.5m||，线框刚BLv出磁场时的速度为v＝at＝1×1m/s＝1m/s||，此时线框所受的安培力为FA＝BIL||，I＝R||，B2L2vB2L2v测得FA＝R||，依据牛顿第二定律得F－FA＝ma||，代入得F－R＝ma||，代入数据F＝3N||，m＝1kg||，R＝1Ω||，L＝0.5m||，v＝1m/s||，a＝1m/s2解得||，B＝22T||，B－－E||，－－ΔΦΔΦBL222×0.52正确；由q＝It||，I＝R||，E＝t||，则经过线框的电量q＝R＝R＝1C22C||，C正确；线框的位移为x＝L＝0.5m||，若F＝3N保持不变||，则F做功为W＝Fx3×0.5J＝1．5J||，而实质中F的大小渐渐增大||，最大为3N||，因此F做功应小于1．5J．由于线框加快运动||，依据能量守恒得线框上产生的焦耳热小于1．5J||，故D错误．3．(2019·北省黄冈市黄冈中学模拟湖)如图甲所示||，正三角形导线框abc固定在磁场中||，磁场方向与线圈平面垂直||，磁感觉强度B随时间变化的关系如图乙所示．t＝0时刻磁场方向垂直纸面向里||，在0～4s时间内||，线框ab边所受安培力F随时间t变化的关系(规定水平向左为力的正方向)可能是以下图中的()BE1SB0分析：选A0～1s||，感觉电动势为：E1＝St＝SB0||，为定值；感觉电流I1＝r＝r第7页/共9页||，为定值；安培力F＝BI1L∝B；因为B渐渐减小到零||，故安培力渐渐减小到零||，依据楞次定律可知||，线圈ab边所受的安培力向左||，为正；同理：1～2s||，感觉电动势为：E1＝BE1SB0St＝SB0||，为定值；感觉电流：I1＝r＝r||，为定值；安培力F＝BI1L∝B；因为B渐渐增大||，故安培力渐渐增大||，依据楞次定律可知||，线圈ab边所受的安培力向右||，为负：32B222SB0s～4s内||，感觉电动势为：E＝St||，为定值；感觉电流：I＝rr||，为定值；安培力F＝BI2B渐渐减小到L∝B||，因为B渐渐减小到零||，故安培力渐渐减小到零；因为零||，故经过线圈的磁通量减小||，依据楞次定律||，感觉电流要阻挡磁通量