高考物理一輪總復(fù)習(xí)第3課時(shí)電磁感應(yīng)中的電路和圖象問題(能力課時(shí)課件新人教版

1、第3課時(shí) 電磁感應(yīng)中的電路和圖象問題（能力課時(shí)）考點(diǎn)一 電磁感應(yīng)中的電路問題1.內(nèi)電路和外電路源.(1)切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線圈都相當(dāng)于電(2)該部分導(dǎo)體的電阻或線圈的電阻相當(dāng)于電源的內(nèi)阻，其余部分是外電阻.2電源電動(dòng)勢(shì)和路端電壓 電動(dòng)勢(shì)：£=別。或£=&p路端電壓：U=IR=E-Ir=jR外電路為純電阻/?)在同一水平面的光滑平行導(dǎo)軌嚴(yán)呵 aP、。相距匸1 m,導(dǎo)軌左端接有如圖所示的 倉(cāng)"I_"|/?9 |jRib Q電路.其中水平放置的平行板電容器兩極板嚴(yán)M、N相距 =10mm，定值電|S/?1=/?2=12 fl, R3=

2、2 ft,金屬棒的電阻曠=2 0,其他電阻不計(jì).磁感應(yīng)強(qiáng)度B=05T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)豎直穿過導(dǎo)軌平面，當(dāng)金屬棒沿導(dǎo)軌向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量加= 1X1014電荷量=一1 X 1014C的微粒懸浮于電容器兩極板之間恰好靜止不 動(dòng)取g=10 m/s2,在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好，且速度 保持恒定.試求:(1) 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向；(2) 必兩端的路端電壓;金屬棒運(yùn)動(dòng)的速度.解析（1）負(fù)電荷受到重力和電場(chǎng)力的作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，因?yàn)橹亓ωQ直向下，所以電場(chǎng)力豎直向上，故M板帶正電."棒向右做切割 磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，棒等效于電源，感應(yīng)電流方向由 bfJ其端為電源的正極，由右手定則可判斷，磁

3、場(chǎng)方向豎直向下.(2)微粒受到重力和電場(chǎng)力的作用處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)平衡條件有mg=Eq 又£=號(hào),所以Umn=0.1V人3兩端電壓與電容器兩端電壓相等，由歐姆定律得通過心的電流=0.05 AR R則血棒兩端的電壓為Sb=tw+qlR=0.4 V.由法拉第電磁感應(yīng)定律得感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Blv 由閉合電路歐姆定律得£=血+"=05 V 聯(lián)立解得0=1 m/s 答案豎直向下(2)0.4 V (3)1 m/s解決電磁感應(yīng)中的電路問題三部曲用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算E的大小，用楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向:感應(yīng)電流方向是“等效電源”內(nèi)部電流的方向，從而確定“電源”正、

4、負(fù)極，明確內(nèi)阻幾根據(jù)“等效電源”和電路中其他各元件的連 接方式畫出等效電路圖.根據(jù)E=Blv或,結(jié)合閉合電路的歐 姆定律、串并聯(lián)電路知識(shí)和電功率、焦耳定 律等關(guān)系式求解.見題組沖關(guān)11(多選)如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌水平平行放置，間距為2=1間、血間、旳可分別接阻值為尺=10Q的電ueBRXX砂V-RRX1XRbcJd阻一阻值為/? = 10 Q的導(dǎo)體棒以速度c=4 m/s勻速向左運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體 棒與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌所在平面存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=05T、方 向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng).下列說法中正確的是(BD )A. 導(dǎo)體棒中電流的流向?yàn)橛傻絘B.兩端的電壓為IVC血兩端的電壓為IVD.滄

5、兩端的電壓為IV解析：選BD由右手定則可判知A錯(cuò)誤；由法拉第電磁感應(yīng)定律得E=BZr=0.5XlX4 V=2 V, Ucd=RRRE=1 V,B正確;由于血、cf間電阻沒有電流流過，故=%=0,所以0嚴(yán)磯尸1 V, C錯(cuò)誤，D 正確.111l-2（多選）在如圖甲所示的電路中，電Ri=R2=2R9圓形金屬 線圈半徑為門，線圈導(dǎo)線的電阻為7?,半徑為廠2025）的圓形區(qū)域內(nèi)存在 垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間f變化的關(guān)系圖 線如圖乙所示，圖線與橫、縱軸的交點(diǎn)坐標(biāo)分別為to和砒 其余導(dǎo)線的 電阻不計(jì)，閉合S,至（1時(shí)刻，電路中的電流已穩(wěn)定，下列說法正確的 是（BD ）甲乙A電容器上

6、極板帶正電B. 電容器下極板帶正電C. 線圈兩端的電壓為豐°D. 線圈兩端的電壓為駕'解析：選BD.由楞次定律知圓形金屬線圈內(nèi)的感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針，金屬線圈相當(dāng)于電源，電源內(nèi)部的電流從負(fù)極流向正極，貝II電容 器的下極板帶正電，上極板帶負(fù)電，A錯(cuò)，B對(duì)；由法拉第電磁感應(yīng)定律知感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為£=晉=籍s=x品，由閉合電路歐姆定律得感應(yīng)電流為uER+R1+R2,所以線圈兩端的電壓U=I(RR =4B°mj5/o,C錯(cuò)，D對(duì).考點(diǎn)二電磁感應(yīng)中的圖象問題電磁感應(yīng)中常見的圖象問題圖象類型隨時(shí)間變化的圖象，如/圖象、曲圖象、Et圖象、八/圖象；隨位移變化的圖象，如E譏

7、圖象、M圖象（所以要先看坐標(biāo)軸：哪個(gè)物理量隨哪個(gè)物理量變化要弄清）（1）由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖問題類型象（畫圖象）（2）由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量（用圖象）應(yīng)用知識(shí)四個(gè)規(guī)律左手定則、安培定則、右手定則、楞次定律六類公式平均電動(dòng)勢(shì)E=n m(2) 平動(dòng)切割電動(dòng)勢(shì)E=Blv(3) 轉(zhuǎn)動(dòng)切割電動(dòng)勢(shì)E=Blo(4) 閉合電路歐姆定律安培力(6)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的相關(guān)公式等考向11磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的圖象問題將一段導(dǎo)線繞成如圖甲所示的閉合回路，并固定在水平面（紙面）內(nèi).回路的必邊置于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)I中.回路的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的磁場(chǎng)II,以向里為磁場(chǎng)II的正方向

8、，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間/變化的圖象如圖乙所示.用F表示邊受到的安培力，以水平向右為F的正方向，能正確反映F隨時(shí)間r變化的圖象是（B ）甲乙cBD考向2 I導(dǎo)體切割磁感線的圖象問題解析0孑時(shí)間內(nèi)，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律及楞次定律可得回路的圓環(huán)形區(qū)域產(chǎn)生大小恒定的、沿順時(shí)針方向的感應(yīng)電流，根據(jù)左 手定則，邊在勻強(qiáng)磁場(chǎng)I中受到水平向左的恒定的安培力；同理 可得彳T時(shí)間內(nèi)，邊在勻強(qiáng)磁場(chǎng)I中受到水平向右的恒定的安培 力，故B項(xiàng)正確.例3 如圖所示，一個(gè)有矩形邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里.一個(gè)三角形閉合導(dǎo)線框，由位置1（左）在紙面內(nèi)勻速運(yùn)動(dòng)到位置2（右）.取線框剛到達(dá)磁場(chǎng)邊界的時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)

9、（r=o）,規(guī)定 逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较?，則選項(xiàng)中能正確反映線框中電流與時(shí)間 關(guān)系的圖象是（A ）AJI0Ai/V tt0/ tABCD解析 線框進(jìn)入磁場(chǎng)過程中，磁通量增大，由楞次定律可知，感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向，即正方向，可排除B、C選項(xiàng)；由E=BLv 可知，線框進(jìn)出磁場(chǎng)過程中，切割磁感線的有效長(zhǎng)度為線框與磁場(chǎng)邊 界交點(diǎn)的連線，故進(jìn)、出磁場(chǎng)過程中，有效長(zhǎng)度L均先增大后減小，故 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先增大后減??；由歐姆定律可知，感應(yīng)電流也是先增大后 減小，故A項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤.考向3 I電磁感應(yīng)中雙電源問題與圖象的綜合如圖所示為兩個(gè)有界勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為方向分別垂直紙面向里和向外，磁場(chǎng)寬度

10、均為厶距磁場(chǎng)區(qū)域的左側(cè)L處，有一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)體線框，總電厶 亠十厶<-xllxlx'lxlxllxlx'lxlxX X X X X X LIxllx'xllxlxllx'xllx上阻為且線框平面與磁場(chǎng)方向垂直，現(xiàn)用外力F使線框以速度。勻速 穿過磁場(chǎng)區(qū)域，以初始位置為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，規(guī)定電流沿逆時(shí)針方向時(shí)的 電動(dòng)勢(shì)E為正，磁感線垂直紙面向里時(shí)磁通量©的方向?yàn)檎饬向 右為正.則以下關(guān)于線框中的磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)臥 外力F和電功 率P隨時(shí)間變化的圖象正確的是（D ）AB解析 當(dāng)線框運(yùn)動(dòng)厶時(shí)開始進(jìn)入磁場(chǎng)，磁通量開始增加，當(dāng)全部進(jìn)入時(shí)達(dá)到最大；此后向

11、外的磁通量增加，總磁通量減??；當(dāng)運(yùn)動(dòng)到 2.5L時(shí)，磁通量最小，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；當(dāng)線框進(jìn)入第一個(gè)磁場(chǎng)時(shí)，由E =BLv可知，E保持不變，而開始進(jìn)入第二個(gè)磁場(chǎng)時(shí)，兩邊同時(shí)切割磁 感線，電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為2BL。，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤；因安培力總是與運(yùn)動(dòng)方向相 反，故拉力應(yīng)一直向右，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；拉力的功率因速度不 變，而線框在第一個(gè)磁場(chǎng)時(shí)，電流為定值，拉力也為定值；兩邊分別 在兩個(gè)磁場(chǎng)中時(shí)，由選項(xiàng)B的分析可知，電流加倍，回路中總電動(dòng)勢(shì)加 倍，功率變?yōu)樵瓉?lái)的4倍；此后從第二個(gè)磁場(chǎng)中離開時(shí)，安培力應(yīng)等于 線框在第一個(gè)磁場(chǎng)中的安培力，所以功率應(yīng)等于在第一個(gè)磁場(chǎng)中的功 率，故選項(xiàng)D正確.求解電磁感應(yīng)圖象類選擇題的兩種常用

12、方法(1)排除法：定性地分析電磁感應(yīng)過程中物理量的變化趨勢(shì)(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化)，特別是分析物理量的 正負(fù)，以排除錯(cuò)誤的選項(xiàng).(2)函數(shù)法：根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系，然后由函數(shù)關(guān)系對(duì)圖象進(jìn)行分析和判斷.2題組沖關(guān)2-1如圖所示，導(dǎo)體棒沿兩平行金屬導(dǎo)軌從圖中位置以速度。向右勻速通過一正方形磁場(chǎng)區(qū)域 abed, ac垂直于導(dǎo)軌且平行于導(dǎo)體棒，ac右側(cè)的磁感 應(yīng)強(qiáng)度是左側(cè)的2倍且方向相反，導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均不計(jì)，下列關(guān) 于導(dǎo)體棒中感應(yīng)電流和所受安培力隨時(shí)間變化的圖象正確的是（規(guī)定電 流從M經(jīng)人到N為正方向，安培力向左為正方向）（A ）iIFL

13、111111110MB4 t 0；0ABCD解析：選A由E=BLc可知，導(dǎo)體棒由運(yùn)動(dòng)至Ijac過程中，切割磁感線有效長(zhǎng)度L均勻增大，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E均勻增大，由歐姆定律可知, 感應(yīng)電流/均勻增大.由右手定則可知，感應(yīng)電流方向由M到N.同理， 導(dǎo)體棒由ac運(yùn)動(dòng)到的過程中，感應(yīng)電流/均勻減小，方向由N到胚由左 手定則可知，導(dǎo)體棒所受安培力始終水平向左，大小不斷變化，故選 項(xiàng)A正確.22（多選）如圖所示，變化的磁場(chǎng)中放置一固定的導(dǎo)體圓形閉合 線圈，圖甲中所示的磁感應(yīng)強(qiáng)度和電流的方向?yàn)樵O(shè)定的正方向，已知 線圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間/變化的圖象如圖乙所示.則在下圖中可能是磁 感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間/變化的圖象是（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：選BD.在00.5 s,電流為負(fù)值，可推得磁感應(yīng)強(qiáng)度向內(nèi)增 加或向外減少，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；在0.51.5 s內(nèi)，電流為正值，在這段時(shí) 間內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度向內(nèi)減少或向外增加，當(dāng)然也可以先是向內(nèi)減少， 然后是向外增加，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；在1.52.5 s,電流為負(fù)值，可知磁感 強(qiáng)度向內(nèi)增加或向外減少，在以后的變化過程中，磁場(chǎng)都做周期性的 變化，選項(xiàng)B、D都正確.考點(diǎn)三 電磁感應(yīng)中電路與圖象的綜合問題MX X X X XFBXXXX X X X X例5（多選）如圖所示，電阻不計(jì)、間距為啲豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)

15、中，導(dǎo)軌左端接一定值電阻/?光滑平行金屬導(dǎo)軌水平放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為方向質(zhì)量為加、電阻為啲金屬棒MV置于導(dǎo)軌上，受到垂 直于金屬棒的水平外力F的作用由靜止開始運(yùn)動(dòng)，外力F與金屬棒速度 0的關(guān)系是卩=碼+好（Fo、氐是常量），金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良 好.金屬棒中感應(yīng)電流為初受到的安培力大小為幾，電阻人兩端的電 壓為感應(yīng)電流的功率為八 它們隨時(shí)間/變化圖象可能正確的有（BC ）解析 經(jīng)受力分析和電路分析知，i=Blv/?+rB2l2R+rUR=iR =BIRRrr22E P=iRr)=i29因此心心8久8仲8。，i t、FaT、圖象的形狀與。一/圖象相同.對(duì)金屬棒由牛頓第二定/ B平、律得FF

16、a=mg得尸（）+1一斤齊B2l2v=tna.k=-r，貝妝=譽(yù)，金屬棒做勻加速運(yùn)動(dòng)，A錯(cuò)誤；若k>B2l2R+r,a逐漸增大，B正確；若k<B2l2R+r。逐漸減小，最后趨向于零，C正確；由以上分析知PT圖象形狀不應(yīng)是直線，D錯(cuò)誤.題組沖關(guān)31（多選妝口圖甲所示，水平面上兩根足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌平行固定放置，間距為厶一端通過導(dǎo)線與阻值為的電阻連接.導(dǎo)軌上放一 質(zhì)量為加的金屬桿，金屬桿、導(dǎo)軌的電阻均忽略不計(jì)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直導(dǎo) 軌平面向下.用與導(dǎo)軌平行的恒定拉力F作用在金屬桿上，桿最終將做 勻速運(yùn)動(dòng)當(dāng)改變拉力的大小時(shí)，金屬桿做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度。也會(huì)變化，。和F的關(guān)系如圖乙所示.下列說法正確

17、的是（BD）1 X XXXXFX XXXXR甲乙A金屬桿在勻速運(yùn)動(dòng)之前做勻加速直線運(yùn)動(dòng)B流過電阻人的電流方向?yàn)閍nC.由圖象可以得出B、L、R三者的關(guān)系式為歸=|D.當(dāng)恒力F=3N時(shí)，電阻R消耗的最大電功率為8 W解析：選BD金屬桿在勻速運(yùn)動(dòng)之前，隨著運(yùn)動(dòng)速度的增大，由F安r可知金屬桿所受的安培力增大，由牛頓第二定律可知金屬桿的 加速度減小，故金屬桿做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由楞次 定律可知，流過電阻人的電流方向?yàn)閍n,選項(xiàng)B正確；因?yàn)閳D象 與橫軸交點(diǎn)等于金屬桿所受摩擦力的大小，故由圖象可知金屬桿所受 的摩擦力為幵=1 N,金屬桿勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)有卩一竹=卩安=斤一，則可得B=Fr=選項(xiàng)C

18、錯(cuò)誤；當(dāng)恒力F=3N時(shí)，金屬桿受到的安培力大小為”安=尸一幵=2 N,金屬桿勻速運(yùn)動(dòng)的速度為4 m/s,所以金屬 桿克服安培力做功的功率P=8W,轉(zhuǎn)化為電能的功率為8 W,故電阻 消耗的最大電功率為8 W,選項(xiàng)D正確.3-2侈選)一正方形金屬線框位于有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，線框平 面與磁場(chǎng)垂直，線框的右邊緊貼著磁場(chǎng)邊界，如圖甲所示.r=o時(shí)刻對(duì) 線框施加一水平向右的外力，讓線框從靜止開始做勻加速直線運(yùn)動(dòng)穿 過磁場(chǎng)，外力F隨時(shí)間/變化的圖象如圖乙所示.已知線框質(zhì)量加=1kg.電阻 =以下說法正確的是(ABC)XXX3XXX21XXX0甲0.5 1.0 1.5 "s 乙A線框做勻加速直線運(yùn)動(dòng)