高考物理一輪復(fù)習(xí)《電磁感應(yīng)中的電路和圖像問(wèn)題》教案滬科版

第3時(shí)(專(zhuān))電磁感應(yīng)的路圖問(wèn)突破一電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題1．電磁感應(yīng)中電路知識(shí)的關(guān)系2．分析電磁感應(yīng)電路問(wèn)題的基思路【典例】如1所＝Ω＝Ω電壓表與電流表的量程分別為0～V和0～3A，電表均為理想電表。導(dǎo)體與軌電阻均不計(jì)，且導(dǎo)軌光滑，導(dǎo)軌平面水平棒處于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。圖1(1)當(dāng)變阻器R接入電路的阻值到30Ω，用F＝N的平拉力向右ab棒并使之達(dá)到穩(wěn)定速度時(shí)兩表中恰好有一表滿(mǎn)偏，而另表又能安全使用，則此時(shí)ab棒的速度v是多少？(2)當(dāng)變阻器R接入電路的阻值調(diào)到Ω，且仍使ab棒速達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，兩表中恰有一表滿(mǎn)偏，而另一表能安全使用，則此時(shí)作用于ab棒的水平向右的拉力多大？解析(1)假設(shè)電流表指針滿(mǎn)偏即＝A，那么此時(shí)電壓表的數(shù)應(yīng)為U＝＝V，此時(shí)電壓表示數(shù)超過(guò)了量程能常使用合意此該是電壓表正好達(dá)到滿(mǎn)偏。U當(dāng)電壓表滿(mǎn)偏時(shí)，即U10，此時(shí)電流表的示數(shù)為I＝＝AR設(shè)ab棒穩(wěn)定時(shí)的速度為v，產(chǎn)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，E＝，＝(＋＝20棒受到的安培力為BIl40N解得v＝1m/s。(2)利用假設(shè)法可以判斷，此時(shí)電流表恰好滿(mǎn)偏，即＝3，此時(shí)電壓表的示數(shù)為UR

＝V，可以安全使用，符合題。由＝可知，穩(wěn)定時(shí)棒受到的拉力與ab棒的電流成正比，所以I3F＝×40N＝60N。2答案(1)1m/s(2)60N【變式訓(xùn)練】1．如圖2所，邊長(zhǎng)＝m的方形導(dǎo)線框ABCD由粗細(xì)均勻的同種材料制，正方形導(dǎo)線框每邊的電阻＝1.0Ω，金屬棒與方形導(dǎo)線框的對(duì)角線長(zhǎng)度好相等，金屬棒MN的阻r＝0.20Ω導(dǎo)線框放置在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.50，方向垂直導(dǎo)線框所在平面向里屬棒與線框接觸良好與導(dǎo)線對(duì)角線BD垂直放置在導(dǎo)

線框上，金屬棒的中點(diǎn)始終在BD連線上。若金屬棒以v＝4.0m/s的度向右勻速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)金屬棒運(yùn)動(dòng)至AC位置時(shí)，求：計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù))圖2(1)金屬棒產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)大小；(2)金屬棒上過(guò)的電流大小和方向；(3)導(dǎo)線框消耗的電功率。解析(1)金屬棒產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)小為＝2＝2×0.50×0.20×4.00.57V。(2)金屬棒運(yùn)動(dòng)到位時(shí)，導(dǎo)框左、右兩側(cè)電阻并聯(lián)，其并聯(lián)電阻大小為ER＝1.0Ω，由閉合電路歐姆律有＝＝0.48，由右手定則有，電流方向從M到＋N。(3)導(dǎo)線框消耗的電功率為P＝R＝0.23。答案(1)0.57V(2)0.48A方由M→(3)0.23突破二電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題1．圖像類(lèi)型電磁感應(yīng)中主要涉及的圖像有B圖、Φ

t圖像E圖像和圖。還常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E感應(yīng)電流I隨線圈位移s變的圖像，即E圖和Is圖。2．常見(jiàn)題型圖像的選擇、圖像的描繪、圖像的轉(zhuǎn)換、圖像的應(yīng)用。3．所用規(guī)律一般包括：左手定則、安培定則、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等。4．解決這類(lèi)問(wèn)題的基本方法(1)明確圖像的種類(lèi)，是B－t圖像是Φ圖，或者－t圖、－t像等。(2)分析電磁感應(yīng)的具體過(guò)程。(3)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等規(guī)律列出函數(shù)方程。(4)根據(jù)函數(shù)方程進(jìn)行數(shù)學(xué)分析。如斜率及其變化、兩軸的截距、圖線與橫坐標(biāo)軸所圍圖形的面積等代表的物理意義。(5)畫(huà)圖像或判斷圖像。題型一圖像的選擇問(wèn)題類(lèi)型解題關(guān)鍵

由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程選出正確的圖像根據(jù)題意分析相關(guān)物理量的函數(shù)關(guān)系物理過(guò)程中的轉(zhuǎn)折點(diǎn)確“＋、－”號(hào)的含義，結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)做正確的判斷

【典例2】(2014·新課標(biāo)全卷Ⅰ18)圖3(a)線圈、繞同一軟鐵芯上，在ab線中通以化的電流，用示波器測(cè)得線圈cd間壓如圖b)示。已知線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)與流經(jīng)線圈的電流成正比，則下列描述線圈ab中電隨時(shí)間變化關(guān)系的圖中，可能正確的是()圖3解析由題圖b)可知c間電壓大小是不變化的據(jù)拉第電磁感應(yīng)定律可判斷出線圈cd中磁通量變化率是不變的，又因已知線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)與流經(jīng)線圈的電流成正比，所以線圈中的電流是均勻變化的，選項(xiàng)C正，、、均錯(cuò)。答案C【變式訓(xùn)練】2(多選(2014·南京市二模)如圖示光滑平行金屬導(dǎo)軌MN所在平面與水平面成θ角M兩接一阻值為R的定電，阻值為r的屬棒垂導(dǎo)軌放置，其他部分電阻不計(jì)整裝置處在磁感應(yīng)度為B的強(qiáng)磁場(chǎng)中磁方向垂直導(dǎo)軌平面向下0時(shí)對(duì)金屬棒施一平行于導(dǎo)軌的外力，金屬棒由靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)。下ΔΦ列關(guān)于穿過(guò)回路的通量變化量ΔΦ、通量的瞬時(shí)變化率、過(guò)金屬棒的電Δ荷量q隨時(shí)間t變化以及、兩的電勢(shì)差U隨時(shí)t變化圖像中，正確的()圖411解析設(shè)加速度為a，運(yùn)動(dòng)的位移s＝at，通量變化量ΔΦ＝＝，ΔΦ∝，22ΔΦ1Φ選項(xiàng)A錯(cuò)；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝＝，∝，選項(xiàng)B正；＝＝Δ2Δ＋RBLaΔΦt，∝，項(xiàng)D確；電荷量＝2＋誤。答案BD題型二圖像的轉(zhuǎn)換

，因?yàn)棣う?，以q∝，項(xiàng)C問(wèn)題類(lèi)型解題關(guān)鍵

由一種電磁感應(yīng)的圖像分析求解出對(duì)應(yīng)的另一種電磁感應(yīng)圖像的問(wèn)題(1)要明確已知圖像表示的物理律和物理過(guò)程根據(jù)所求的圖像和已知圖像的聯(lián)系，對(duì)另一圖像做出正確的判斷進(jìn)行圖像間的轉(zhuǎn)換

【典例】(2013·山東卷18)一段導(dǎo)線繞成圖5甲所示的閉合回路，并固定在水平面(紙面內(nèi)?；芈返腶b邊于垂直紙面向里的勻磁場(chǎng)Ⅰ中?；芈返膱A環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的磁場(chǎng)Ⅱ以里為磁場(chǎng)Ⅱ的正向其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)變的圖像如圖所示F表示邊到的安培力，以平向右為的正向，能正確反應(yīng)隨時(shí)t變化的圖像是)圖5T解析0～時(shí)間回路中產(chǎn)生時(shí)針?lè)较虼蟛蛔兊母袘?yīng)電流根據(jù)左手定則可以判定2T邊受安培力向左?！珪r(shí)間內(nèi)，回路中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较颉⒋笮〔蛔兊母袘?yīng)電流，根據(jù)2左手定則可以判定ab邊所受安培力向右，故B正。答案B【變式訓(xùn)練】3.如6甲示，線圈ABCD固定于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)，線圈邊所安培力向右且變規(guī)律如圖乙所示，則磁場(chǎng)的變化情況可能是下圖中的()圖6ΔBE解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律歐姆定律，可得E＝SI＝，圈AB邊所受安培力ΔtRΔΔB大小F＝BILSL由于F和不，則B不力的向向右根楞次定律可ΔtRΔΔB知：此時(shí)通過(guò)線圈的磁通量是增加的，故磁感應(yīng)強(qiáng)度增，而是減小的，故選項(xiàng)正Δt確，選項(xiàng)A、B、錯(cuò)。答案D題型三圖像的應(yīng)用問(wèn)題類(lèi)型解題關(guān)鍵

由電磁感應(yīng)圖像得出的物理量和規(guī)律分析求解動(dòng)力學(xué)、電路等問(wèn)題第一個(gè)關(guān)鍵是破譯，即解讀圖像中的關(guān)鍵信尤其是過(guò)程信)，另一個(gè)關(guān)鍵是轉(zhuǎn)換，即有效地實(shí)現(xiàn)物理信息和數(shù)學(xué)信息的相互轉(zhuǎn)換【典例】(多選在運(yùn)動(dòng)會(huì)上100m賽跑跑道兩側(cè)設(shè)有跟蹤儀，其原理如圖7甲示，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＝0.5m，端通過(guò)導(dǎo)線阻值為R

R⑥R⑥＝0.5Ω的阻連接；導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為＝0.5kg的金桿，金屬桿與導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì)勻磁場(chǎng)方向豎直向下用導(dǎo)軌平行的拉力作在金屬桿上，使桿運(yùn)動(dòng)。當(dāng)改變拉力的大小時(shí)，相對(duì)應(yīng)的速度也變化，從而使跟蹤儀始終與運(yùn)動(dòng)員保持一致。已知v和F的關(guān)如圖乙所示(取重加速度＝10m/s)則)圖7A．金屬桿受到的拉力與速度成比B．該磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為1TC．圖線在橫軸的截距表示金屬與導(dǎo)軌間的阻力大小D．導(dǎo)軌與金屬桿之間的動(dòng)摩擦數(shù)為＝0.4解析由圖像可知拉力與速度是次函數(shù)不成正比故A錯(cuò)圖在橫軸的截距是速度為零時(shí)的F此時(shí)金屬桿將要運(yùn)動(dòng)，此時(shí)阻力——最大靜摩擦力等于，也等于運(yùn)動(dòng)時(shí)的滑BLvL動(dòng)摩擦力C對(duì)由－BIL－mg0I可－－＝，圖像上分別出兩組F、數(shù)代入上式即可求得B＝T，＝，所以選項(xiàng)、。答案BCD【變式訓(xùn)練】4．(2014·山東濰坊統(tǒng))如圖甲所示，兩相互平行的光滑金屬導(dǎo)軌水平放置，導(dǎo)軌間距L＝0.5，左端接有電阻＝3Ω，豎直向下的磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨坐標(biāo)x的變化關(guān)系如圖乙所示開(kāi)導(dǎo)體棒CD靜止在導(dǎo)軌上的x＝處現(xiàn)給導(dǎo)體棒一水平向右的拉力使導(dǎo)體棒以1m/s

的加速度沿x軸加速運(yùn)動(dòng)，已知導(dǎo)體棒質(zhì)量為2，電阻為Ω，體棒與導(dǎo)軌接觸良好，其余電阻不計(jì)。求：圖8(1)拉力隨時(shí)間變化的關(guān)系式；(2)當(dāng)導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)到＝4.5m處時(shí)撤掉拉力，此時(shí)導(dǎo)體棒兩端的電壓；此后電上生的熱量。解析(1)經(jīng)時(shí)間t導(dǎo)棒運(yùn)動(dòng)速度v＝at①1位移x＝at②2產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝由圖可知：＝④對(duì)導(dǎo)體棒由牛頓運(yùn)動(dòng)定律－BILma產(chǎn)生的感應(yīng)電流＝

ER＋r

22t解得：＝＋＝t＋⑦20(2)當(dāng)＝4.5m時(shí)導(dǎo)體棒兩端電壓為，EU＝⑧R＋解得：＝8.1V撤力后由能的轉(zhuǎn)化和守恒定律：1Q＝mv

⑩RQ＝5.4R＋答案(1)＝＋(2)8.1V5.4J題型四圖像的描繪問(wèn)題類(lèi)型解題關(guān)鍵

由題目給出的電磁感應(yīng)現(xiàn)像畫(huà)出所求物理量的圖像由題目給出的電磁感應(yīng)過(guò)程結(jié)合所學(xué)物理規(guī)律求出所求物理量的函數(shù)關(guān)系式，然后在坐標(biāo)系中做出相對(duì)應(yīng)的圖像【典例5】(2014·安卷23)圖所示勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0.5，其方向垂直于傾角θ為30°的斜面向斜面上固定有“∧”形狀的光滑金屬導(dǎo)軌MPN電阻忽略不計(jì)，和長(zhǎng)均為2.5連線水平，長(zhǎng)為3。以中點(diǎn)O為點(diǎn)為x軸建一維坐標(biāo)系Ox一根粗細(xì)均勻的金屬桿，長(zhǎng)度為3m、質(zhì)量m為1、阻R為0.3Ω，在拉力F的作用下，從處恒定速度＝在導(dǎo)軌上沿x軸正向運(yùn)動(dòng)金屬桿與導(dǎo)軌接觸良好。取10m/s。圖9

圖10(1)求金屬桿CD運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E及運(yùn)到0.8m處電差U；(2)推導(dǎo)金屬桿從MN處運(yùn)動(dòng)到P點(diǎn)過(guò)中拉力F位置坐標(biāo)的關(guān)系式圖中畫(huà)出－關(guān)系像；(3)求金屬桿CD從MN處動(dòng)到點(diǎn)全過(guò)程產(chǎn)生的焦耳熱。解析(1)金屬桿CD勻速運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝(＝)，解得1.5V(點(diǎn)勢(shì)高當(dāng)＝m時(shí)金屬桿在導(dǎo)軌間的電勢(shì)差為零。設(shè)此時(shí)桿在導(dǎo)軌外的長(zhǎng)度為l，OP－l＝－d、＝OP

MNMP－2

，得l＝1.2m由楞次定律判斷D點(diǎn)勢(shì)高，故兩電勢(shì)差U＝－Blv，＝0.6V

(2)桿在導(dǎo)軌間的長(zhǎng)度l位置x關(guān)系是OP－l＝＝3－xOP2l對(duì)應(yīng)的電阻為R＝，電流＝l桿受的安培力＝BIl＝－3.75根據(jù)平衡條件得＝＋mgsinθF＝12.5－(0≤≤2)畫(huà)出的F－圖如圖所示。(3)外力F所的功W于F－圖下所圍的面積，即5＋12.5W×2J＝17.52而桿的重力勢(shì)能增加量Δ＝OPsinθ故全過(guò)程產(chǎn)生的焦耳熱＝－Δ7.5答案(1)1.5V－0.6V(2)F＝12.5－3.75x≤圖見(jiàn)解析(3)7.5J【變式訓(xùn)練】5相L＝1.5m足長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌豎直放置量m1的金棒和量m＝0.27kg的金屬棒cd，均通過(guò)自身兩的套環(huán)水平地套在金屬導(dǎo)軌上，如圖甲所示虛上方磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里線下方磁場(chǎng)的方向豎直向下處磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相同。ab光滑，棒導(dǎo)軌間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ＝0.75兩棒總電阻為1.8Ω，導(dǎo)軌電阻不計(jì)。ab在方向豎直向上、大小按圖乙所示規(guī)律變化的外力作下，從靜止開(kāi)始沿導(dǎo)軌勻加速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)棒由靜止釋放(取10m/s)圖11(1)求棒加速度的大小和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的小；(2)已知在2s內(nèi)外F做26.8J的功，求這一過(guò)程中兩金屬產(chǎn)生的總焦耳熱；(3)求出棒到最大速度所需時(shí)間t在丙中定性畫(huà)出cd棒所受摩擦力隨間變化的圖線。解析(1)對(duì)ab由牛頓第二定律得：F－－＝AB