新人教版專題強(qiáng)化十一電磁感應(yīng)中的圖像和電路問(wèn)題學(xué)案

專題強(qiáng)化十一電磁感應(yīng)中的圖像和電路問(wèn)題【素養(yǎng)目標(biāo)】(1)會(huì)處理常見(jiàn)的電磁感應(yīng)圖像問(wèn)題．(2)掌握處理電磁感應(yīng)電路問(wèn)題的方法．題型一電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題1．電磁感應(yīng)中電路知識(shí)的關(guān)系圖2．分析電磁感應(yīng)電路問(wèn)題的基本思路求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Blv或E＝nΔΦΔt→畫等效電路圖→求感應(yīng)電流I＝例1[2023·江蘇常州模擬](多選)如圖為帶燈的自行車后輪的示意圖，金屬輪框與輪軸之間均勻地連接四根金屬條，每根金屬條中間都串接一個(gè)阻值為3Ω小燈泡，車輪半徑為m，輪軸半徑可以忽略．車架上固定一個(gè)強(qiáng)磁鐵，可形成圓心角為60°扇形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為T，方向垂直紙面(車輪平面)向里．若自行車后輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度恒為10rad/s，不計(jì)其它電阻，則()A．通過(guò)每個(gè)小燈泡的電流始終相等B．當(dāng)金屬條ab在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，金屬條ab中的電流從b指向aC．當(dāng)金屬條ab在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路的總電阻為4ΩD．當(dāng)金屬條ab在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受安培力大小為N[解題心得]針對(duì)訓(xùn)練1．粗細(xì)均勻的電阻絲圍成如圖所示的線框，置于正方形有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直于線框平面向里，圖中ab＝bc＝2cd＝2de＝2ef＝2fa＝L.現(xiàn)使線框先后以同樣大小的速度v，勻速沿四個(gè)不同方向平動(dòng)進(jìn)入磁場(chǎng)，并且使速度方向始終與線框先進(jìn)入磁場(chǎng)的那條邊垂直，則線框在通過(guò)圖示各位置時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A．圖①中a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差最大B．圖②中a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差最大C．圖③中回路電流最大D．圖④中回路電流最小題型二電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題1．問(wèn)題類型(1)給定電磁感應(yīng)過(guò)程，選出或畫出正確的圖像．(2)由給定的圖像分析電磁感應(yīng)過(guò)程，求解相應(yīng)物理量．2．掌握兩個(gè)技法，快速解答圖像問(wèn)題最快捷(1)排除法：根據(jù)選擇題的特點(diǎn)，定性地分析電磁感應(yīng)過(guò)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)，特別是物理量的正負(fù)，排除錯(cuò)誤的選項(xiàng)．最有效(2)函數(shù)法：根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩處物理量之間的函數(shù)關(guān)系，然后由函數(shù)關(guān)系對(duì)圖像作出分析和判斷．3．解決電磁感應(yīng)圖像問(wèn)題的“三點(diǎn)關(guān)注”例2[2022·河北卷](多選)如圖，兩光滑導(dǎo)軌水平放置在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一根導(dǎo)軌位于x軸上，另一根由ab、bc、cd三段直導(dǎo)軌組成，其中bc段與x軸平行，導(dǎo)軌左端接入一電阻R.導(dǎo)軌上一金屬棒MN沿x軸正向以速度v0保持勻速運(yùn)動(dòng)，t＝0時(shí)刻通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O，金屬棒始終與x軸垂直．設(shè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)電阻的電流強(qiáng)度為i，金屬棒受到安培力的大小為F，金屬棒克服安培力做功的功率為P，電阻兩端的電壓為U，導(dǎo)軌與金屬棒接觸良好，忽略導(dǎo)軌與金屬棒的電阻．下列圖像可能正確的是()[解題心得]例3[2021·遼寧卷](多選)如圖(a)所示，兩根間距為L(zhǎng)、足夠長(zhǎng)的光滑平行金屬導(dǎo)軌豎直放置并固定，頂端接有阻值為R的電阻，垂直導(dǎo)軌平面存在變化規(guī)律如圖(b)所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，t＝0時(shí)磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，在t＝0到t＝2t0的時(shí)間內(nèi)，金屬棒水平固定在距導(dǎo)軌頂端L處；t＝2t0時(shí)，釋放金屬棒．整個(gè)過(guò)程中金屬棒與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌與金屬棒的電阻不計(jì)，則()A．在t＝t02時(shí)，B．在t＝t0時(shí)，金屬棒中電流的大小為BC．在t＝3t02D．在t＝3t0時(shí)，金屬棒中電流的方向向右[解題心得]針對(duì)訓(xùn)練2.如圖所示，“凹”字形金屬線框右側(cè)有一寬度為3L的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里．線框在紙面內(nèi)向右勻速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域，t＝0時(shí)，線框開(kāi)始進(jìn)入磁場(chǎng)．設(shè)逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)楦袘?yīng)電流的正方向，則線框中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖像可能正確的是()3．[2023·遼寧本溪模擬]如圖甲所示，矩形導(dǎo)線框abcd固定在變化的磁場(chǎng)中，產(chǎn)生了感應(yīng)電流(電流方向沿abcda為正方向)．若規(guī)定垂直紙面向里的方向?yàn)榇艌?chǎng)的正方向，能夠使線框中產(chǎn)生如圖乙所示電流的磁場(chǎng)為()專題強(qiáng)化十一電磁感應(yīng)中的圖像和電路問(wèn)題題型一例1解析：當(dāng)其中一根金屬條在磁場(chǎng)中切割磁感應(yīng)線時(shí)，該金屬條相當(dāng)于電源，其它三根金屬條相當(dāng)于外電路且并聯(lián)，根據(jù)電路特點(diǎn)可知，通過(guò)磁場(chǎng)中的那根金屬條的電流是通過(guò)其它三根金屬條電流的三倍，A錯(cuò)誤；當(dāng)金屬條ab在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)右手定則可知通過(guò)金屬條ab中的電流從b指向a，B正確；金屬條ab在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)充當(dāng)電源，其余為外電路，且并聯(lián)，其等效電路如下圖所示設(shè)電路的總電阻為R總，根據(jù)電路圖可知R總＝R＋13R＝3Ω＋13×3Ω＝4Ω，C正確；當(dāng)金屬條ab在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝12Br2ω＝12×2×2×10V＝0.9V，此時(shí)通過(guò)ab的電流為I＝ER總＝0.9FA＝BIr＝2××0.3N＝0.135N，D正確．答案：BCD1．解析：設(shè)線框的電阻為R，圖①中，a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差等于外電壓，其大小為U1＝34E1＝34BLv，電流大小為I1＝E圖②中，a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差大小為U2＝14E2＝14BLv，電流大小為I2＝E圖③中，a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差大小為U3＝14E3＝18BLv，電流大小為I3＝E3R圖④中，a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差大小為U4＝14E4＝14BLv，電流大小為I4＝E可見(jiàn)，圖①中a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差最大，a、b兩點(diǎn)間電勢(shì)差最小的是圖③，圖①、②、④中電流相等，圖③中電流最小，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤．答案：A題型二例2解析：當(dāng)導(dǎo)體棒從O點(diǎn)向右運(yùn)動(dòng)L時(shí)，即在0～Lv0時(shí)間內(nèi)，在某時(shí)刻導(dǎo)體棒切割磁感線的長(zhǎng)度L＝l0＋v0ttanθ(θ為ab與ad的夾角)，則根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝BLv0，根據(jù)閉合電路歐姆定律I＝BLv0R＝Bv0R(l0＋v0ttanθ)，可知回路電流均勻增加；安培力F＝B2L2v0R＝B2v0R(l0＋v0ttanθ)2，則Ft關(guān)系為拋物線，但是不過(guò)原點(diǎn)；安培力做功的功率P＝Fv則Pt關(guān)系為拋物線，但是不過(guò)原點(diǎn)；電阻兩端的電壓等于導(dǎo)體棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，即U＝E＝BLv0＝Bv0(l0＋v0ttanθ)，即圖像是不過(guò)原點(diǎn)的直線；根據(jù)以上分析，可大致排除B、D選項(xiàng)；當(dāng)在Lv0～2Lv0時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)體棒切割磁感線的長(zhǎng)度不變，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E不變，感應(yīng)電流I不變，安培力F大小不變，安培力的功率P不變，電阻兩端電壓U保持不變；同理可判斷，在2Lv0～3Lv0時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)體棒切割磁感線長(zhǎng)度逐漸減小，導(dǎo)體棒切割磁感線的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E均勻減小，感應(yīng)電流I均勻減小，安培力F大小按照二次函數(shù)關(guān)系減小，但是不能減小到零，與0～Lv0內(nèi)是對(duì)稱的關(guān)系，安培力的功率P按照二次函數(shù)關(guān)系減小，但是不能減小到零，與0～Lv答案：AC例3解析：由圖可知在0～t0時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝ΔΦΔt＝B0L2t0，根據(jù)閉合電路歐姆定律有此時(shí)間段的電流為I＝ER＝B0L2Rt0，在t02時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B02，此時(shí)安培力為F＝BIL＝B03L答案：BC2．解析：設(shè)線框運(yùn)動(dòng)的速度為v，總電阻為R.當(dāng)時(shí)間t<Lv時(shí)，只有最右側(cè)的兩個(gè)短邊切割磁感線，感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，大小為I＝2BLvR；當(dāng)Lv≤t<3Lv時(shí)，即從右側(cè)中間的短邊進(jìn)入磁場(chǎng)至左側(cè)長(zhǎng)邊進(jìn)入磁場(chǎng)，感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，大小為I＝3BLvR；當(dāng)3Lv≤t<4Lv時(shí)，即從左側(cè)長(zhǎng)邊進(jìn)入磁場(chǎng)至右側(cè)中間的短邊離開(kāi)磁場(chǎng)，感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，大小為I＝2BLvR；當(dāng)4Lv≤t<答案：A3．解析：由圖乙可知，0～t1內(nèi)，線框中電流的大小與方向都不變，根據(jù)法拉