《高考物理 第9章 電磁感應 能力課時12 電磁感應中的電路和圖象問題》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《高考物理 第9章 電磁感應 能力課時12 電磁感應中的電路和圖象問題（50頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、能力課時能力課時12電磁感應中的電路和圖象問題電磁感應中的電路和圖象問題突破一電磁感應中的電路問題突破一電磁感應中的電路問題1.電磁感應中電路知識的關系圖電磁感應中電路知識的關系圖2.解決電磁感應中的電路問題三部曲解決電磁感應中的電路問題三部曲【例【例1】如圖如圖1a所示，水平放置的兩根平行金屬導軌，間距所示，水平放置的兩根平行金屬導軌，間距L0.3 m，導軌左端連接，導軌左端連接R0.6 的電阻。區(qū)域的電阻。區(qū)域abcd內存在垂直于內存在垂直于導軌平面導軌平面B0.6 T的勻強磁場，磁場區(qū)域寬的勻強磁場，磁場區(qū)域寬D0.2 m。細金屬。細金屬棒棒A1和和A2用長為用長為2D0.4 m的輕質絕
2、緣桿連接，放置在導軌平面的輕質絕緣桿連接，放置在導軌平面上，并與導軌垂直。每根金屬棒在導軌間的電阻均為上，并與導軌垂直。每根金屬棒在導軌間的電阻均為r0.3 ，導軌電阻不計。使金屬棒以恒定速度導軌電阻不計。使金屬棒以恒定速度v1.0 m/s沿導軌向右穿越沿導軌向右穿越磁場。計算從金屬棒磁場。計算從金屬棒A1進入磁場進入磁場(t0)到到A2離開磁場的時間內，離開磁場的時間內，不同時間段通過電阻不同時間段通過電阻R的電流大小，并在圖的電流大小，并在圖b中畫出。中畫出。圖圖1這段時間內無感應電流產生。這段時間內無感應電流產生。從從A2進入磁場到進入磁場到A2離開磁場的時間離開磁場的時間t30.2 s
3、，這段時間內產生的感應電動勢與這段時間內產生的感應電動勢與t1時間內相時間內相同，其等效電路如圖乙所示。通過同，其等效電路如圖乙所示。通過R的電流的電流大小和方向也與大小和方向也與t1內相同。內相同。It圖象如圖丙所示圖象如圖丙所示。乙乙答案答案見解析見解析【拓展延伸】【拓展延伸】在在【例【例1】中其他條件不變，把題目中的圖中其他條件不變，把題目中的圖a改成如圖改成如圖2所示。則所示。則通過通過R的電流又是多大？的電流又是多大？圖圖2解析解析由由【例【例1】可知可知(1)00.2 s內有內有I10.12 A；(2)0.20.4 s內有內有E0，I20；(3)0.40.6 s內有內有I30.12
4、 A；(4)0.60.8 s內等效電路圖如圖所示。內等效電路圖如圖所示。則則I40.12 A。答案答案見解析見解析反思總結反思總結電磁感應電路的五個等效問題電磁感應電路的五個等效問題【變式訓練】【變式訓練】1.(2016江蘇宿遷模擬江蘇宿遷模擬)如圖如圖3所示，邊長所示，邊長L0.20 m的正方形導線的正方形導線框框ABCD由粗細均勻的同種材料制成，正方形導線框每邊的電由粗細均勻的同種材料制成，正方形導線框每邊的電阻阻R01.0 ，金屬棒，金屬棒MN與正方形導線框的對角線長度恰好相與正方形導線框的對角線長度恰好相等，金屬棒等，金屬棒MN的電阻的電阻r0.20 。導線框放置在勻強磁場中，。導線框
5、放置在勻強磁場中，磁場的磁感應強度磁場的磁感應強度B0.50 T，方向垂直導線框所在平面向里。，方向垂直導線框所在平面向里。金屬棒金屬棒MN與導線框接觸良好，且與導線框對角線與導線框接觸良好，且與導線框對角線BD垂直放置垂直放置在導線框上，金屬棒的中點始終在在導線框上，金屬棒的中點始終在BD連線上。若金屬棒以連線上。若金屬棒以v4.0 m/s的速度向右勻速運動，當金屬棒運動至的速度向右勻速運動，當金屬棒運動至AC的位置時，的位置時，求：求：(計算結果保留兩位有效數字計算結果保留兩位有效數字)圖圖3(1)金屬棒產生的電動勢大?。唤饘侔舢a生的電動勢大小；(2)金屬棒金屬棒MN上通過的電流大小和方向
6、；上通過的電流大小和方向；(3)導線框消耗的電功率。導線框消耗的電功率。答案答案(1)0.57 V(2)0.48 A方向由方向由MN(3)0.23 W突破二電磁感應中的圖象問題突破二電磁感應中的圖象問題1.電磁感應中常見的圖象問題電磁感應中常見的圖象問題2.處理圖象問題的方法處理圖象問題的方法處理圖象問題首先要分清階段，然后對每個階段的導體切割處理圖象問題首先要分清階段，然后對每個階段的導體切割情況或回路磁通量變化情況進行詳細分析，并進一步確定感情況或回路磁通量變化情況進行詳細分析，并進一步確定感應電動勢、感應電流等物理量的變化規(guī)律，有的還需要對線應電動勢、感應電流等物理量的變化規(guī)律，有的還需
7、要對線框進行受力分析、運動分析；然后根據圖象的縱、橫坐標表框進行受力分析、運動分析；然后根據圖象的縱、橫坐標表示的物理量，定性或定量地表示出所研究問題的函數關系。示的物理量，定性或定量地表示出所研究問題的函數關系。3.處理圖象問題要做到處理圖象問題要做到“四明確、一理解四明確、一理解”類型一類型一據電磁感應過程選擇圖象據電磁感應過程選擇圖象問題類型問題類型由給定的電磁感應過程選出正確的圖象由給定的電磁感應過程選出正確的圖象解題關鍵解題關鍵根據題意分析相關物理量的函數關系、分析物理根據題意分析相關物理量的函數關系、分析物理過程中的轉折點、明確過程中的轉折點、明確“、”號的含義，結號的含義，結合數
8、學知識做正確的判斷合數學知識做正確的判斷【例【例2】(2014新課標全國卷新課標全國卷，18)如圖如圖4(a)，線圈，線圈ab、cd繞在繞在同一軟鐵芯上，在同一軟鐵芯上，在ab線圈中通以變化的電流，用示波器測得線線圈中通以變化的電流，用示波器測得線圈圈cd間電壓如圖間電壓如圖(b)所示。已知線圈內部的磁場與流經線圈的電所示。已知線圈內部的磁場與流經線圈的電流成正比，則下列描述線圈流成正比，則下列描述線圈ab中電流隨時間變化關系的圖中，中電流隨時間變化關系的圖中，可能正確的是可能正確的是 ()圖圖4解析解析由題圖由題圖(b)可知可知c、d間的電壓大小是不變化的，根據法拉第間的電壓大小是不變化的，
9、根據法拉第電磁感應定律可判斷出線圈電磁感應定律可判斷出線圈cd中磁通量的變化率是不變的，又因中磁通量的變化率是不變的，又因已知線圈內部的磁場與流經線圈的電流成正比，所以線圈已知線圈內部的磁場與流經線圈的電流成正比，所以線圈ab中的中的電流是均勻變化的，選項電流是均勻變化的，選項C正確，正確，A、B、D均錯誤。均錯誤。答案答案C方法提煉方法提煉1.解決圖象問題的一般步驟解決圖象問題的一般步驟(1)明確圖象的種類，即是明確圖象的種類，即是Bt圖象還是圖象還是t圖象，或者是圖象，或者是Et圖象、圖象、It圖象等；圖象等；(2)分析電磁感應的具體過程；分析電磁感應的具體過程；(3)用右手定則或楞次定律
10、確定方向的對應關系；用右手定則或楞次定律確定方向的對應關系；(4)結合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)結合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律寫出函數關系式；律寫出函數關系式；(5)根據函數關系式，進行數學分析，如分析斜率的變化、截根據函數關系式，進行數學分析，如分析斜率的變化、截距等；距等；(6)判斷圖象。判斷圖象。2.電磁感應中圖象類選擇題的兩個常見解法電磁感應中圖象類選擇題的兩個常見解法(1)排除法：定性地分析電磁感應過程中物理量的變化趨勢排除法：定性地分析電磁感應過程中物理量的變化趨勢(增增大還是減小大還是減小)、變化快慢、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化均勻
11、變化還是非均勻變化)，特別是，特別是物理量的正負，排除錯誤的選項。物理量的正負，排除錯誤的選項。(2)函數法：根據題目所給條件定量地寫出兩個物理量之間的函數法：根據題目所給條件定量地寫出兩個物理量之間的函數關系，然后由函數關系對圖象作出分析和判斷。函數關系，然后由函數關系對圖象作出分析和判斷?！咀兪接柧殹俊咀兪接柧殹?.如圖如圖5甲所示，光滑導軌水平放置在斜向下且與水平方向夾角為甲所示，光滑導軌水平放置在斜向下且與水平方向夾角為60的勻強磁場中，勻強磁場的磁感應強度的勻強磁場中，勻強磁場的磁感應強度B隨時間隨時間t的變化規(guī)的變化規(guī)律如圖乙所示律如圖乙所示(規(guī)定斜向下為規(guī)定斜向下為B的正方向的正
12、方向)，導體棒，導體棒ab垂直導軌放垂直導軌放置且與導軌接觸良好，除電阻置且與導軌接觸良好，除電阻R的阻值外，其余電阻不計，導的阻值外，其余電阻不計，導體棒體棒ab在水平外力作用下始終處于靜止狀態(tài)。規(guī)定在水平外力作用下始終處于靜止狀態(tài)。規(guī)定ab的方向的方向為電流的正方向，水平向右的方向為外力的正方向，則在為電流的正方向，水平向右的方向為外力的正方向，則在0t1時間內，能正確反映流過導體棒時間內，能正確反映流過導體棒ab的電流的電流I和導體棒和導體棒ab所受水平所受水平外力外力F隨時間隨時間t變化的圖象是變化的圖象是()圖圖5解析解析由楞次定律可判定回路中的電流方向始終為由楞次定律可判定回路中的
13、電流方向始終為ba，由法，由法拉第電磁感應定律可判定回路中的電流大小恒定，故拉第電磁感應定律可判定回路中的電流大小恒定，故A、B兩兩項錯誤；由項錯誤；由F安安BIL可得可得F安安隨隨B的變化而變化，在的變化而變化，在0t0時間內，時間內，F安安方向水平向右，故外力方向水平向右，故外力F與與F安安等值反向，方向水平向左為等值反向，方向水平向左為負值；在負值；在t0t1時間內，時間內，F安安方向改變，故外力方向改變，故外力F方向也改變?yōu)榉较蛞哺淖優(yōu)檎?，綜上所述，正值，綜上所述，D項正確。項正確。答案答案D類型二類型二據圖象分析判斷電磁感應過程據圖象分析判斷電磁感應過程問題類型問題類型由電磁感應圖
14、象得出的物理量和規(guī)律分析求解由電磁感應圖象得出的物理量和規(guī)律分析求解動力學、電路等問題動力學、電路等問題解題關鍵解題關鍵第一個關鍵是破譯，即解讀圖象中的關鍵信息第一個關鍵是破譯，即解讀圖象中的關鍵信息(尤其是過程信息尤其是過程信息)，另一個關鍵是轉換，即有，另一個關鍵是轉換，即有效地實現物理信息和數學信息的相互轉換效地實現物理信息和數學信息的相互轉換【例【例3】(2016四川成都新津中學月考四川成都新津中學月考)如圖如圖6甲所示，兩根足夠甲所示，兩根足夠長的平行光滑金屬導軌固定放置在水平面上，間距長的平行光滑金屬導軌固定放置在水平面上，間距L0.2 m，一端通過導線與阻值為一端通過導線與阻值為
15、R1 的電阻連接；導軌上放一質量為的電阻連接；導軌上放一質量為m0.5 kg的金屬桿，金屬桿與導軌的電阻均忽略不計，整個裝的金屬桿，金屬桿與導軌的電阻均忽略不計，整個裝置處于豎直向上的大小為置處于豎直向上的大小為B0.5 T的勻強磁場中?，F用與導軌的勻強磁場中。現用與導軌平行的拉力平行的拉力F作用在金屬桿上，金屬桿運動的作用在金屬桿上，金屬桿運動的vt圖象如圖乙所圖象如圖乙所示。示。(取重力加速度取重力加速度g10 m/s2)求：求：圖圖6(1)t10 s時拉力的大??；時拉力的大?。?2)t10 s時電路的發(fā)熱功率。時電路的發(fā)熱功率。答案答案(1)0.24 N(2)0.16 W【拓展延伸】【拓
16、展延伸】在在【例【例3】中，若拉力中，若拉力F在在010 s內做功為內做功為4.53 J，則這，則這10 s內內R上產生的熱量上產生的熱量Q是多少。是多少。答案答案0.53 J【變式訓練】【變式訓練】3.(多選多選)(2016山東臨沂質檢山東臨沂質檢)如圖如圖7所示，螺線管匝數所示，螺線管匝數n1 000匝，匝，橫截面積橫截面積S10 cm2，螺線管導線電阻，螺線管導線電阻r1 ，電阻，電阻R4 ，磁，磁感應強度感應強度B的的Bt圖象如圖乙所示圖象如圖乙所示(以向右為正方向以向右為正方向)，下列說法，下列說法正確的是正確的是()圖圖7A.通過電阻通過電阻R的電流是交變電流的電流是交變電流B.感
17、應電流的大小保持不變感應電流的大小保持不變C.電阻電阻R兩端的電壓為兩端的電壓為6 VD.C點的電勢為點的電勢為4.8 V答案答案AB類型三類型三圖象的描繪圖象的描繪 問題類型問題類型由題目給出的電磁感應現象畫出所求物理量的圖象由題目給出的電磁感應現象畫出所求物理量的圖象解題關鍵解題關鍵由題目給出的電磁感應過程結合所學物理規(guī)律求出由題目給出的電磁感應過程結合所學物理規(guī)律求出所求物理量的函數關系式，然后在坐標系中做出相所求物理量的函數關系式，然后在坐標系中做出相對應的圖象對應的圖象【例【例4】(2014安徽理綜，安徽理綜，23)如圖如圖8所示，勻強磁場的磁感應強所示，勻強磁場的磁感應強度度B為為
18、0.5 T，其方向垂直于傾角，其方向垂直于傾角為為30的斜面向上。絕緣斜面的斜面向上。絕緣斜面上固定有上固定有“”“”形狀的光滑金屬導軌形狀的光滑金屬導軌MPN(電阻忽略不計電阻忽略不計)，MP和和NP長度均為長度均為2.5 m，MN連線水平，長為連線水平，長為3 m。以。以MN中點中點O為為原點，原點，OP為為x軸建立一維坐標系軸建立一維坐標系Ox。一根粗細均勻的金屬桿。一根粗細均勻的金屬桿CD，長度長度d為為3 m、質量、質量m為為1 kg、電阻、電阻R為為0.3 ，在拉力，在拉力F的作用下，的作用下，從從MN處以恒定速度處以恒定速度v1 m/s在導軌上沿在導軌上沿x軸正向運動軸正向運動(
19、金屬桿與金屬桿與導軌接觸良好導軌接觸良好)。g取取10 m/s2。圖圖8圖圖9(1)求金屬桿求金屬桿CD運動過程中產生的感應電動勢運動過程中產生的感應電動勢E及運動到及運動到x0.8 m處電勢差處電勢差UCD；(2)推導金屬桿推導金屬桿CD從從MN處運動到處運動到P點過程中拉力點過程中拉力F與位置坐標與位置坐標x的的關系式，并在圖關系式，并在圖9中畫出中畫出Fx關系圖象；關系圖象；(3)求金屬桿求金屬桿CD從從MN處運動到處運動到P點的全過程產生的焦耳熱。點的全過程產生的焦耳熱。答案答案(1)1.5 V0.6 V(2)F12.53.75x(0 x2)圖象見解析圖象見解析(3)7.5 J【變式訓
20、練】【變式訓練】4.如圖如圖10所示，一寬為所示，一寬為l40 cm的勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直于的勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直于紙面向里。一個邊長為紙面向里。一個邊長為a20 cm的正方形導線框位于紙面內，的正方形導線框位于紙面內，以垂直于磁場邊界的恒定速度以垂直于磁場邊界的恒定速度v20 cm/s通過該磁場區(qū)域，在通過該磁場區(qū)域，在運動過程中，線框有一條邊始終與磁場區(qū)域的邊界平行。取它運動過程中，線框有一條邊始終與磁場區(qū)域的邊界平行。取它剛進入磁場的時刻剛進入磁場的時刻t0，試畫出線框中感應電流隨時間變化的，試畫出線框中感應電流隨時間變化的規(guī)律。規(guī)律。圖圖10答案答案1.如圖如圖11所示，兩
21、平行的虛線間的區(qū)域內存在著有界勻強磁場，所示，兩平行的虛線間的區(qū)域內存在著有界勻強磁場，有一較小的三角形線框有一較小的三角形線框abc的的ab邊與磁場邊界平行，現使此線框邊與磁場邊界平行，現使此線框向右勻速穿過磁場區(qū)域，運動過程中始終保持速度方向與向右勻速穿過磁場區(qū)域，運動過程中始終保持速度方向與ab邊邊垂直。則下列各圖中可以定性地表示線框在穿過磁場區(qū)域的過垂直。則下列各圖中可以定性地表示線框在穿過磁場區(qū)域的過程中感應電流隨時間變化的規(guī)律的是程中感應電流隨時間變化的規(guī)律的是(規(guī)定逆時針方向為感應電規(guī)定逆時針方向為感應電流的正方向流的正方向)圖圖11解析解析根據法拉第電磁感應定律和楞次定律可知，
22、可以定性地根據法拉第電磁感應定律和楞次定律可知，可以定性地表示線框在穿過磁場區(qū)域的過程中感應電流隨時間變化規(guī)律的表示線框在穿過磁場區(qū)域的過程中感應電流隨時間變化規(guī)律的是圖是圖D。答案答案D2.如圖如圖12甲所示，甲所示，和和是兩個平行共軸放置的環(huán)形線圈，當線是兩個平行共軸放置的環(huán)形線圈，當線圈圈中的電流中的電流i1隨時間變化的圖象如圖乙所示時，若規(guī)定兩電流隨時間變化的圖象如圖乙所示時，若規(guī)定兩電流方向如圖甲所示的方向為正方向，則線圈方向如圖甲所示的方向為正方向，則線圈中的電流中的電流i2隨時間隨時間t變化的圖象是圖中的變化的圖象是圖中的()圖圖12解析解析在第一階段原電流減少，線圈在第一階段原
23、電流減少，線圈中的磁場減弱，感應中的磁場減弱，感應電流產生磁場與電流產生磁場與中電流產生磁場方向相同，為負方向；在中電流產生磁場方向相同，為負方向；在第二階段，第二階段，中電流反向增大，線圈中電流反向增大，線圈中的磁場增強，感應中的磁場增強，感應電流磁場與電流磁場與中電流產生磁場方向相反，為負方向。故中電流產生磁場方向相反，為負方向。故A、B、C錯誤，錯誤，D正確。正確。答案答案D3.(多選多選)如圖如圖13甲所示，固定在水平面上電阻不計的光滑金屬導軌甲所示，固定在水平面上電阻不計的光滑金屬導軌間距間距d0.5 m，導軌右端連接一阻值為，導軌右端連接一阻值為R4 的小燈泡的小燈泡L。在。在矩形
24、區(qū)域矩形區(qū)域CDDC內有豎直向上的勻強磁場，磁感應強度內有豎直向上的勻強磁場，磁感應強度B隨時隨時間間t變化的關系如圖乙所示，變化的關系如圖乙所示，CC長為長為2 m。在。在t0時刻，電阻為時刻，電阻為r1 的金屬棒的金屬棒ab在水平恒力在水平恒力F作用下，由靜止開始沿導軌向右作用下，由靜止開始沿導軌向右運動，運動，t4 s時進入磁場，并恰好以時進入磁場，并恰好以v1 m/s的速度在磁場中勻的速度在磁場中勻速運動。則速運動。則()圖圖13A.在在04 s內小燈泡的功率為內小燈泡的功率為0.04 WB.金屬棒所受到的恒力金屬棒所受到的恒力F為為0.2 NC.金屬棒進入磁場后小燈泡的功率為金屬棒進
25、入磁場后小燈泡的功率為0.6 WD.金屬棒的質量為金屬棒的質量為0.8 kg答案答案ABD圖圖14答案答案AC5.(2015福建理綜，福建理綜，18)如圖如圖15，由某種粗細均勻的總電阻為，由某種粗細均勻的總電阻為3R的的金屬條制成的矩形線框金屬條制成的矩形線框abcd，固定在水平面內且處于方向豎直，固定在水平面內且處于方向豎直向下的勻強磁場向下的勻強磁場B中。一接入電路電阻為中。一接入電路電阻為R的導體棒的導體棒PQ，在水，在水平拉力作用下沿平拉力作用下沿ab、dc以速度以速度v勻速滑動，滑動過程勻速滑動，滑動過程PQ始終與始終與ab垂直，且與線框接觸良好，不計摩擦。在垂直，且與線框接觸良好，不計摩擦。在PQ從靠近從靠近ad處向處向bc滑動的過程中滑動的過程中()圖圖15A.PQ中電流先增大后減小中電流先增大后減小B.PQ兩端電壓先減小后增大兩端電壓先減小后增大C.PQ上拉力的功率先減小后增大上拉力的功率先減小后增大D.線框消耗的電功率先減小后增大線框消耗的電功率先減小后增大答案答案C
高考物理 第9章 電磁感應 能力課時12 電磁感應中的電路和圖象問題
