高考物理一輪復(fù)習(xí) 第9章 電磁感應(yīng) 能力課時12 電磁感應(yīng)中的電路和圖象問題課件.ppt

能力課時12電磁感應(yīng)中的電路和圖象問題 突破一電磁感應(yīng)中的電路問題 1 電磁感應(yīng)中電路知識的關(guān)系圖 2 解決電磁感應(yīng)中的電路問題三部曲 例1 如圖1a所示 水平放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌 間距l(xiāng) 0 3m 導(dǎo)軌左端連接r 0 6 的電阻 區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面b 0 6t的勻強磁場 磁場區(qū)域?qū)抎 0 2m 細(xì)金屬棒a1和a2用長為2d 0 4m的輕質(zhì)絕緣桿連接 放置在導(dǎo)軌平面上 并與導(dǎo)軌垂直 每根金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻均為r 0 3 導(dǎo)軌電阻不計 使金屬棒以恒定速度v 1 0m s沿導(dǎo)軌向右穿越磁場 計算從金屬棒a1進(jìn)入磁場 t 0 到a2離開磁場的時間內(nèi) 不同時間段通過電阻r的電流大小 并在圖b中畫出 圖1 這段時間內(nèi)無感應(yīng)電流產(chǎn)生 從a2進(jìn)入磁場到a2離開磁場的時間t3 0 2s 這段時間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢與t1時間內(nèi)相同 其等效電路如圖乙所示 通過r的電流大小和方向也與t1內(nèi)相同 i t圖象如圖丙所示 乙 答案見解析 拓展延伸 在 例1 中其他條件不變 把題目中的圖a改成如圖2所示 則通過r的電流又是多大 圖2 解析由 例1 可知 1 0 0 2s內(nèi)有i1 0 12a 2 0 2 0 4s內(nèi)有e 0 i2 0 3 0 4 0 6s內(nèi)有i3 0 12a 4 0 6 0 8s內(nèi)等效電路圖如圖所示 則i4 0 12a 答案見解析 反思總結(jié)電磁感應(yīng)電路的五個等效問題 變式訓(xùn)練 1 2016 江蘇宿遷模擬 如圖3所示 邊長l 0 20m的正方形導(dǎo)線框abcd由粗細(xì)均勻的同種材料制成 正方形導(dǎo)線框每邊的電阻r0 1 0 金屬棒mn與正方形導(dǎo)線框的對角線長度恰好相等 金屬棒mn的電阻r 0 20 導(dǎo)線框放置在勻強磁場中 磁場的磁感應(yīng)強度b 0 50t 方向垂直導(dǎo)線框所在平面向里 金屬棒mn與導(dǎo)線框接觸良好 且與導(dǎo)線框?qū)蔷€bd垂直放置在導(dǎo)線框上 金屬棒的中點始終在bd連線上 若金屬棒以v 4 0m s的速度向右勻速運動 當(dāng)金屬棒運動至ac的位置時 求 計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 圖3 1 金屬棒產(chǎn)生的電動勢大小 2 金屬棒mn上通過的電流大小和方向 3 導(dǎo)線框消耗的電功率 答案 1 0 57v 2 0 48a方向由m n 3 0 23w 突破二電磁感應(yīng)中的圖象問題 1 電磁感應(yīng)中常見的圖象問題 2 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(dǎo)體切割情況或回路磁通量變化情況進(jìn)行詳細(xì)分析 并進(jìn)一步確定感應(yīng)電動勢 感應(yīng)電流等物理量的變化規(guī)律 有的還需要對線框進(jìn)行受力分析 運動分析 然后根據(jù)圖象的縱 橫坐標(biāo)表示的物理量 定性或定量地表示出所研究問題的函數(shù)關(guān)系 3 處理圖象問題要做到 四明確 一理解 類型一據(jù)電磁感應(yīng)過程選擇圖象 例2 2014 新課標(biāo)全國卷 18 如圖4 a 線圈ab cd繞在同一軟鐵芯上 在ab線圈中通以變化的電流 用示波器測得線圈cd間電壓如圖 b 所示 已知線圈內(nèi)部的磁場與流經(jīng)線圈的電流成正比 則下列描述線圈ab中電流隨時間變化關(guān)系的圖中 可能正確的是 圖4 解析由題圖 b 可知c d間的電壓大小是不變化的 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可判斷出線圈cd中磁通量的變化率是不變的 又因已知線圈內(nèi)部的磁場與流經(jīng)線圈的電流成正比 所以線圈ab中的電流是均勻變化的 選項c正確 a b d均錯誤 答案c 方法提煉1 解決圖象問題的一般步驟 1 明確圖象的種類 即是b t圖象還是 t圖象 或者是e t圖象 i t圖象等 2 分析電磁感應(yīng)的具體過程 3 用右手定則或楞次定律確定方向的對應(yīng)關(guān)系 4 結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律 歐姆定律 牛頓運動定律等規(guī)律寫出函數(shù)關(guān)系式 5 根據(jù)函數(shù)關(guān)系式 進(jìn)行數(shù)學(xué)分析 如分析斜率的變化 截距等 6 判斷圖象 2 電磁感應(yīng)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(yīng)過程中物理量的變化趨勢 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) 排除錯誤的選項 2 函數(shù)法 根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個物理量之間的函數(shù)關(guān)系 然后由函數(shù)關(guān)系對圖象作出分析和判斷 變式訓(xùn)練 2 如圖5甲所示 光滑導(dǎo)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(yīng)強度b隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示 規(guī)定斜向下為b的正方向 導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置且與導(dǎo)軌接觸良好 除電阻r的阻值外 其余電阻不計 導(dǎo)體棒ab在水平外力作用下始終處于靜止?fàn)顟B(tài) 規(guī)定a b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0 t1時間內(nèi) 能正確反映流過導(dǎo)體棒ab的電流i和導(dǎo)體棒ab所受水平外力f隨時間t變化的圖象是 圖5 解析由楞次定律可判定回路中的電流方向始終為b a 由法拉第電磁感應(yīng)定律可判定回路中的電流大小恒定 故a b兩項錯誤 由f安 bil可得f安隨b的變化而變化 在0 t0時間內(nèi) f安方向水平向右 故外力f與f安等值反向 方向水平向左為負(fù)值 在t0 t1時間內(nèi) f安方向改變 故外力f方向也改變?yōu)檎?綜上所述 d項正確 答案d 類型二據(jù)圖象分析判斷電磁感應(yīng)過程 例3 2016 四川成都新津中學(xué)月考 如圖6甲所示 兩根足夠長的平行光滑金屬導(dǎo)軌固定放置在水平面上 間距l(xiāng) 0 2m 一端通過導(dǎo)線與阻值為r 1 的電阻連接 導(dǎo)軌上放一質(zhì)量為m 0 5kg的金屬桿 金屬桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計 整個裝置處于豎直向上的大小為b 0 5t的勻強磁場中 現(xiàn)用與導(dǎo)軌平行的拉力f作用在金屬桿上 金屬桿運動的v t圖象如圖乙所示 取重力加速度g 10m s2 求 圖6 1 t 10s時拉力的大小 2 t 10s時電路的發(fā)熱功率 答案 1 0 24n 2 0 16w 拓展延伸 在 例3 中 若拉力f在0 10s內(nèi)做功為4 53j 則這10s內(nèi)r上產(chǎn)生的熱量q是多少 答案0 53j 變式訓(xùn)練 3 多選 2016 山東臨沂質(zhì)檢 如圖7所示 螺線管匝數(shù)n 1000匝 橫截面積s 10cm2 螺線管導(dǎo)線電阻r 1 電阻r 4 磁感應(yīng)強度b的b t圖象如圖乙所示 以向右為正方向 下列說法正確的是 圖7a 通過電阻r的電流是交變電流b 感應(yīng)電流的大小保持不變c 電阻r兩端的電壓為6vd c點的電勢為4 8v 答案ab 類型三圖象的描繪 例4 2014 安徽理綜 23 如圖8所示 勻強磁場的磁感應(yīng)強度b為0 5t 其方向垂直于傾角 為30 的斜面向上 絕緣斜面上固定有 形狀的光滑金屬導(dǎo)軌mpn 電阻忽略不計 mp和np長度均為2 5m mn連線水平 長為3m 以mn中點o為原點 op為x軸建立一維坐標(biāo)系ox 一根粗細(xì)均勻的金屬桿cd 長度d為3m 質(zhì)量m為1kg 電阻r為0 3 在拉力f的作用下 從mn處以恒定速度v 1m s在導(dǎo)軌上沿x軸正向運動 金屬桿與導(dǎo)軌接觸良好 g取10m s2 圖8圖9 1 求金屬桿cd運動過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e及運動到x 0 8m處電勢差ucd 2 推導(dǎo)金屬桿cd從mn處運動到p點過程中拉力f與位置坐標(biāo)x的關(guān)系式 并在圖9中畫出f x關(guān)系圖象 3 求金屬桿cd從mn處運動到p點的全過程產(chǎn)生的焦耳熱 答案 1 1 5v 0 6v 2 f 12 5 3 75x 0 x 2 圖象見解析 3 7 5j 變式訓(xùn)練 4 如圖10所示 一寬為l 40cm的勻強磁場區(qū)域 磁場方向垂直于紙面向里 一個邊長為a 20cm的正方形導(dǎo)線框位于紙面內(nèi) 以垂直于磁場邊界的恒定速度v 20cm s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 取它剛進(jìn)入磁場的時刻t 0 試畫出線框中感應(yīng)電流隨時間變化的規(guī)律 圖10 答案 1 如圖11所示 兩平行的虛線間的區(qū)域內(nèi)存在著有界勻強磁場 有一較小的三角形線框abc的ab邊與磁場邊界平行 現(xiàn)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ab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)域的過程中感應(yīng)電流隨時間變化的規(guī)律的是 規(guī)定逆時針方向為感應(yīng)電流的正方向 圖11 解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)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(yīng)電流隨時間變化規(guī)律的是圖d 答案d 2 如圖12甲所示 和 是兩個平行共軸放置的環(huán)形線圈 當(dāng)線圈 中的電流i1隨時間變化的圖象如圖乙所示時 若規(guī)定兩電流方向如圖甲所示的方向為正方向 則線圈 中的電流i2隨時間t變化的圖象是圖中的 圖12 解析在第一階段原電流減少 線圈 中的磁場減弱 感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場與 中電流產(chǎn)生磁場方向相同 為負(fù)方向 在第二階段 中電流反向增大 線圈 中的磁場增強 感應(yīng)電流磁場與 中電流產(chǎn)生磁場方向相反 為負(fù)方向 故a b c錯誤 d正確 答案d 3 多選 如圖13甲所示 固定在水平面上電阻不計的光滑金屬導(dǎo)軌間距d 0 5m 導(dǎo)軌右端連接一阻值為r 4 的小燈泡l 在矩形區(qū)域cdd c 內(nèi)有豎直向上的勻強磁場 磁感應(yīng)強度b隨時間t變化的關(guān)系如圖乙所示 cc 長為2m 在t 0時刻 電阻為r 1 的金屬棒ab在水平恒力f作用下 由靜止開始沿導(dǎo)軌向右運動 t 4s時進(jìn)入磁場 并恰好以v 1m s的速度在磁場中勻速運動 則 圖13 a 在0 4s內(nèi)小燈泡的功率為0 04wb 金屬棒所受到的恒力f為0 2nc 金屬棒進(jìn)入磁場后小燈泡的功率為0 6wd 金屬棒的質(zhì)量為0 8kg 答案abd 圖14 答案ac 5 2015 福建理綜 18 如圖15 由某種粗