2011屆高中物理 專題8 電磁感應與電路問題總復習課件 新課標

1、專題八 電磁感應與電路問題 電磁感應是電磁學的重點，是高中物理中難度較大、綜合性最強的部分本專題主要討論電磁感應現(xiàn)象中與電路有關(guān)的物理問題，即電學知識部分，如電磁感應定律、楞次定律、直流電路知識、磁場知識等多個知識點近年來，此專題在高考中出現(xiàn)的頻率極高，如感應電流的產(chǎn)生條件、方向判定、自感現(xiàn)象、電磁感應的圖象和導體切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢的計算，且要求較高，幾乎是年年有考。試題題型全面，選擇題，填空題，計算題都可涉及，尤其是難度大，涉及知識合能力強，多以中檔以上題目出現(xiàn)來增加試題的區(qū)分度，點多綜合能力強，多以中檔以上題目出現(xiàn)來增加試題的區(qū)分度，而選擇和填空題多以中檔左右的試題出現(xiàn) 本專題在備

2、考中應給予高度重視，強化訓練重點是感應電流方向的判定；感應電動勢的產(chǎn)生與計算難點是結(jié)合電路中的圖象問題、電流和電壓問題、能量與功率問題、電量問題、自感問題等，通過典型例題、變式訓練達到鞏固知識的目的，培養(yǎng)考生理解能力、分析綜合能力，尤其從實際問題中抽象概括構(gòu)建物理模型的創(chuàng)新能力 2010年浙江卷19題考查中涉及了楞次定律、法拉第電磁感應定律，側(cè)重與其他知識的綜合考查.2011年熱點是滑軌類問題、線框穿越磁場的圖象和能量問題，側(cè)重綜合能力和運用數(shù)學知識解決物理問題的能力【例一】如圖811所示，直角三角形導線框abc固定在勻強磁場中，ab是一段長為l、電阻為R的均勻?qū)Ь€，ac和bc的電阻可不計，a

3、c長度為 .磁場的磁感應強度為B，方向垂直紙面向里現(xiàn)有一段長度為 、電阻為 均勻?qū)w桿MN架在導線框上，開始時緊靠ac以恒定速度v向b端滑動，滑動中始終與ac平行并與導線框保持良好接觸當MN滑過的距離為 時，導線ac中的電流是多大？方向如何？圖811 電磁感應中的電流、電壓問題2l2l2R3l【分析】 MN勻速切割磁感線，相當于一個直流電源，直角三角形導線框abc為負載電阻，畫出等效電路圖(如圖所示)，再用E=BLv求出感應電動勢的大小，用右手定則判定感應電流的方向，運用閉合電路歐姆定律求解 【解析】外 【評析】本題考查了法拉第電磁感應定律、右手定則、電阻串、并聯(lián)、閉合電路歐姆定律，但關(guān)鍵是找

4、出等效電源、負載，畫出電路圖。 如圖812所示，在磁感應 強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中，有一質(zhì)量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質(zhì)細桿懸掛在O點，并可繞O點擺動金屬線框從右側(cè)某一位置靜止開始釋放，在擺動到左側(cè)最高點的過程中，細桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面則線框中感應電流的方向是( )圖812 【變式題1】 (2009浙江)【解析】 由楞次定律，一開始磁通量減小，后來磁通量增大，由“增反”“減同”可知電流方向是:dcbad.AabcdaBdcbadC先是dcbad，后是abcdaD先是abcda，后是dcbad 【答案】 B【變式題2】(2010上海物理

5、)如圖813，一有界區(qū)域內(nèi)，存在著磁感應強度大小均為B，方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強磁場，磁場寬度均為L，邊長為L的正方形線框abcd的bc邊緊靠磁場邊緣置于桌面上，使線框從靜止開始沿x軸正方向勻加速通過磁場區(qū)域，若以逆時針方向為電流的正方向，能反映線框中感應電流變化規(guī)律的是圖( ) 圖813【解析】在0t1，電流均勻增大；在t1t2，兩邊感應電流方向相同，大小相加，故電流大；在t2t3，因右邊離開磁場，只有一邊產(chǎn)生感應電流，故電流小，所以選A，B錯誤同理，因為C是i-x圖象，不是i-t圖象，所以C中是曲線，C正確D錯誤【答案】AC【變式題3】 (2009廣東新洲中學月考)如圖8

6、14甲所示，水平面上的兩光滑金屬導軌平行固定放置，間距d=0.5m，電阻不計，左端通過導線與阻值R=2 的電阻連接，右端通過導線與阻值RL=4 的小燈泡L連接在CDFE矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強磁場，CE長l=2m，有一阻值r=2 的金屬棒PQ放置在靠近磁場邊界CD處CDFE區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應強度B隨時間變化如圖814乙所示在t=0至t=4s內(nèi)，金屬棒PQ保持靜止，在t=4s時使金屬棒PQ以某一速度進入磁場區(qū)域并 保持勻速運動已知從t=0開始到金屬棒運動到磁場邊界EF處的整個過程中，小泡燈的亮度沒有發(fā)生變化，求： (1)通過小燈泡的電流(2)金屬棒PQ在磁場區(qū)域中運動的速度大小圖814【解析】

7、總(2)當金屬棒在磁場區(qū)域中運動時，由金屬 棒切割磁感線產(chǎn)生電動勢，電路為 R 與 RL并 聯(lián)，再與 r 串聯(lián)，此時電路的總電阻 總 由于燈泡中電流不變，所以燈泡的電流則流過金屬棒的電流為 解得金屬棒 PQ 在磁場區(qū)域中的速度 v=1m/s RLL4 210(2)423RRRrRR L=0.1AILLLRL+=+0.3AR IIIIIR 電動勢EI RBlv總【例二】如圖821所示，兩足夠長平行光滑的金屬導軌MN、PQ相距為L，導軌平面與水平面夾角a=30，導軌電阻不計磁感應強度為B的勻強磁場垂直導軌平面向上，長為L的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導軌上，且始終與導軌電接觸良好，金屬棒的質(zhì)量

8、為m、電阻為R.兩金屬導軌的上端連接右端電路，燈泡的電阻RL=4R，定值電阻R1=2R，電阻箱電阻調(diào)到使R2=12R，重力加速度為g，現(xiàn)將金屬棒由靜止釋放，試求：電磁感應中的電功、電熱問題圖821(1)金屬棒下滑的最大速度為多少？(2)R2為何值時，其消耗的功率最大？最大的功率為多少？【解析】總總22B L22B L并并【變式題1】(2010溫州八校聯(lián)考)如圖822所示，金屬棒AB垂直跨擱在位于水平面上的兩條平行光滑金屬導軌上，棒與導軌接觸良好，棒AB和導軌電阻均忽略不計導軌左端接有電阻R，垂直于導軌平面的勻強磁場向下穿過平面現(xiàn)以水平向右的恒定外力F拉著棒AB向右移動，t秒末棒AB速度為v，移

9、動的距離為l，且在t秒內(nèi)速度大小一直在變化，則下列判斷正確的是( ) At秒內(nèi)AB棒所受的安培力方向水平向左，大小逐漸增大Bt秒內(nèi)外力F做的功等于電阻R釋放的電熱Ct秒內(nèi)AB棒做加速度逐漸減小的加速運動Dt秒末外力F做功的功率等于2Flt圖822 【解析】金屬棒向右運動，據(jù)安培定則可知，AB棒受到的安培力向左，由于向右運動的速度增大，電流增大，所以安培力也逐漸增大，A對；F對棒做的功轉(zhuǎn)化為棒的動能和R上的電熱，B錯；t秒末F的功率為Fv，v為瞬時速度，由于不是勻加速運動，所以D錯；因為恒力F不變，向左的安培力不斷增大，合力逐漸減小，所以加速度逐漸減小，C對【答案】AC【變式題2】 如圖823所

10、示，平行光滑導軌豎直放置，勻強磁場方向垂直導軌平面，一質(zhì)量為m的金屬棒a沿導軌滑下，電阻R上消耗的最大功率為P(不計棒及導軌電阻)，要使R上消耗的最大功率為4P，可行的辦法有( ) A將磁感應強度變?yōu)樵瓉淼?倍 B將磁感應強度變?yōu)樵瓉淼?/2 C將電阻R變?yōu)樵瓉淼?倍 D將電阻R變?yōu)樵瓉淼?倍圖823【解析】【答案】BC【變式題3】(2009福建)一臺小型發(fā)電機產(chǎn)生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖象如圖824甲所示已知發(fā)電機線圈內(nèi)阻為5.0w，現(xiàn)外接一只電阻為95.0w的燈泡，如圖824乙所示，則( ) A電壓表 的示數(shù)為220V B電路中的電流方向每秒鐘 改變50次 C燈泡實際消耗的功率為 4

11、84W D發(fā)電機線圈內(nèi)阻每秒鐘 產(chǎn)生的焦耳熱為24.2J圖824【解析】【答案】D 【例三】 如圖831所示，在勻強磁場中固定放置一根串接一電阻R的直角形金屬導軌(在紙面內(nèi))，磁場方向垂直紙面朝里，另有兩根金屬導軌c、d分別平行于a、b放置，保持導軌之間接觸良好，金屬導軌的電阻不計現(xiàn)經(jīng)歷以下四個過程：以速率v移動d，使它與Ob的距離增大一倍；再以速率v移動c，使它與Oa的距離減小一半；然后，再以速率2v移動c，使它回到原處；最后以速率2v移動d，使它也回到原處設(shè)上述四個過程中通過電阻R的電荷量的大小依次為Q1、Q2、Q3和Q4，則()電磁感應中的電量問題AQ1=Q2=Q3=Q4BQ1=Q2=2

12、Q3=2Q4C2Q1=2Q2=Q3=Q4DQ1Q2=Q3Q4 圖831【分析】設(shè)開始導軌d與Ob的距離為x1，導軌c與Oa的距離為x2，由法拉第電磁感應定律知，移動c或d時產(chǎn)生的感應電動勢： ，通過導體R的電量為： ，由上式可知，通過導體R的電量與導體d或c移動的速度無關(guān)，由于B與R為定值，其電量取決于所圍成面積的變化B SEttEB SQI ttRR 【解析】 若導軌d與Ob距離增大一倍，即由x1變 2x1，則所圍成的面積增大了S1=x1 x2； 若導軌c再與Oa距離減小一半，即由x2變?yōu)?， 則所圍成的面積又減小了S2= 2x1=x1 x2； 22x若導軌c再回到原處，此過程面積的變化為

13、;最后導軌d又回到原處，此過程面積的變化為 ；由于 ，則通過電阻R的電荷量是相等的，即Q1=Q2=Q3=Q4 ，所以選A .23211222xSSxxx 【答案】A22x4112SSxx 【評析】本題難度較大，要求考生對法拉第電磁感應定律熟練掌握，明確電量與導軌運動速度無關(guān)，而取決于磁通量的變化，同時結(jié)合圖形去分析物理過程，考查了考生綜合分析問題的能力 【變式題1】如圖832所示，匝數(shù)N=100匝、截面積S=0.2m2、電阻r=0.5 的圓形線圈MN處于垂直紙面向里的勻強磁場內(nèi)，磁感應強度隨時間按B=0.6+0.02t(T)的規(guī)律變化處于磁場外的電阻R1=3.5 ，R2=6 ，電容C=30F，

14、開關(guān)S開始時未閉合，求： (1)閉合S后，線圈兩端M、N兩點間的電壓UMN和電阻R2消耗的電功率；(2)閉合S一段時間后又打開S，則S斷開后通過R2的電荷量為多少？圖832【解析】(1)線圈中感應電動勢 通過電源的電流強度 線圈兩端M、N兩點間的電壓 電阻R2消耗的電功率 100 0.02 0.20.4BENNSVVtt120.40.043.560.5EIAARRr-(0.4-0.04 0.5)0.38MNUE IrVV2-3220.04 0.04 69.6 10.PI RWW (2)閉合S一段時間后，電路穩(wěn)定，電器C相當于開路， 其兩端電壓UC等于R2兩端的電壓，即: 電容器充電后所帶電荷量

15、為: 當S再斷開后，電容器通過電阻R2放電，通過R2的 電荷量為7.210-6C.20.04 60.24 ,CUIRVV圖833如圖833所示，單匝矩形閉合導線框abcd全部處于磁感應強度為B的水平勻強磁場中，線框面積為S，電阻為R.線框繞與cd邊重合的豎直固定轉(zhuǎn)軸以角速度w勻速轉(zhuǎn)動，線框中感應電流的有效值I= .線框從中性面開始轉(zhuǎn)過 的過程中，通過導線橫截面的電荷量q= .2【變式題2】(2009天津) 【解析】本題考查交變流電的產(chǎn)生和最大值、有效值、平均值的關(guān)系及交變電流中有關(guān)電荷量的計算等知識【變式題3】如圖834所示，兩個電阻的阻值分別為R和2R，其余電阻不計，電容器的電容為C，勻強磁

16、場的磁感應強度為B，方向垂直紙面向里，金屬棒ab、cd的長度均為l，當棒ab以速度v向左切割磁感應線運動，棒cd以速度2v向右切割磁感應線運動時，電容C的電量為多大？哪一個極板帶正電？圖834【解析】圖841AD【例4】電磁感應中的自感問題【解析】電鍵K閉合時每個燈泡的電流為I，則流過電感L1的電流為2I，流過電感L2的電流為I，斷開電鍵K的瞬間，通過電感上的電流不會發(fā)生突變，L1中的電流從2I減小到零，L2中的電流從I減小到零，bc中電流都從I減小到零，a中電流從2I減小到零，故b、c緩慢變暗，a燈先亮一下然后逐漸變暗，AD正確【答案】ADA電流表A1的示數(shù)比A2的小B電流表A2的示數(shù)比A3

17、的小C電流表A1和A2的示數(shù)相同D電流表的示數(shù)都不為零 圖842【變式題1】(2010四川)圖842甲所示電路中，A1、A2、A3為相同的電流表，C為電容器，電阻R1、R2、R3的阻值相同，線圈L的電阻不計在某段時間內(nèi)理想變壓器原線圈內(nèi)磁場的變化如圖842乙所示，則在t1t2時間內(nèi)( )【解析】由B-t圖象知在t1t2時間內(nèi)，原線圈中磁場先負向減小后正向增大，則副線圈中磁通量是均勻變化的，根據(jù)法拉第電磁感應定律在副線圈中產(chǎn)生的感應電流大小不變，再根據(jù)楞次定律可判斷負向減小時和正向增大時感應電流的方向相同，則在t1t2時間內(nèi)副線圈中感應電流為穩(wěn)恒電流，所以A1和A2的示數(shù)相同，A3的示數(shù)為0.【

18、答案】C 圖843【變式題2】如圖843所示，L1、L2、L3是完全相同的燈泡，L為直流電阻可忽略的自感線圈，開關(guān)S原來接通，將開關(guān)S斷開時，下面說法正確的是( )AL1閃亮一下后熄滅BL2閃亮一下后恢復原來的亮度CL3變暗一下后恢復原來的亮度DL3閃亮一下后恢復原來的亮度 D 圖851【例5】 abcd固定在勻強磁場中，磁感線的方向與導線框所在平面垂直，規(guī)定磁場的正方向垂直紙面向里，磁感應強度B隨時間變化的規(guī)律如圖851所示若規(guī)定順時針方向為感應電流I的正方向，下列各圖中正確的是() 電磁感應中的圖像【分析】解決圖象類問題的關(guān)鍵是分析磁通量的變化是否均勻，從而判斷感應電動勢(電流)或安培力的

19、大小是否恒定，然后運用楞次定律或右手定則判斷它們的方向，分析出相關(guān)物理量之間的函數(shù)關(guān)系，確定其大小和方向及在坐標在中的范圍 【解析】 01s內(nèi)B垂直紙面向里均勻增大，則由楞次定律及法拉第電磁感應定律可得線圈中產(chǎn)生恒定的感應電流，方向為逆時針方向，排除A、C選項；2s3s內(nèi)，B垂直紙面向外均勻增大，同理可得線圈中產(chǎn)生的感應電流方向為順時針方向，排除B選項，D正確【答案】D【評析】考查了電磁感應現(xiàn)象中對圖象問題的分析，要正確理解圖象問題，必須能根據(jù)圖象的定義把圖象反映的規(guī)律對應到實際過程中去，又能根據(jù)對實際過程的抽象對應到圖象中去，最終根據(jù)實際過程的物理規(guī)律判斷【變式題1】(2010浙江)半徑為r帶缺口的剛性金屬圓環(huán)在紙面上固定放置，在圓環(huán)的缺口兩端引出兩根導線，分別與兩塊垂直于紙面固定放置的平行金屬板連接，兩板間距為d，如圖852(甲)所示有一變化的磁場垂直于紙面，規(guī)定向內(nèi)為正，變化規(guī)律如圖852(乙)所示在t=0時刻平板之間中心有一重力不計，電荷量為q的靜止微粒，則以下說法正確的是() A第2秒內(nèi)上極板為正極B第3秒內(nèi)上極板為負極C第2秒末微?；氐搅嗽瓉砦恢肈第2秒末兩極板之間的電場強度大小為0.2r2/d圖852【解析】 01s內(nèi)情況：由楞次定