高考物理大一輪復習微專題13電磁感應中的電路和圖象問題學案新人教版-3194

高考物理大一輪復習微專題13電磁感覺中的電路和圖象問題教案新人教版_3194高考物理大一輪復習微專題13電磁感覺中的電路和圖象問題教案新人教版_3194高考物理大一輪復習微專題13電磁感覺中的電路和圖象問題教案新人教版_3194微專題13電磁感覺中的電路和圖象問題電磁感覺中的電路問題1．題型簡述：在電磁感覺問題中||，切割磁感線運動的導體或磁通量發(fā)生變化的線圈都相當于電源||，該部分導體或線圈與其余電阻、燈泡、電容器等用電器組成了電路．在這種問題中||，常波及計算感覺電動勢大小、計算導體兩頭電壓、經(jīng)過導體的電流、產(chǎn)生的電勢等．2．解決電磁感覺中電路問題的“三部曲”注意“等效電源”兩頭的電壓指的是路端電壓||，而不是電動勢或內(nèi)壓降．(2019江·蘇卷)如下圖||，兩條相距d的平行金屬導軌位于同一水平面內(nèi)||，其右端接一阻值為R的電阻．質(zhì)量為m的金屬桿靜置在導軌上||，其左邊的矩形勻強磁場地區(qū)MNPQ的磁感覺強度大小為B、方向豎直向下．當該磁場地區(qū)以速度v0勻速地向右掃過金屬桿后||，金屬桿的速度變成v.導軌和金屬桿的電阻不計||，導軌圓滑且足夠長||，桿在運動過程中一直與導軌垂直且兩頭與導軌保持優(yōu)秀接觸．求：(1)MN剛掃過金屬桿時||，桿中感覺電流的大小I；(2)MN剛掃過金屬桿時||，桿的加快度大小a；(3)PQ剛要走開金屬桿時||，感覺電流的功率P.分析：(1)MN剛掃過金屬桿時||，金屬桿的感覺電動勢E＝Bdv0①E回路的感覺電流I＝R②由①②式解得I＝Bdv0③R(2)金屬桿所受的安培力F＝Bid④由牛頓第二定律得||，對金屬桿F＝ma⑤由③④⑤式得a＝B2d2v0⑥mR(3)金屬桿切割磁感線的相對速度v′＝v0－v⑦感覺電動勢E＝Bdv′⑧感覺電流的電功率P＝E2⑨R第1頁/共9頁220－v2⑩由⑦⑧⑨式得P＝RBdv0B2d2v0B2d2v0－v2答案：(1)R(2)mR(3)R此題的重點在于導體切割磁感線產(chǎn)生電動勢E＝Blv||，切割的速度(v)是導體與磁場的相對速度||，剖析這種問題||，往常是先電后力||，再功能．(2019北·京卷)如下圖||，足夠長的平行圓滑金屬導軌水平擱置||，寬度L＝0.4m一端連結R＝1Ω的電阻．導線所在空間存在豎直向下的勻強磁場||，磁感覺強度B＝1T．導體棒MN放在導軌上||，其長度恰巧等于導軌間距||，與導軌接觸優(yōu)秀||，導軌和導體棒的電阻均可忽視不計．在平行于導軌的拉力F作用下||，導體棒沿導軌向右勻速運動||，速度v＝5m/s.求：(1)感覺電動勢E和感覺電流I；(2)在0.1s時間內(nèi)||，拉力的沖量If的大小；(3)若將MN換為電阻r＝1Ω的導體棒||，其余條件不變||，求導體棒兩頭的電壓U.分析：(1)依據(jù)感覺電動勢公式得E＝BLv＝1T×0.4m5×m/s＝2V故感覺電流I＝E＝2V＝2AR1Ω(2)金屬棒在勻速運動過程中||，所受的安培力大小為F安＝BIL＝0.8N.因勻速直線運動||，因此導體棒所受拉力F＝F安＝0.8N因此拉力的沖量IF＝F·t＝0.8N×0.1s＝0.08Ns·(3)其余條件不變||，則有電動勢E＝2V由全電路的歐姆定律I′＝E＝1AR＋r導體棒兩頭電壓U＝I′R＝1V.答案：(1)E＝2．0VI＝2．0A(2)If＝0.08(NS)·(3)U＝1V1．(2019湖·北黃岡中學調(diào)研)(多項選擇)如下圖||，磁感覺強度大小為B的勻強磁場垂直于圓滑金屬導軌平面向外||，導軌左右兩頭電路所在地區(qū)均無磁場散布．垂直于導軌的導體棒接入電路的長度為L、電阻為R00從左向右做勻速直線運動．小||，在外力作用下一直以速度v燈泡電阻為2R04R0a、b的正中間地點||，此||，滑動變阻器總阻值為||，圖示狀態(tài)滑片位于時位于平行板電容器中P處的帶電油滴恰巧處于靜止狀態(tài)．電路中其余部分電阻均不計||，各接觸處都接觸優(yōu)秀||，且導軌足夠長||，則以下判斷正確的選項是()．油滴帶負電第2頁/共9頁B．圖示狀態(tài)下||，t時間內(nèi)流過小燈泡的電荷量為BLv0t4R0C．若將滑動變阻器的滑片向b端挪動||，則小燈泡將變暗D．若將電容器上極板豎直向上挪動少量距離||，同時將下極板接地||，其余條件均不變||，則油滴電勢能將增添||，且P點電勢將降低分析：選BC依據(jù)右手定章判斷知下極板為正極板||，故油滴帶正電||，選項A錯誤；導體棒的感覺電動勢大小為E＝BLv0||，流過小燈泡的電流大小為1E||，t時間內(nèi)I＝×2R0＋R0流過小燈泡的電荷量為Q＝I·Δt||，解得BLv0t正確；依據(jù)動向電路剖析知||，Q＝4R0||，選項B小燈泡兩頭電壓減小||，故小燈泡變暗||，選項C正確；將上極板向上挪動少量距離||，極板間電壓必定||，因為d變大||，則場強E變小||，正極板與P點間電勢差變小||，故φp增大||，E增大||，選項D錯誤．p2．(2019哈·爾濱期中)(多項選擇)在如圖甲所示的電路中||，螺線管匝數(shù)n＝1500匝||，橫截2．螺線管導線電阻r＝1Ω||，R12面積S＝20cm＝4Ω||，C＝30μ在F.一段時間內(nèi)||，Ω||，R＝5穿過螺線管的磁場的磁感覺強度B按如圖乙所示的規(guī)律變化．則以下說法中正確的選項是()A．螺線管中產(chǎn)生的感覺電動勢為1．2VB．閉合S||，電路中的電流穩(wěn)固后電容器上極板帶正電C．電路中的電流穩(wěn)固后1－2W||，電阻R的電功率為5×10D．S斷開后||，經(jīng)過R2的電荷量為1．8×10－5C分析：選AD||，螺線管內(nèi)產(chǎn)生的電動勢為：E＝nB由法拉第電磁感覺定律可得tS＝10.8－4V＝1．2V||，故A正確；依據(jù)楞次定律||，當穿過螺線管的磁通量增添時||，500××20×102螺線管下部能夠當作電源的正極||，則電容器下極板帶正電||，故B錯誤；電流穩(wěn)固后||，電流為：I＝E＝1.2A＝0.12A||，電阻1上耗費的功率為：212＋r4＋5＋1R＋R＝5．76×10－2W||，故C錯誤；開關斷開后經(jīng)過電阻22＝30×10R的電荷量為：Q＝CU＝CIR6×0.12×5C＝1．8×10－5C||，故D正確．電磁感覺中的圖象問題1．題型簡述借助圖象考察電磁感覺的規(guī)律||，向來是高考的熱門||，此類題目一般分為兩類：(1)由給定的電磁感覺過程選出正確的圖象；第3頁/共9頁由給定的圖象剖析電磁感覺過程||，定性或定量求解相應的物理量或推測出其余圖象．常有的圖象有B－t圖、E－t圖、i－t圖、v－t圖及F－t圖等．2．解題重點弄清初始條件、正負方向的對應變化范圍、所研究物理量的函數(shù)表達式、出入磁場的轉折點等是解決此類問題的重點．3．解決圖象問題的一般步驟(1)明確圖象的種類||，即是B－t圖仍是Φ－t圖||，或許E－t圖、I－t圖等；(2)剖析電磁感覺的詳細過程；(3)用右手定章或楞次定律確立方向的對應關系；聯(lián)合法拉第電磁感覺定律、閉合電路歐姆定律、牛頓運動定律等知識寫出相應的函數(shù)關系式；(5)依據(jù)函數(shù)關系式||，進行數(shù)學剖析||，如剖析斜率的變化、截距等；(6)繪圖象或判斷圖象．4．求解電磁感覺圖象類選擇題的兩種常用方法(1)清除法：定性地剖析電磁感覺過程中物理量的變化趨向(增大仍是減小)、變化快慢(均勻變化仍是非平均變化)||，特別是剖析物理量的正負||，以清除錯誤的選項．(2)函數(shù)法：依據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個物理量之間的函數(shù)關系||，而后由函數(shù)關系對圖象進行剖析和判斷．Ⅰ.電磁感覺中的圖象選擇如下圖||，等腰三角形內(nèi)散布有垂直于紙面向外的勻強磁場||，它的底邊在x軸上且長為2L||，高為L.紙面內(nèi)一邊長為L的正方形導線框沿x軸正方向做勻速直線運動穿過勻強磁場地區(qū)||，在t＝0時刻恰巧位于圖中所示的地點||，以順時針方向為導線框中電流的正方向||，在下邊四幅圖中能夠正確表示電流—位移(I－x)關系的是()分析：選C線框運動過程中||，由0～L||，電流為正||，因切割磁感線的有效長度漸漸增大||，E＝BLv3L0||，漸漸增大；當運動到2處．此時兩邊切割磁感線產(chǎn)生的感覺電動勢為3電流為零；從2L～2L||，電流反向且增大||，線框走開磁場的過程中||，電流又漸漸減小到零、綜合以上剖析選項C正確．在對圖象問題進行剖析時||，要經(jīng)過明確磁通量的變化能否平均||，推知感覺電動勢(電流)能否大小恒定||，再利用楞次定律判斷出感覺電動勢(電流)的方向||，進而確立其正負以及第4頁/共9頁在座標系中的范圍．此外||，有些圖象問題要畫出等效電路圖來協(xié)助剖析||，要依據(jù)圖象的定義把圖象反應的物理規(guī)律與實質(zhì)運動過程相對應起來||，而且還要能反過來將實質(zhì)運動過程與圖象對應．最后依據(jù)實質(zhì)運動過程的物理規(guī)律進行判斷．如下圖||，有一等腰直角三角形的地區(qū)||，其斜邊長為2L||，高為L.在該區(qū)域內(nèi)散布著如下圖的磁場||，左邊磁場方向垂直紙面向外||，右邊磁場方向垂直紙面向里||，磁感覺強度大小均為B.一邊長為L、總電阻為R的正方形導線框abcd||，從圖示地點開始沿x軸正方向以速度v勻速穿過磁場地區(qū)．取沿順時針的感覺電流方向為正||，則圖乙中表示線框中電流i隨bc邊的地點坐標x變化的圖象正確的選項是()分析：選Dbc邊的地點坐標x在L～2L過程||，線框bc邊有效切線長度為l＝x－L||，Bx－Lv感覺電動勢為E＝Blv＝B(x－L)v；感覺電流i＝B＝R||，依據(jù)楞次定律判斷出來感R應電流方向沿a→b→c→d→a||，為正當．x在2L～3L過程||，ad邊和bc邊都切割磁感線||，產(chǎn)生感覺電動勢||，依據(jù)右手定章判斷出來感覺電流方向沿a→d→c→d→a||，為負值||，線框l＝L||，感覺電動勢為E＝Blv＝BLv||，感覺電流i＝－BLv有效切線長度為R.x在3L～4L過程||，線框ad邊有效切線長度為l＝L－(x－3L)＝4L－x||，感覺電動勢為E＝Blv＝B(4L－x)v；感覺電流i＝B4L－xva→b→c→d→a||，為正R||，依據(jù)楞次定律判斷出來感覺電流方向沿值．由圖示圖象可知||，D正確．Ⅱ.電磁感覺中的圖象變換(2019江·西南昌市一模)如圖a所示||，在水平面上固定有平行直金屬導軌ab、cd||，bd端接有電阻R.導體棒ef垂直軌道擱置在圓滑導軌上||，導軌電阻不計．導軌右端區(qū)域存在垂直導軌面的勻強磁場||，且磁感覺強度B隨時間t的變化規(guī)律如圖b所示．在t＝0時刻||，導體棒以速度v0從導軌的左端開始向右運動||，經(jīng)過時間02t開始進入磁場地區(qū)||，取磁場方向豎直向下為磁感覺強度的正方向||，導體回路中順時針為電流正方向||，則導體回路中的電流||，隨時間t的變化規(guī)律圖象可能是()ΔΦBB0分析：選A由圖b可知||，在0～2t0時間內(nèi)||，回路內(nèi)磁通量變化率t＝St＝St0||，為常數(shù)||，依據(jù)法拉第電磁感覺定律||，回路產(chǎn)生的感覺電動勢E為常數(shù)||，依據(jù)閉合電路歐姆定律||，回路產(chǎn)生的感覺電流為常數(shù)．依據(jù)楞次定律可判斷出回路中感覺電流方向為逆時針方向||，即感覺電流為負值且恒定||，可清除圖BD．當大于2t0時間內(nèi)||，導體棒切割磁感線產(chǎn)生感覺電動勢和感覺電流||，遇到安培力作用||，導體棒做加快度漸漸增大的減速運動||，第5頁/共9頁其感覺電流隨時間變化應當為曲線||，因此圖A正確C錯誤．圖象的變換(1)問題種類：由一種電磁感覺的圖象剖析求解出對應的另一種電磁感覺圖象的問題．解題重點：①要明確已知圖象表示的物理規(guī)律和物理過程；②依據(jù)所求的圖象和已知圖象的聯(lián)系||，對另一圖象做出正確的判斷進行圖象間的變換．如圖甲所示||，圓滑導軌水平擱置在斜向下且與水平方向夾角為60°的勻強磁場中||，勻強磁場的磁感覺強度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)||，導體棒ab垂直導軌擱置且與導軌接觸優(yōu)秀||，除電阻R的阻值外||，其余電阻不計||，導體棒ab在水平外力作用下一直處于靜止狀態(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)||，能正確反應流過導體棒ab的電流I和導體棒ab所受水平外力F隨時間t變化的圖象是()分析：選D由楞次定律可判斷回路中的電流方向一直為b→a||，由法拉第電磁感覺定律可判斷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(xiàn)安方向水平向右||，故外力F與F安等值反向||，方向水平向左為負值；在t01時間內(nèi)||，F(xiàn)安方向改變||，故外力F方向也改變成正當||，綜上所述||，D項正～t確．Ⅲ.電磁感覺中圖象的綜合應用剖析(2019全·國卷Ⅱ)(多項選擇)兩條平行虛線間存在一勻強磁場||，磁感覺強度方向與紙面垂直．邊長為0.1m、總電阻為0.005Ω的正方形導線框abcd位于紙面內(nèi)||，cd邊與磁場界限平行||，如圖(a)所示．已知導線框向來向右做勻速直線運動||，cd邊于t＝0時刻進入磁場．線框中感覺電動勢隨時間變化的圖線如圖(b)所示(感覺電流的方向為順時針時||，感覺電動勢取正)．以下說法正確的選項是()A．磁感覺強度的大小為0.5TB．導線框運動速度的大小為0.5m/sC．磁感覺強度的方向垂直于紙面向外D．在t＝0.4s至t＝0.6s這段時間內(nèi)||，導線框所受的安培力大小為0.1N分析：選BCA錯：由圖象可知||，cd邊切割磁感線產(chǎn)生的感覺電動勢E＝0.01V||，0.01由公式E＝BLv||，可得磁感覺強度的大小B＝0.1×0.5T＝0.2T．B對：由圖象可知||，從導線框的cd邊進入磁場到ab邊恰巧進入磁場||，用時為0.2s||，可得導線框運動速度的大小v第6頁/共9頁0.1＝0.2m/s＝0.5m/s.C對：感覺電流的方向為順時針時||，對cd邊應用右手定章可知||，磁感應強度的方向垂直于紙面向外．D錯：t＝0.4s至t＝0.6s時間段為cd邊走開磁場||，ab邊BEL切割磁感線的過程．由閉合電路歐姆定律及安培力公式得安培力F＝R||，代入數(shù)據(jù)得F＝0.04N.(2019·南鶴壁第一次周練河)一正方形金屬線框位于有界勻強磁場地區(qū)內(nèi)||，線框平面與磁場垂直||，線框的右邊緊貼著磁場界限||，如圖甲所示．t＝0時刻對線框施加一水平向右的外力F||，讓線框從靜止開始做勻加快直線運動穿過磁場．外力F隨時間t變化的圖線如圖乙所示．己知線框質(zhì)量m＝1kg、電阻R＝1Ω以.下說法不正確的選項是()A．做勻加快直線運動的加快度為1m/s2B．勻強磁場的磁感覺強度為22TC．線框穿過磁場過程中||，經(jīng)過線框的電荷量為2C2D．線框穿過磁場的過程中||，線框上產(chǎn)生的焦耳熱為1．5J分析：選Dt＝0時刻||，線框的速度為零||，線框沒有感覺電流||，不受安培力||，加快F1221212度為a＝m＝1m/s＝1m/s||，A正確；線框的邊長為L＝2at＝2×1×1m＝0.5m||，線框剛BLv出磁場時的速度為v＝at＝1×1m/s＝1m/s||，此時線框所受的安培力為FA＝BIL||，I＝R||，B2L2vB2L2v測得FA＝R||，依據(jù)牛頓第二定律得F－FA＝ma||，代入得F－R＝ma||，代入數(shù)據(jù)F＝3N||，m＝1kg||，R＝1Ω||，L＝0.5m||，v＝1m/s||，a＝1m/s2解得||，B＝22T||，B－－E||，－－ΔΦΔΦBL222×0.52正確；由q＝It||，I＝R||，E＝t||，則經(jīng)過線框的電量q＝R＝R＝1C22C||，C正確；線框的位移為x＝L＝0.5m||，若F＝3N保持不變||，則F做功為W＝Fx3×0.5J＝1．5J||，而實質(zhì)中F的大小漸漸增大||，最大為3N||，因此F做功應小于1．5J．由于線框加快運動||，依據(jù)能量守恒得線框上產(chǎn)生的焦耳熱小于1．5J||，故D錯誤．3．(2019·北省黃岡市黃岡中學模擬湖)如圖甲所示||，正三角形導線框abc固定在磁場中||，磁場方向與線圈平面垂直||，磁感覺強度B隨時間變化的關系如圖乙所示．t＝0時刻磁場方向垂直紙面向里||，在0～4s時間內(nèi)||，線框ab邊所受安培力F隨時間t變化的關系(規(guī)定水平向左為力的正方向)可能是以下圖中的()BE1SB0分析：選A0～1s||，感覺電動勢為：E1＝St＝SB0||，為定值；感覺電流I1＝r＝r第7頁/共9頁||，為定值；安培力F＝BI1L∝B；因為B漸漸減小到零||，故安培力漸漸減小到零||，依據(jù)楞次定律可知||，線圈ab邊所受的安培力向左||，為正；同理：1～2s||，感覺電動勢為：E1＝BE1SB0St＝SB0||，為定值；感覺電流：I1＝r＝r||，為定值；安培力F＝BI1L∝B；因為B漸漸增大||，故安培力漸漸增大||，依據(jù)楞次定律可知||，線圈ab邊所受的安培力向右||，為負：32B222SB0s～4s內(nèi)||，感覺電動勢為：E＝St||，為定值；感覺電流：I＝rr||，為定值；安培力F＝BI2B漸漸減小到L∝B||，因為B漸漸減小到零||，故安培力漸漸減小到零；因為零||，故經(jīng)過線圈的磁通量減小||，依據(jù)楞次定律||，感覺電流要阻擋磁通量