《2018年高考物理一輪復習 專題9.3 電磁感應中的電路與圖象問題教學案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《2018年高考物理一輪復習 專題9.3 電磁感應中的電路與圖象問題教學案（18頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、 專題9.3 電磁感應中的電路與圖象問題 1．對電磁感應中電源的理解 2．解決電磁感應電路問題的基本步驟 一、電磁感應與電路 1．對電源的理解：在電磁感應現象中，產生感應電動勢的那部分導體相當于電源．如：切割磁感線的導體棒、內有磁通量變化的線圈等． 2．對電路的理解：內電路是切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的線圈；除電源外其余部分是外電路，外電路由電阻、電容等電學元件組成．在外電路中，電流從高電勢處流向低電勢處；在內電路中，電流則從低電勢處流向高電勢處． 3．與電路相聯系的幾個公式 (1)電源電動勢：E＝n　_或E＝Blv. (2)閉合電路歐姆定律：I＝. 電

2、源的內電壓：U內＝Ir. 電源的路端電壓：U外＝IR＝E－Ir. (3)功率：P外＝IU，P總＝EI，P內＝I2r (4)電熱：Q＝I2Rt 二、電磁感應與圖象 1．圖象類型 電磁感應中主要涉及的圖象有B－t圖象、Φ－t圖象、E－t圖象和I－t圖象．還常涉及感應電動勢E和感應電流I隨線圈位移x變化的圖象，即E－x圖象和I－x圖象． 2．應用知識 (1)四個規(guī)律：左手定則、安培定則、右手定則、楞次定律． (2)應用公式： ①平均電動勢E＝n ②平動切割電動勢E＝Blv ③轉動切割電動勢E＝Bl2ω ④閉合電路的歐姆定律I＝ ⑤安培力F＝BIl ⑥牛頓運動定律的相關公

3、式等 3．基本方法 (1)明確圖象的種類，是B－t圖象還是Φ－t圖象，或者E－t圖象、I－t圖象等． (2)分析電磁感應的具體過程． (3)結合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律列出函數方程． (4)根據函數方程進行數學分析．如斜率及其變化、兩軸的截距、圖線與坐標軸所圍圖形的面積等代表的物理意義． (5)畫圖象或判斷圖象． 高頻考點一　電磁感應與電路 1．對電磁感應中電源的理解 (1)電源的正、負極可用右手定則或楞次定律判定，要特別注意在內電路中電流由負極到正極． (2)電磁感應電路中的電源與恒定電流的電路中的電源不同，前者是由于導體切割磁感線產生的，

4、公式為E＝Blv，其大小可能變化，變化情況可根據其運動情況判斷；而后者的電源電動勢在電路分析中認為是不變的． (3)在電磁感應電路中，相當于電源的導體(或線圈)兩端的電壓與恒定電流的電路中電源兩端的電壓一樣，等于路端電壓，而不等于電動勢(除非切割磁感線的導體或線圈電阻為零)． 2．解決電磁感應電路問題的基本步驟 (1)確定電源及正、負極，并利用E＝Blv或E＝求出電源電動勢．當電路中有兩棒切割磁感線產生電動勢時，將它們求和(同向時)或求差(反向時)； (2)分析電路結構，畫出等效電路圖； (3)利用閉合電路歐姆定律與串、并聯電路的規(guī)律求電流、電壓、電功率、焦耳熱、感應電荷量等． 例

5、1、(多選)如圖所示，邊長為L、不可形變的正方形導線框內有半徑為r的圓形磁場區(qū)域，其磁感應強度B隨時間t的變化關系為B＝kt(常量k>0)．回路中滑動變阻器R的最大阻值為R0.滑動片P位于滑動變阻器中央，定值電阻R1＝R0、R2＝.閉合開關S，電壓表的示數為U，不考慮虛線MN右側導體的感應電動勢，則(　　) A．R2兩端的電壓為 B．電容器的a極板帶正電 C．滑動變阻器R的熱功率為電阻R2的5倍 D．正方形導線框中的感應電動勢為kL2 【答案】AC 【方法技巧】解決電磁感應中的電路問題三步曲 1．確定電源：切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的回路將產生感應電動勢，該導體或回

6、路就相當于電源，利用E＝n或E＝Blvsin θ求感應電動勢的大小，利用右手定則或楞次定律判斷電流方向． 2．分析電路結構(內、外電路及外電路的串、并聯關系)，畫出等效電路圖． 3．利用電路規(guī)律求解．主要應用歐姆定律及串、并聯電路的基本性質等列方程求解． 【變式探究】如圖甲所示，面積為0.1 m2的10匝線圈EFG處在某磁場中，t＝0時，磁場方向垂直于線圈平面向里，磁感應強度B隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示．已知線圈與右側電路接觸良好，電路中的電阻R＝4 Ω，電容C＝10 μF，線圈EFG的電阻為1 Ω，其余部分電阻不計．則當開關S閉合，電路穩(wěn)定后，在t＝0.1 s至t＝0.2 s這段時間內

7、(　　) A．電容器所帶的電荷量為8×10－5 C B．通過R的電流是2.5 A，方向從b到a C．通過R的電流是2 A，方向從b到a D．R消耗的電功率是0.16 W 【答案】A 【舉一反三】(多選)如圖所示，M1N1與M2N2是位于同一水平面內的兩條平行金屬導軌，一個半徑為L的半圓形硬導體ef和金屬桿ab均與導軌垂直且可在導軌上無摩擦滑動，金屬桿ab上有一電壓表(其電阻為R0)，半圓形硬導體ef的電阻為r，其余電阻不計，則下列說法正確的是(　　) A．若ab固定、ef以速度v滑動時，電壓表讀數為 B．若ab固定、ef以速度v滑動時，ef兩點間的電壓為

8、C．當ab、ef以相同的速度v同向滑動時，電壓表讀數為零 D．當ab、ef以大小相同的速度v反向滑動時，電壓表讀數為 【答案】BC　 高頻考點二　電磁感應與圖象 1．圖象問題的求解類型 2．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Φ －t圖象，或者是E －t圖象、I－t圖象等； (2)分析電磁感應的具體過程； (3)用右手定則或楞次定律確定方向對應關系； (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)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、截距等； (6)畫出圖象或判斷圖象． 例2、如圖所

9、示，一直角三角形金屬框，向左勻速地穿過一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場，磁場僅限于虛線邊界所圍的區(qū)域內，該區(qū)域的形狀與金屬框完全相同，且金屬框的下邊與磁場區(qū)域的下邊在一條直線上．若取順時針電流方向為感應電流的正方向，從金屬框左邊剛進入磁場開始計時，則金屬框穿過磁場過程中的感應電流隨時間變化的圖象是下列選項中的(　　) 【答案】C 【方法技巧】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(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，排除錯誤的選項．沒有表示方向的正負時，優(yōu)先判斷方向有時會

10、產生意想不到的效果． (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關系，然后由函數關系對圖象作出分析和判斷，這未必是最簡捷的方法，但卻是最有效的方法． 【變式探究】(多選)如圖甲所示，正六邊形導線框abcdef放在勻強磁場中靜止不動，磁場方向與線框平面垂直，磁感應強度B隨時間t的變化關系如圖乙所示．t＝0時刻，磁感應強度B的方向垂直紙面向里，設產生的感應電流以順時針方向為正、豎直邊cd所受安培力的方向以水平向左為正．則下面關于感應電流i和cd邊所受安培力F隨時間t變化的圖象正確的是(　　) 【答案】AC 【舉一反三】(多選)空間存在一垂直紙面向里的勻

11、強磁場，磁場區(qū)域橫截面為等腰直角三角形，底邊水平，其斜邊長度為L.一正方形導體框abcd邊長也為L，開始正方形導體框的ab邊與磁場區(qū)域截面的斜邊剛好重合，如圖所示．由圖示位置開始計時，正方形導體框以平行于bc邊的速度v勻速穿越磁場．若導體框中的感應電流為i，a、b兩點間的電壓為Uab，感應電流取逆時針方向為正，則導體框穿越磁場的過程中，i、Uab隨時間的變化規(guī)律正確的是(　　) 【答案】AC 高頻考點三、數形結合”分析電磁感應中圖象問題 1．方法概述：“數形結合”指根據函數解析式作出圖象

12、，或利用圖象得出函數解析式的一種數學方法，在解決物理問題中也經常使用． 2．利用“數形結合”分析電磁感應中圖象問題時，應當注意以下問題： (1)公式選擇：一般選用E＝Blv或E＝n的瞬時值表達式(即Δt→0時的平均電動勢)． (2)準確寫出每一個時刻(或位置)的磁通量變化率、導體棒切割磁感線的有效長度、回路總電阻等物理量隨時間變化的函數表達式． (3)正確分析解析式中變量和不變量的函數關系． 例3、如圖，在水平面(紙面)內有三根相同的均勻金屬棒ab、ac和MN，其中ab、ac在a點接觸，構成“V”字型導軌．空間存在垂直于紙面的均勻磁場．用力使MN向右勻速運動，從圖示位置開始計時，運動

13、中MN始終與∠bac的平分線垂直且和導軌保持良好接觸．下列關于回路中電流i與時間t的關系圖線，可能正確的是(　　) 【答案】A 【方法技巧】電磁感應圖象問題中數學工具的應用 涉及感應電動勢或感應電流的大小的討論時，最好不要憑感覺判斷，一定要列出函數表達式，根據對感應電動勢和感應電流大小有影響的量的變化進行分析、討論． 【變式探究】邊長為a的閉合金屬正三角形框架，左邊豎直且磁場右邊界平行，完全處于垂直框架平面向里的勻強磁場中．現把框架勻速水平向右拉出磁場，如圖所示，則下列圖象與這一過程相

14、符合的是(　　) 【答案】B 1．【2016·四川卷】如圖1-所示，電阻不計、間距為l的光滑平行金屬導軌水平放置于磁感應強度為B、方向豎直向下的勻強磁場中，導軌左端接一定值電阻R.質量為m、電阻為r的金屬棒MN置于導軌上，受到垂直于金屬棒的水平外力F的作用由靜止開始運動，外力F與金屬棒速度v的關系是F＝F0＋kv(F0、k是常量)，金屬棒與導軌始終垂直且接觸良好．金屬棒中感應電流為i，受到的安培力大小為FA，電阻R兩端的電壓為UR，感應電流的功率為P，它們隨時間t變化圖像可能正確的有(　　) 圖1- 圖1- (1)若k＝，F合＝F0，即a＝，金屬棒水平向右

15、做勻加速直線運動，有v＝at，說明v∝t，即I∝t，FA∝t，UR∝t，P∝t2，所以在此情況下沒有選項符合； (2)若k>，F合隨v增大而增大，即a隨v增大而增大，說明金屬棒在做加速度增大的加速運動，根據四個物理量與速度的關系可知B選項符合； (3)若k<，F合隨v增大而減小，即a隨v增大而減小，說明金屬棒在做加速度減小的加速運動，直到加速度減小為0后金屬棒做勻速直線運動，根據四個物理量與速度關系可知C選項符合； 綜上所述，B、C選項符合題意． 1．(2015·山東理綜·19)如圖2甲，R0為定值電阻，兩金屬圓環(huán)固定在同一絕緣平面內．左端連接在一周期為T0的正弦交流電源上，經二極管整

16、流后，通過R0的電流i始終向左，其大小按圖乙所示規(guī)律變化．規(guī)定內圓環(huán)a端電勢高于b端時，a、b間的電壓uab為正，下列uabt圖象可能正確的是(　　) 圖2 答案　C 2．(2014·新課標全國Ⅰ·18)如圖1(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．已知線圈內部的磁場與流經線圈的電流成正比，則下列描述線圈ab中電流隨時間變化關系的圖中，可能正確的是(　　) 圖1 答案　C 解析　由題圖(b)可知在cd間不同時間段內產生的電壓是恒定的，所以在該時間段內線圈ab中的磁場是均勻變化的，則線圈

17、ab中的電流是均勻變化的，故選項A、B、D錯誤，選項C正確． 3．(2013·新課標全國Ⅰ·17)如圖3，在水平面(紙面)內有三根相同的均勻金屬棒ab、ac和MN，其中ab、ac在a點接觸，構成“V”字型導軌．空間存在垂直于紙面的均勻磁場．用力使MN向右勻速運動，從圖示位置開始計時，運動中MN始終與∠bac的平分線垂直且和導軌保持良好接觸．下列關于回路中電流i與時間t的關系圖線，可能正確的是(　　) 圖3 答案　A 4． (2013·新課標全國Ⅱ·16)如圖4，在光滑水平桌面上有一邊長為L、電阻為R的正方形導線框；在導線框右側有一寬度為d(d＞L)的條形勻強磁場區(qū)域，磁

18、場的邊界與導線框的一邊平行，磁場方向豎直向下．導線框以某一初速度向右運動，t＝0時導線框的右邊恰與磁場的左邊界重合，隨后導線框進入并通過磁場區(qū)域．下列v－t圖象中，可能正確描述上述過程的是(　　) 圖4 答案　D 5．(2013·山東理綜·18)將一段導線繞成圖13甲所示的閉合回路，并固定在水平面(紙面)內．回路的ab邊置于垂直紙面向里的勻強磁場Ⅰ中．回路的圓環(huán)區(qū)域內有垂直紙面的磁場Ⅱ，以向里為磁場Ⅱ的正方向，其磁感應強度B隨時間t變化的圖象如圖乙所示．用F表示ab邊受到的安培力，以水平向右為F的正方向，能正確反映F隨時間t變化的圖象是(　　) 圖13 答

19、案　B 解析　0～時間內，回路中產生順時針方向、大小不變的感應電流，根據左手定則可以判定ab邊所受安培力向左.～T時間內，回路中產生逆時針方向、大小不變的感應電流，根據左手定則可以判定ab邊所受安培力向右，故B正確． 1．(多選)如圖11所示，在直角坐標系xOy中，有邊長為L的正方形金屬線框abcd，其一條對角線ac和y軸重合、頂點a位于坐標原點O處．在y軸右側的一、四象限內有一垂直紙面向里的勻強磁場，磁場的上邊界與線框的ab邊剛好重合，左邊界與y軸重合，右邊界與y軸平行．t＝0時刻，線框以恒定的速度v沿垂直于磁場上邊界的方向穿過磁場區(qū)域．取沿a→b→c→d→a方向的感應電流為正方

20、向，則在線框穿過磁場區(qū)域的過程中，感應電流I、ab間的電勢差Uab隨時間t變化的圖線是下圖中的(　　) 圖11 答案　AD 3．如圖1，一有界區(qū)域內，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，現有一邊長為L的正方形線框abcd，在外力作用下，保持ac垂直磁場邊緣，并以沿x軸正方向的某一速度水平勻速地通過磁場區(qū)域，若以逆時針方向為電流正方向，下圖中能反映線框中感應電流變化規(guī)律的圖象是(　　) 圖1 答案　D 4．如圖4所示，xOy平面內有一半徑為R的圓形區(qū)域，區(qū)域內有磁感應強度大小為B的勻強磁場，左半圓磁場方向垂直于xOy平面向里，右半圓磁場方向垂直于xOy平面向外．一平行于y軸的長導體棒ab以速度v沿x軸正方向做勻速運動，則導體棒ab兩端的感應電動勢E(取a→b為電動勢的正方向)與導體棒位置x關系的圖象是(　　) 圖4 答案　A - 18 -