2019版高考物理總復(fù)習(xí) 第十章 電磁感應(yīng) 能力課1 電磁感應(yīng)中的圖象和電路問(wèn)題課件.ppt

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能力課1電磁感應(yīng)中的圖象和電路問(wèn)題 熱考點(diǎn) 電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題 1 圖象類型 1 電磁感應(yīng)中常涉及磁感應(yīng)強(qiáng)度B 磁通量 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I等隨時(shí)間變化的圖象 即B t圖象 t圖象 E t圖象和I t圖象 2 對(duì)于切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的情況 有時(shí)還常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I等隨位移變化的圖象 即E x圖象和I x圖象等 2 兩類圖象問(wèn)題 1 由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程選出或畫出正確的圖象 2 由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過(guò)程 求解相應(yīng)的物理量 3 解題關(guān)鍵弄清初始條件 正負(fù)方向的對(duì)應(yīng)變化范圍 所研究物理量的函數(shù)表達(dá)式 進(jìn)出磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)等是解決此類問(wèn)題的關(guān)鍵 4 電磁感應(yīng)中圖象類選擇題的兩個(gè)常用方法 命題角度1磁感應(yīng)強(qiáng)度變化的圖象問(wèn)題 例1 將一段導(dǎo)線繞成圖1甲所示的閉合回路 并固定在水平面 紙面 內(nèi) 回路的ab邊置于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 中 回路的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的磁場(chǎng) 以向里為磁場(chǎng) 的正方向 其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)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 能正確反應(yīng)F隨時(shí)間t變化的圖象是 圖1 答案B 變式訓(xùn)練1 多選 如圖2甲所示 在水平面上固定一個(gè)匝數(shù)為10匝的等邊三角形金屬線框 總電阻為3 邊長(zhǎng)為0 4m 金屬框處于兩個(gè)半徑為0 1m的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 頂點(diǎn)A恰好位于左邊圓的圓心 BC邊的中點(diǎn)恰好與右邊圓的圓心重合 左邊磁場(chǎng)方向垂直紙面向外 右邊磁場(chǎng)垂直紙面向里 磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化規(guī)律如圖乙所示 則下列說(shuō)法正確是 取3 圖2 A 線框中感應(yīng)電流的方向是順時(shí)針?lè)较駼 t 0 4s時(shí) 穿過(guò)線框的磁通量為0 005WbC 經(jīng)過(guò)t 0 4s 線框中產(chǎn)生的熱量為0 3JD 前0 4s內(nèi)流過(guò)線框某截面的電荷量為0 2C 答案CD 命題角度2導(dǎo)體切割磁感線的圖象問(wèn)題 例2 2018 東北三校聯(lián)考 多選 如圖3所示 M N為同一水平面內(nèi)的兩條平行長(zhǎng)直導(dǎo)軌 左端串聯(lián)電阻R 金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置 金屬桿和導(dǎo)軌的電阻不計(jì) 桿與導(dǎo)軌間接觸良好且無(wú)摩擦 整個(gè)裝置處于豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 現(xiàn)對(duì)金屬桿ab施加一個(gè)與其垂直的水平方向的恒力F 使金屬桿從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 金屬桿的速度大小為v R上消耗的總能量為E 則下列關(guān)于v E隨時(shí)間變化的圖象可能正確的是 圖3 解析對(duì)金屬桿ab施加一個(gè)與其垂直的水平方向的恒力F 使金屬桿從靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 由于金屬桿切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流 受到隨速度的增大而增大的安培力作用 所以金屬桿做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動(dòng) 當(dāng)安培力增大到等于水平方向的恒力F時(shí) 金屬桿做勻速直線運(yùn)動(dòng) v t圖象A正確 B錯(cuò)誤 由功能關(guān)系知 開(kāi)始水平方向的恒力F做的功一部分使金屬桿動(dòng)能增大 另一部分轉(zhuǎn)化為電能 被電阻R消耗掉 當(dāng)金屬桿勻速運(yùn)動(dòng)后 水平方向的恒力F所做的功等于R上消耗的總能量E 因此E t圖象可能正確的是選項(xiàng)D 答案AD 變式訓(xùn)練2 將一均勻?qū)Ь€圍成一圓心角為90 的扇形導(dǎo)線框OMN 其中OM R 圓弧MN的圓心為O點(diǎn) 將導(dǎo)線框的O點(diǎn)置于如圖4所示的直角坐標(biāo)系的原點(diǎn) 其中第二和第四象限存在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 其磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B 第三象限存在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B 從t 0時(shí)刻開(kāi)始讓導(dǎo)線框以O(shè)點(diǎn)為圓心 以恒定的角速度 沿逆時(shí)針?lè)较蜃鰟蛩賵A周運(yùn)動(dòng) 假定沿ONM方向的電流為正 則線框中的電流隨時(shí)間的變化規(guī)律描繪正確的是 圖4 答案B 命題角度3電磁感應(yīng)中雙電源問(wèn)題與圖象的綜合 例3 如圖5所示為兩個(gè)有界勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B 方向分別垂直紙面向里和向外 磁場(chǎng)寬度均為L(zhǎng) 距磁場(chǎng)區(qū)域的左側(cè)L處 有一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形導(dǎo)體線框 總電阻為R 且線框平面與磁場(chǎng)方向垂直 現(xiàn)用外力F使線框以速度v勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域 以初始位置為計(jì)時(shí)起點(diǎn) 規(guī)定電流沿逆時(shí)針?lè)较驎r(shí)的電動(dòng)勢(shì)E為正 磁感線垂直紙面向里時(shí)磁通量 的方向?yàn)檎?外力F向右為正 則以下關(guān)于線框中的磁通量 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E 外力F和電功率P隨時(shí)間變化的圖象正確的是 圖5 解析當(dāng)線框運(yùn)動(dòng)L時(shí)開(kāi)始進(jìn)入磁場(chǎng) 磁通量開(kāi)始增加 當(dāng)全部進(jìn)入時(shí)達(dá)到最大 此后向外的磁通量增加 總磁通量減小 當(dāng)運(yùn)動(dòng)到2 5L時(shí) 磁通量最小 故選項(xiàng)A錯(cuò)誤 當(dāng)線框進(jìn)入第一個(gè)磁場(chǎng)時(shí) 由E BLv可知 E保持不變 而開(kāi)始進(jìn)入第二個(gè)磁場(chǎng)時(shí) 兩邊同時(shí)切割磁感線 電動(dòng)勢(shì)應(yīng)為2BLv 故選項(xiàng)B錯(cuò)誤 因安培力總是與運(yùn)動(dòng)方向相反 故拉力應(yīng)一直向右 故選項(xiàng)C錯(cuò)誤 拉力的功率P Fv 因速度不變 而線框在第一個(gè)磁場(chǎng)時(shí) 電流為定值 拉力也為定值 兩邊分別在兩個(gè)磁場(chǎng)中時(shí) 由選項(xiàng)B的分析可知 電流加倍 回路中總電動(dòng)勢(shì)加倍 功率變?yōu)樵瓉?lái)的4倍 此后從第二個(gè)磁場(chǎng)中離開(kāi)時(shí) 安培力應(yīng)等于線框在第一個(gè)磁場(chǎng)中的安培力 所以功率應(yīng)等于在第一個(gè)磁場(chǎng)中的功率 故選項(xiàng)D正確 答案D 變式訓(xùn)練3 2018 保定模擬 如圖6所示為有理想邊界的兩個(gè)勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度均為B 0 5T 兩邊界間距s 0 1m 一邊長(zhǎng)L 0 2m的正方形線框abcd由粗細(xì)均勻的電阻絲圍成 總電阻為R 0 4 現(xiàn)使線框以v 2m s的速度從位置 勻速運(yùn)動(dòng)到位置 則下列能正確反映整個(gè)過(guò)程中線框a b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差Uab隨時(shí)間t變化的圖線是 圖6 答案A ?？键c(diǎn) 電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題 1 電磁感應(yīng)中電路知識(shí)的關(guān)系圖 2 三步走 分析電路為主的電磁感應(yīng)問(wèn)題 例4 2017 江西新余期末 如圖7甲所示 水平面上的兩光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置 間距d 0 5m 電阻不計(jì) 左端通過(guò)導(dǎo)線與阻值R 2 的電阻連接 右端通過(guò)導(dǎo)線與阻值RL 4 的小燈泡L連接 在CDFE矩形區(qū)域內(nèi)有垂直于導(dǎo)軌平面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng) CE長(zhǎng)l 2m 有一阻值r 2 的金屬棒PQ放置在靠近磁場(chǎng)邊界CD處 恰好不在磁場(chǎng)中 CDFE區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示 在t 0至t 4s內(nèi) 金屬棒PQ保持靜止 在t 4s時(shí)使金屬棒PQ以某一速度進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域并保持勻速運(yùn)動(dòng) 已知從t 0開(kāi)始到金屬棒運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)邊界EF處的整個(gè)過(guò)程中 小燈泡的亮度沒(méi)有發(fā)生變化 求 1 通過(guò)小燈泡的電流 2 金屬棒PQ在磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的速度大小 圖7 解析 1 在t 0至t 4s內(nèi) 金屬棒PQ保持靜止 磁場(chǎng)變化導(dǎo)致電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 等效電路為r與R并聯(lián) 再與RL串聯(lián) 電路的總電阻 由于燈泡中電流不變 所以燈泡的電流IL I 0 1A 電動(dòng)勢(shì)E I R總 Bdv解得棒PQ在磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的速度大小v 1m s 答案 1 0 1A 2 1m s 變式訓(xùn)練4 2018 焦作一模 多選 如圖8所示 兩根足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌水平平行放置 間距為l 1m cd間 de間 cf間分別接著阻值R 10 的電阻 一阻值R 10 的導(dǎo)體棒ab以速度v 4m s勻速向左運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好 導(dǎo)軌所在平面存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B 0 5T 方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 下列說(shuō)法正確的是 A 導(dǎo)體棒ab中電流的流向?yàn)橛蒪到aB cd兩端的電壓為1VC de兩端的電壓為1VD fe兩端的電壓為1V 圖8 答案BD 電磁感應(yīng)中的 桿 導(dǎo)軌 模型 建構(gòu)模型能力的培養(yǎng) 模型一 單桿 導(dǎo)軌 模型1 單桿水平式 導(dǎo)軌光滑 2 單桿傾斜式 導(dǎo)軌光滑 例1 如圖9所示 足夠長(zhǎng)的金屬導(dǎo)軌固定在水平面上 金屬導(dǎo)軌寬度L 1 0m 導(dǎo)軌上放有垂直導(dǎo)軌的金屬桿P 金屬桿質(zhì)量為m 0 1kg 空間存在磁感應(yīng)強(qiáng)度B 0 5T 豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 連接在導(dǎo)軌左端的電阻R 3 0 金屬桿的電阻r 1 0 其余部分電阻不計(jì) 某時(shí)刻給金屬桿一個(gè)水平向右的恒力F 金屬桿P由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 圖乙是金屬桿P運(yùn)動(dòng)過(guò)程的v t圖象 導(dǎo)軌與金屬桿間的動(dòng)摩擦因數(shù) 0 5 在金屬桿P運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中 第一個(gè)2s內(nèi)通過(guò)金屬桿P的電荷量與第二個(gè)2s內(nèi)通過(guò)P的電荷量之比為3 5 g取10m s2 求 1 水平恒力F的大小 2 前4s內(nèi)電阻R上產(chǎn)生的熱量 圖9 解析 1 由圖乙可知金屬桿P先做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng) 2s后做勻速直線運(yùn)動(dòng)當(dāng)t 2s時(shí) v 4m s 此時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E BLv 根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律有F F mg 0解得F 0 75N 設(shè)第一個(gè)2s內(nèi)金屬桿P的位移為x1 第二個(gè)2s內(nèi)P的位移為x2則 1 BLx1 2 BLx2 BLvt又由于q1 q2 3 5聯(lián)立解得x2 8m x1 4 8m前4s內(nèi)由能量守恒定律得 其中Qr QR r R 1 3解得QR 1 8J 答案 1 0 75N 2 1 8J 模型二 雙桿 導(dǎo)軌 模型 例2 兩根足夠長(zhǎng)的固定的平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi) 兩導(dǎo)軌間的距離為l 導(dǎo)軌上面橫放著兩根導(dǎo)體棒ab和cd 構(gòu)成矩形回路 如圖10所示 兩根導(dǎo)體棒的質(zhì)量皆為m 電阻皆為R 回路中其它部分的電阻可不計(jì) 在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B 設(shè)兩導(dǎo)體棒均可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦地滑行 開(kāi)始時(shí) 棒cd靜止 棒ab有指向棒cd的初速度v0 若兩導(dǎo)體棒在運(yùn)動(dòng)中始終不接觸 求 圖10 解析 1 從開(kāi)始到兩棒達(dá)到相同速度v的過(guò)程中 兩棒的總動(dòng)量守恒 有mv0 2mv 根據(jù)能量守恒定律 整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱 1 若涉及變力作用下運(yùn)動(dòng)問(wèn)題 可選用動(dòng)量守恒和能量守恒的方法解決 2 若涉及恒力或恒定加速度 一般選用動(dòng)力學(xué)的觀點(diǎn) 若涉及運(yùn)動(dòng)時(shí)間問(wèn)題也可選用動(dòng)量定理求解 針對(duì)訓(xùn)練 如圖11所示 兩根平行的金屬導(dǎo)軌 固定在同一水平面上 磁感應(yīng)強(qiáng)度B 0 50T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌所在平面垂直 導(dǎo)軌的電阻很小 可忽略不計(jì) 導(dǎo)軌間的距離l 0 20m 兩根質(zhì)量均為m 0 10kg的平行金屬桿甲 乙可在導(dǎo)軌上無(wú)摩擦地滑動(dòng) 滑動(dòng)過(guò)程中與導(dǎo)軌保持垂直 每根金屬桿的電阻為R 0 50 在t 0時(shí)刻 兩桿都處于靜止?fàn)顟B(tài) 現(xiàn)有一與導(dǎo)軌平行 大小為0 20N的恒力F作用于金屬桿甲上 使金屬桿在導(dǎo)軌上滑動(dòng) 經(jīng)過(guò)t 5 0s 金屬桿甲的加速度為a 1 37m s2 問(wèn)此時(shí)兩金屬桿的速度各為多少 圖11 解析設(shè)任一時(shí)刻t兩金屬桿甲 乙之間的距離為x 速度分別為v1和v2 經(jīng)過(guò)很短的時(shí)間 t 桿甲移動(dòng)距離v1 t 桿乙移動(dòng)距離v2 t 回路面積改變 S x v2 t v1 t l lx v1 v2 l t 答案8 15m s1 85m s