《2020年高考物理一轮复习 第11章 电磁感应 第53讲 电磁感应中的电路、图象问题学案（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2020年高考物理一轮复习 第11章 电磁感应 第53讲 电磁感应中的电路、图象问题学案（含解析）（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第53讲电磁感应中的电路、图象问题考点一电磁感应中的电路问题1对电源的理解：在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体相当于电源。如：切割磁感线的导体棒、内有磁通量变化的线圈等。2对电路的理解：内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈；除电源外其余部分是外电路，外电路由电阻、电容器等电学元件组成。在外电路中，电流从高电势处流向低电势处；在内电路中，电流则从低电势处流向高电势处。3分析电磁感应电路问题的基本思路4电磁感应中电荷量的求解方法无论是回路中的磁通量发生变化，还是导体切割磁感线引起的电磁感应现象，在t时间内通过导体横截面的电荷量的计算式为：qttnt，即通过闭合回路某一横截面的电
2、荷量仅与、n和回路电阻R有关，而与时间长短、磁场变化的快慢或导体运动的快慢无关。解决选择题或填空题时，可直接应用以上结论。为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了一种“闪烁”装置。如图所示，自行车后轮由半径r15.0102 m的金属内圈、半径r20.40 m的金属外圈和绝缘辐条构成。后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条，每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡。在支架上装有磁铁，形成了磁感应强度B0.10 T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场，其内半径为r1、外半径为r2、张角。后轮以角速度2 rad/s相对于转轴转动。若不计其他电阻，忽略磁场的边缘效应。(1)当金属条ab进入
3、“扇形”磁场时，求感应电动势E，并指出ab上的电流方向；(2)当金属条ab进入“扇形”磁场时，画出“闪烁”装置的电路图；(3)从金属条ab进入“扇形”磁场时开始，经计算画出轮子转一圈过程中，内圈与外圈之间电势差Uab随时间t变化的Uabt图象；(4)若选择的是“1.5 V 0.3 A”的小灯泡，该“闪烁”装置能否正常工作？有同学提出，通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度和张角等物理量的大小，优化小明同学的设计方案，请给出你的评价。解析(1)金属条ab在磁场中切割磁感线时，平均速度EB(r2r1)B(rr)4.9102 V根据右手定则，可得感应电流方向为ba。(2)通过分析，可得电路图
4、如图所示。(3)设电路中的总电阻为R总，根据电路图可知R总RRRa、b两端电势差UabEIRERE1.2102 V设ab离开磁场区域的时刻为t1，下一根金属条进入磁场区域的时刻为t2，则t1 s, t2 s设轮子转一圈的时间为T，则T1 s在T1 s内，金属条有4次进出，后3次Uab与第1次相同。根据以上分析可画出如下图象。(4)金属条的感应电动势只有4.9102 V，远小于灯泡的额定电压1.5 V，因此“闪烁”装置不能正常工作。评价：B增大，E增大，但有限度；r2增大，E增大，但有限度；同样有限度；改变只能改变“闪烁”时间的长短。答案(1)4.9102 Vba(2)(3)(4)见解析方法感悟
5、解决电磁感应电路问题的策略是先源后路，即(2018河南周口期末)匝数n100匝的圆形金属线圈的电阻R2 ，线圈与R12 的电阻连成闭合回路，其简化电路如图甲所示，A、B为线圈两端点。线圈的半径r115 cm，在线圈中半径r210 cm的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示。则下列说法正确的是()AA点电势比B点电势低B线圈中产生的感应电动势为4.5 VCR1两端电压为 VD02 s内通过R1的电荷量为1.125 C答案C解析根据法拉第电磁感应定律有EnS1000.12 V2 V，B错误；根据楞次定律可知，线圈中的磁通量均匀增大，感应电流沿逆时针方向
6、，因此A点电势比B点电势高，A错误；回路中的电流I A A，R1两端的电压为U1IR12 V V, C正确；02 s内通过R1的电荷量为qIt2 C C，D错误。考点二电磁感应中的图象问题1电磁感应中常见的图象问题2解决图象问题的一般步骤(1)明确图象的种类，即是Bt图还是t图，或者Et图、It图等；(2)分析电磁感应的具体过程；(3)用右手定则或楞次定律确定方向的对应关系；(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出函数关系式；(5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等；(6)画图象或判断图象。将一段导线绕成图甲所示的闭合回路，并固定在水平面(纸面)内。回
7、路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场中，回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场，以向里为磁场的正方向，其磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示。用F表示ab边受到的安培力，以水平向右为F的正方向，能正确反映F随时间t变化的图象是()解析根据Bt图象可知，在0时间内，Bt图线的斜率为负且为定值，根据法拉第电磁感应定律EnS可知，该段时间圆环区域内感应电动势和感应电流是恒定的，由楞次定律可知，ab中电流方向为ba，再由左手定则可判断ab边受到向左的安培力，且0时间内安培力恒定不变，方向与规定的正方向相反；在T时间内，Bt图线的斜率为正且为定值，故ab边所受安培力仍恒定不变，但方向与规定的正方向相同。B
8、正确。答案B方法感悟1电磁感应图象选择题的两个常用方法(1)排除法定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化)，特别是分析物理量的正负，以排除错误的选项。(2)函数法根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图象进行分析和判断。2处理图象问题要做到“四明确”(1)明确图象所描述的物理意义；(2)明确各种正、负号的含义；(3)明确斜率的含义；(4)明确图象和电磁感应过程之间的对应关系。(2017全国卷)(多选)两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直。边长为0.1 m、总电阻为0.005 的正方形导线框abc
9、d位于纸面内，cd边与磁场边界平行，如图a所示。已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t0时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图b所示(感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正)。下列说法正确的是()A磁感应强度的大小为0.5 TB导线框运动速度的大小为0.5 m/sC磁感应强度的方向垂直于纸面向外D在t0.4 s至t0.6 s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1 N答案BC解析由图象可知，从导线框的cd边进入磁场到ab边刚好进入磁场，用时为0.2 s，可得导线框运动速度的大小v m/s0.5 m/s，B正确；由图象可知，cd边切割磁感线产生的感应电动势E0.01 V，由
10、公式EBLv，可得磁感应强度的大小B T0.2 T，A错误；感应电流的方向为顺时针时，对cd边应用右手定则可知，磁感应强度的方向垂直于纸面向外，C正确；t0.4 s至t0.6 s时间段为cd边离开磁场，ab边切割磁感线的过程，由闭合电路欧姆定律及安培力公式得安培力F，代入数据得F0.04 N，D错误。课后作业巩固强化练1(多选)在如图甲所示的电路中，螺线管匝数n1500匝，横截面积S20 cm2。螺线管导线电阻r1.0 ，R14.0 ，R25.0 ，C30 F。在一段时间内，穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按如图乙所示的规律变化。则下列说法中正确的是()A螺线管中产生的感应电动势为1 VB闭合S
11、，电路中的电流稳定后，电阻R1的电功率为 5102 WC电路中的电流稳定后电容器下极板带正电DS断开后，流经R2的电荷量为1.8105 C答案CD解析由题图乙可知0.4 T/s，根据法拉第电磁感应定律EnnS求出E1.2 V，A错误；I0.12 A，PI2R1，可求出P5.76102 W，B错误；由楞次定律可得C正确；S断开后，流经R2的电荷量即为S闭合时C极板上所带的电荷量Q，电容器两端的电压UIR20.6 V，流经R2的电荷量QCU1.8105 C，D正确。2. 如图所示，在磁感应强度为B的匀强磁场中，有半径为r的光滑半圆形导体框架，Oc为一能绕O在框架上滑动的导体棒，Oa之间连一电阻R，
12、导体框架与导体棒的电阻均不计，施加外力使Oc以角速度逆时针匀速转动，则()A通过电阻R的电流方向由a经R到OB导体棒O端电势低于c端的电势C外力做功的功率为D回路中的感应电流大小为答案C解析由右手定则可知感应电流由c到O，则通过电阻R的电流为由O经R到a，A错误；导体棒以角速度逆时针匀速转动切割磁感线时可等效为电源，O端为电源正极，c端为电源负极，故导体棒O端的电势高于c端的电势，B错误；导体棒切割磁感线产生的感应电动势为EBlBr，由此可知感应电流为I，电阻R上的电热功率为PI2R，由能量守恒定律可知外力做功的功率也为P，C正确，D错误。3一矩形线圈位于一个方向垂直线圈平面向里的磁场中，如图
13、甲所示，磁感应强度B随t的变化规律如图乙所示。以I表示线圈中的感应电流，以图甲线圈上箭头所示方向的电流为正，则以下的it图中正确的是()答案A解析根据题图乙可知，在01 s内，不变且线圈面积S也不变，所以根据ES可知感应电动势恒定，感应电流恒定，由楞次定律可得电流为逆时针方向，在图象中为负；23 s内，同理，由ES知i恒定，方向为正；12 s内，B不变，i0，A正确。4. 如图所示，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场B中。一接入电路电阻为R的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ始终与ab垂直，
14、且与线框接触良好，不计摩擦。在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中()APQ中电流先增大后减小BPQ两端电压先减小后增大CPQ上拉力的功率先减小后增大D线框消耗的电功率先减小后增大答案C解析导体棒产生的电动势为EBLv，其等效电路如图所示，总电阻为R总RR，在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中，总电阻先增大后减小，总电流先减小后增大，A错误；PQ两端电压为路端电压UEIR，即先增大后减小，B错误；拉力的功率等于克服安培力做功的功率，有P安F安vBILv，先减小后增大，C正确；根据功率曲线可知当外电阻R时输出功率最大，而外电阻的最大值为0.75R，所以线框消耗的功率先增大后减小，D错误。5. 如图所示，宽度为l1 m的平行光滑导轨置于匀强磁场中，导轨放置于竖直面内，磁感应强度大小B0.4 T，方向垂直于导轨平面向里，长度恰好等于导轨宽度的金属棒ab在水平向左的拉力F0.2 N作用下向左匀速运动，金属棒ab的电阻为1 ，外接电阻R12 ，R21 。平行金属板间距d10 mm，板间有一质量m0.1 g的带电液滴恰好处于静止状态，g取10 m/s2。求：(1)金属棒中的感应电流I；(2)金属棒运动的速度v；(3)液滴所带电荷量及电性。答案(1)0.5 A (2)5 m/s (3
