《2019版高考物理一轮复习第11章电磁感应第42课时电磁感应中的电路和图象问题学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2019版高考物理一轮复习第11章电磁感应第42课时电磁感应中的电路和图象问题学案（17页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1第第 4242 课时课时 电磁感应中的电磁感应中的电路和图象问题电路和图象问题考点 1 电磁感应中的电路问题1内电路和外电路(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈相当于电源。(2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的内阻，其余部分的电阻相当于外阻。2电源电动势和路端电压(1)电动势：En或EBlv。 t(2)路端电压：UIREIr。3电磁感应中物理量的关系图2例 1(2017福建莆田三模)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
2、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 6边缘效应。(1)当金属条ab进入“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“
3、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，优化前同学的设计方案，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vr1r2 2EB(r2r1) B(rr)4.9102 Vv1 22 22 1根据右手定则，可得感应电流方向为ba。(2)通过分析，可得电路图如图所示。(3)设电路中的总电阻为R总，根据电路图可知3R总RRR1 34 3a、b两端电势差UabEIRERE1.2102 VE R总1 4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 1 12 2 1 4设轮子转
4、一圈的时间为T，则T1 s2 在T1 s 内，金属条有 4 次进出，后 3 次与第 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，因此无法正常工作， “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 V ba (2)(3)(4)见解析1基本思路42注意事项(1)电磁感应现象中磁通量发生变化的回路或做切割磁感线运动的导体相当于电源，其电阻相当于电源的内阻，其余部分为外电路。等效电源内部的电流，方向由负极到正极，即电流
5、的流出端为高电势，而外电路中的电流方向仍是从高电势到低电势。(2)应用欧姆定律分析求解电路时，一定要先画等效电路图，明确电路结构，同时要注意等效电源的内阻对电路的影响。(3)在闭合回路中，等效电源两端的电压为路端电压，而不是感应电动势，除非切割磁感线的导体或线圈的电阻为零。(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( )5AA点电势比B点
6、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EnS100 0.12 V2 V，B 错B t4 2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，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E R1R2 22 2U1IR12 V V, C 正确；02 s 内通过R1的电荷量为qIt2 C 2 2C，D 错误。考点 2 电磁感应的图象问题1磁场感应类图象问题(1)分析方法：电动势大小：En，取决于线圈匝数和磁通量的变化率； t电动势方向：注意
7、感应电流的实际方向是否与规定情况一致，同向取正，反向取负。(2)注意问题：关注初始时刻：如初始时刻感应电流是否为零，是正方向还是负方向。关注变化过程：看电磁感应发生过程分为几个阶段，这几个阶段是否和图象变化相对应。关注大小、方向的变化趋势，看图象斜率大小、图象的曲直和物理过程是否相对应。求Ft图象时，不但要注意it变化，还需要关注Bt变化。有时I0，但B0，6所以F0。2导体切割类图象问题(1)分析方法：电动势大小：EBlv。电动势方向：用右手定则判断。(2)特殊解法：排除法：对于线圈一进一出的问题，qn0，it图象中t轴之上的图象面积 R总和t轴之下的图象面积相等。函数法：根据题目所给条件定
8、量地写出两个物理量之间的函数关系，由函数关系对图象进行分析和判断。例 2 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T 2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，B t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
9、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T 2T 27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 正确。答案 B处理电磁感应的图象问题时，首先依据题意求出、等物理量的大小或变化B tS t t趋势，再根据闭合电路欧姆定律求出闭合电路中的感应电流，最后写出安培力F、电功率P、加速度a等物理量的表达式并加以分析。(2017湖北四地七校联考)如图所示，等腰直角三角形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，左边有一形状完全相同的等腰直角三角形导线框，线框从图示位置开始水平向右匀速穿过磁场区域，规定线框中感应电流沿逆时针方向为正方
10、向，线框刚进入磁场区域时感应电流为i0，直角边长为L。其感应电流i随位移x变化的图象正确的是( )答案 C解析 利用特殊值法。当x0 时，ii0；当xL时，i；当xBLv RBLv 2Ri0 2在 0 到L间某值时i0；当x2L时，i0，C 正确。1一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( )8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EB tS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
11、图象中B t方向为负；23 s 内，同理，由ES知i恒定，方向为正；12 s 内，B不变，B ti0，A 正确。2(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，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 CD9解析 由题图乙可知0.4 T/s，根据法拉第电
12、磁感应定律EnnSB t tB t求出E1.2 V，A 错误；根据I0.12 A 和PI2R1，求出P5.76102 E R1R2rW，B 错误；由楞次定律得 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。3某学生设计了一个验证法拉第电磁感应定律的实验，实验装置如图甲所示。在大线圈中放置一个小线圈，大线圈与多功能电源连接，其情形可以简化为如图乙所示，和是两个平行共轴放置的环形线圈，当线圈中的电流i1随时间变化的图象如图丙所示时，若规定两电流方向如图乙所示的方向为正方向，则线圈中
13、的电流i2随时间t变化的图象是图中的( )答案 D解析 由题图丙可知：在第一阶段原电流减少，线圈中的磁场减弱，根据楞次定律可得感应电流产生磁场与中电流产生磁场方向相同，为负方向；在第二阶段，中电流反向增大，线圈中的磁场增强，根据楞次定律可得感应电流磁场与中电流产生磁场方向相反，为负方向。故 A、B、C 错误，D 正确。4. (2018山西孝义期末)(多选)如图，匀强磁场分布在宽度为 2L的有界区域内，磁感应强度的大小为B，方向垂直于纸面向里。一个粗细均匀的矩形导线框abcd的cd边与磁场边界平行，导线框的边长参数如图。使线框以与cd边垂直的恒定速度v穿过磁场区域，以cd边进入磁场时刻为零时刻，
14、以逆时针方向为电流的正方向，线框中的电流i，d、c两点间的电势差u随时间t变化的图象正确的是( )10答案 AC解析 0 时间内，cd边进入磁场，由楞次定律可知感应电流的方向沿逆时针方向，L v故电流为正； 时间内，线框完全在磁场中运动，线框中没有感应电流；时间内，L v2L v2L v3L vcd边穿出磁场，ab边切割磁感线，由楞次定律可知感应电流的方向沿顺时针方向，电流为负，A 正确、B 错误。设U02BLv，在 0 时间内，UdcU0， 时间内，L v2 3L v2L vUdcU0，时间内，UdcU0，C 正确，D 错误。2L v3L v1 35. (2018河南周口期末)(多选)如图所
15、示为三个有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B，方向分别垂直于纸面向外、向里和向外，磁场宽度均为L，在磁场区域的左侧边界处，有一边长为L的正方形导线框，总电阻为R，且线框平面与磁场方向垂直，现用外力F使线框以速度v匀速穿过磁场区域，以初始位置为计时起点，规定电流沿逆时针方向时的电动势E为正，磁感线垂直于纸面向里时的磁通量为正值，外力F向右为正。则以下能反映线框中的磁通量、感应电动势E、外力F和电功率P随时间变化规律的图象是( )11答案 ABD解析 当线框进入磁场区域时，在 0 时间内，磁通量开始均匀增加，当全部进入第L v一个磁场时磁通量最大，且为负值；在 的时间内，向里的磁通量增加，总磁通量均L v1.5L v匀减小；在时刻，磁通量最小，为零；在时间内，磁通量为正值，且均匀增1.5L v1.5L v2L v大；在时间内，磁通量均匀减小至零；在时间内，磁通量均匀增大，且2L v2.5L v2.5L v3L v方向向外，为负值，在时间内，磁通量均匀减小至零，且为负值，A 正确。当线框3L v4L v进入第一个磁场时，由EBLv可知，E保持不变，由右手定则知，感应电流沿顺时针
