《（新课改省份专用）2020版高考物理一轮复习 第十章 第3节 电磁感应中的电路和图像问题学案（含解析）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（新课改省份专用）2020版高考物理一轮复习 第十章 第3节 电磁感应中的电路和图像问题学案（含解析）（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3节电磁感应中的电路和图像问题高考对本节内容的考查主要以选择题的形式呈现，难度中等，其中电磁感应中的电路问题涉及的内容除“三定则、两定律”外，通常还包括闭合电路的欧姆定律、电流、电荷量、焦耳定律、电功率等内容；而解答电磁感应中的图像问题时则需要在掌握电磁感应知识的基础上，把分析力学图像、电磁场图像以及电路图像的方法技巧迁移过来应用。考点一电磁感应中的电路问题师生共研类1电磁感应中电路知识的关系图2“三步走”分析电路为主的电磁感应问题典例(多选)如图所示，水平面上固定一个顶角为60的光滑金属导轨MON，导轨处于磁感应强度大小为B，方向竖直向下的匀强磁场中。质量为m的导体棒CD与MON的角平分线
2、垂直，导轨与棒单位长度的电阻均为r。t0时刻，棒CD在水平外力F的作用下从O点以恒定速度v0沿MON的角平分线向右滑动，在滑动过程中始终保持与导轨良好接触。若棒与导轨均足够长，则()A流过导体棒的电流I始终为BF随时间t的变化关系为Ft Ct0时刻导体棒的发热功率为t0D撤去F后，导体棒上能产生的焦耳热为mv02解析导体棒的有效切割长度L2v0ttan 30，感应电动势EBLv0，回路的总电阻Rr，联立可得通过导体棒的电流I，选项A正确；导体棒受力平衡，则外力F与安培力平衡，即FBIL，得Ft，选项B正确；t0时刻导体棒的电阻为Rx2v0t0tan 30r，则导体棒的发热功率P棒I2Rxt0，
3、选项C正确；从撤去F到导体棒停下的过程，根据能量守恒定律有Q棒Q轨mv020，得导体棒上能产生的焦耳热Q棒mv02Q轨mv02，选项D错误。答案ABC延伸思考(1)试推导出回路中的热功率P随时间变化的关系式，并画出图像。(2)试推导出回路中产生的焦耳热Q随时间变化的关系式，并画出图像。提示：(1)回路中热功率PI2R，回路中电流I为定值，Rtan 302v0tr，可得Pt，图像如图甲所示。(2)(1)中Pt图线与t轴所围面积表示回路中产生的焦耳热Q，则QPtt2。图像如图乙、丙所示。题点全练1电路的电势差分析(多选)如图所示，两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置，间距为l1 m，cd间、de间
4、、cf间分别接着阻值R10 的电阻。一阻值R10 的导体棒ab以速度v4 m/s匀速向左运动，导体棒与导轨接触良好。导轨所在平面存在磁感应强度大小B0.5 T、方向竖直向下的匀强磁场。下列说法正确的是()A导体棒ab中电流的方向为由b到aBcd两端的电压为1 VCde两端的电压为1 VDfe两端的电压为1 V解析：选BD由右手定则可知ab中电流方向为ab，A错误；导体棒ab切割磁感线产生的感应电动势EBlv，ab为电源，cd间电阻R为外电路负载，de和cf间电阻中无电流，de和cf间无电压，因此cd和fe两端电压相等，即UR1 V，B、D正确，C错误。2含容电路分析(多选)在如图甲所示的电路中
5、，螺线管匝数n1 500匝，横截面积S20 cm2。螺线管导线电阻r1 ，R14 ，R25 ，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。下列说法正确的是()A螺线管中产生的感应电动势为1.2 VB闭合S，电路中的电流稳定后电容器上极板带正电C电路中的电流稳定后，电阻R1的电功率为5102 WDS断开后，通过R2的电荷量为1.8105 C解析：选AD由法拉第电磁感应定律可知，螺线管内产生的电动势为EnS1 50020104 V1.2 V，故A正确；根据楞次定律，当穿过螺线管的磁通量增加时，螺线管下部可以看成电源的正极，则电容器下极板带正电，故B错误；电流稳定
6、后，电流为I A0.12 A，电阻R1上消耗的功率为PI2R10.1224 W5.76102 W，故C错误；开关断开后通过电阻R2的电荷量为QCUCIR2301060.125 C1.8105 C，故D正确。3电功率的分析如图所示，导体杆OP在作用于OP中点且垂直于OP的力作用下，绕O轴沿半径为r的光滑的半圆形框架在匀强磁场中以一定的角速度转动。磁场的磁感应强度为B，AO间接有电阻R，杆和框架电阻不计，回路中的总电功率为P，则()A外力的大小为2BrB外力的大小为BrC导体杆旋转的角速度为D导体杆旋转的角速度为 解析：选C设导体杆转动的角速度为，则导体杆转动切割磁感线产生的感应电动势EBr2，I
7、，根据题述回路中的电功率为P，则PEI；设维持导体杆匀速转动的外力为F，则有P，vr，联立解得FBr，选项C正确，A、B、D错误。考点二电磁感应中的图像问题多维探究类图像类型随时间变化的图像，如Bt图像、t图像、Et图像、It图像随位移变化的图像，如Ex图像、Ix图像(所以要先看坐标轴：哪个物理量随哪个物理量变化要弄清)问题类型(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像(画图像)(2)由给定的有关图像分析电磁感应过程，求解相应的物理量(用图像)解题方法四个规律左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律六类公式(1)平均电动势En(2)平动切割电动势EBlv(3)转动切割电动势EBl2(4)闭合
8、电路欧姆定律I(5)安培力FBIl(6)牛顿运动定律的相关公式等考法(一)由“感生”角度衍生的图像问题(直接设问式)例1(多选)在竖直向上的匀强磁场中，水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈，线圈所围的面积为0.1 m2，线圈电阻为1 。规定线圈中感应电流I的正方向从上往下看是顺时针方向，如图甲所示。磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示。以下说法正确的是()A在02 s时间内，I的最大值为0.01 AB在35 s时间内，I的大小越来越小C前2 s内，通过线圈某截面的总电荷量为0.01 CD第3 s内，线圈的发热功率最大解析02 s时间内，t0时刻磁感应强度变化率最大，感应电流最大，I0.
9、01 A，A正确；35 s时间内电流大小不变，B错误；前2 s内通过线圈的电荷量q0.01 C，C正确；第3 s内，B没有变化，线圈中没有感应电流产生，则线圈的发热功率最小，D错误。答案AC(1)法拉第电磁感应定律En，常有两种特殊情况，即EnS和EnB，其中是Bt图像中图线的斜率，若斜率不变则感应电动势是恒定不变的。(2)感生电动势产生的感应电流方向，一般用楞次定律结合安培定则来判定。(3)计算电动势时要注意有效面积，求解电压时要分清内外电路。考法(二)由“感生”角度衍生的图像问题(图像转化式)例2如图甲所示，正三角形硬导线框abc固定在磁场中，磁场方向与线框平面垂直。图乙表示该磁场的磁感应
10、强度B随时间t变化的关系，t0时刻磁场方向垂直纸面向里。在04t0时间内，线框ab边受到该磁场对它的安培力F随时间t变化的关系图为(规定垂直ab边向左为安培力的正方向)()解析0t0时间内，磁场方向垂直纸面向里，均匀减小，根据楞次定律、法拉第电磁感应定律和欧姆定律可知：流经导线ab的电流I不变，方向从b到a，其受到的安培力方向向左，大小为FBIL，均匀减小到零；同理，t02t0时间内，磁场方向垂直纸面向外，均匀增大，流经导线ab的电流I不变，方向从b到a，其受到的安培力方向向右，从零开始均匀增大；2t03t0时间内，磁场方向垂直纸面向外，0，导线ab不受安培力；3t03.5t0时间内，磁场方向
11、垂直纸面向外，均匀减小，流经导线ab的电流为2I不变，方向从a到b，其受到的安培力方向向左，大小为F2BIL，即均匀减小到零；3.5t04t0时间内，磁场方向垂直纸面向里，均匀增加，流经导线ab的电流为2I不变，方向从a到b，其受到的安培力方向向右，大小为F2BIL，即从零开始均匀增大，A项正确。答案A对于电磁感应图像问题的分析要注意以下三个方面(1)注意初始时刻的特征，如初始时刻感应电流是否为零，感应电流的方向如何。(2)注意看电磁感应发生的过程分为几个阶段，这几个阶段是否和图像变化相对应。(3)注意观察图像的变化趋势，看图像斜率的大小、图像的曲直是否和物理过程对应。考法(三)由“动生”角度
12、衍生的图像问题(侧重力学或电学量)例3如图甲所示，固定的水平金属导轨足够长且电阻不计。两阻值相同的导体棒ab、cd置于导轨上，棒与导轨垂直且始终保持良好接触。整个装置处在与导轨平面垂直向下的匀强磁场B中。现让导体棒ab以如图乙所示的速度向右运动。导体棒cd始终静止在导轨上，以水平向右为正方向，则导体棒cd所受的静摩擦力f随时间变化的图像是选项中的()解析由右手定则可知ab中感应电流的方向向上，由法拉第电磁感应定律得EBLv，由欧姆定律得：I。感应电流从上向下流过cd棒，由左手定则可知，产生的安培力向右，大小为FBIL，对cd进行受力分析可知，cd棒竖直方向受到重力和轨道的支持力；水平方向受到安
13、培力和摩擦力的作用，由共点力的平衡可得，水平方向受到的摩擦力与安培力大小相等、方向相反，即方向向左，大小为fF，可得大小与速度v成正比，与速度的方向相反，故B正确，A、C、D错误。答案B解决此类问题，求解选择题时，用方向排除法较为简单。判断过程涉及三大定律。(1)楞次定律判断电流方向。当然，也可以用右手定则。(2)法拉第电磁感应定律计算电动势，也可以用特例EBlv，注意切割导体的有效长度和导体速度的变化。(3)闭合电路的欧姆定律计算电流，感应电流是由电动势和回路电阻共同决定的。考法(四)由“动生”角度衍生的图像问题(综合考查)例4(多选)如图所示，一个边长为L的正方形线圈置于边界水平的匀强磁场
14、上方L处，磁场宽也为L，方向垂直纸面向里，由静止释放线圈且线圈平面始终与磁场方向垂直。如果从线圈的一条边刚进入磁场开始计时，下列关于通过线圈横截面的电荷量q、感应电流i、线圈运动的加速度a、线圈具有的动能Ek随时间变化的图像中，可能正确的是()解析若线圈进入磁场时受到的安培力等于重力，则线圈匀速进入，感应电流恒定，由qIt可知，通过线圈横截面的电荷量均匀增大，线圈离开时由楞次定律可知，感应电流方向改变，通过的电荷量均匀减小，A项可能；由于线圈通过磁场时，线圈的宽度与磁场的宽度相等，故始终是一条边做切割磁感线运动，且速度不可能减小到零，所以线圈通过磁场的过程中不可能出现感应电流为零的情况，故B项错误；由于线圈进入磁场时重力也可能大于安培力，因此继续做加速运动，但速度增大安培力也增大，则加速度减小，当安培力增大到等于重力时，加速度变为零，故C项可能；如果线圈刚进入磁场时安培力就大于重力，则线圈做减速运动，速度减小则安培力减小，最后可能达到平衡，速度不变，动能不变，故D项可能。答案ACD线圈“坠落”进入磁场时，要正确分析受力，特别是安培力与其他力的比较，像本题中，线圈进入磁场，可能做匀速运动，也可能加速，甚至减速，所以此类问题往往伴随多解。针对涉及多个物理量的电磁感应图像综合问题优先选择排除法以便快捷解题。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
