届高三物理大一轮复习专题8电磁感应中的电路和图象问题.ppt

单击此处编辑母版文本样式,一、电磁感应中的电路问题,1,电磁感应中电路知识的关系图,2,电磁感应中电路问题的题型特点,闭合电路中磁通量发生变化或有部分导体做切割磁感线运动，在回路中将产生感应电动势和感应电流从而考题中常涉及电流、电压、电功等的计算，也可能涉及电磁感应与力学、电磁感应与能量的综合分析,3,分析电磁感应电路问题的基本思路,【典例1】,(2013广东卷，36),如图1(a)所示，在垂直于匀强磁场,B,的平面内，半径为,r,的金属圆盘绕过圆心,O,的轴转动，圆心,O,和边缘,K,通过电刷与一个电路连接，电路中的,P,是加上一定正向电压才能导通的电子元件，流过电流表的电流,I,与圆盘角速度,的关系如图(b)所示，其中,ab,段和,bc,段均为直线，且,ab,段过坐标原点，,0代表圆盘逆时针转动已知：,R,3.0，,B,1.0 T，,r,0.2 m忽略圆盘、电流表和导线的电阻,图1,(1)根据图(b)写出,ab,、,bc,段对应的,I,与,的关系式；,(2)求出图(b)中,b,、,c,两点对应的,P,两端的电压,U,b,、,U,c,；,(3)分别求出,ab,、,bc,流过,P,的电流,I,P,与其两端电压,U,P,的关系式,审题指导,审题图，抓转化,(1)审图(b),(2)审图(a),答案,见解析,反思总结,电磁感应电路的几个等效问题,即学即练1,粗细均匀的电阻丝围成图2所示的线框，置于正方形有界匀强磁场中，磁感强度为B，方向垂直于线框平面，图中,ab,bc,2,cd,2,de,2,ef,2,fa,2,L,.现使线框以同样大小的速度,v,匀速沿四个不同方向平动进入磁场，并且速度方向始终与线框先进入磁场的那条边垂直，则线框在通过如图所示位置时，下列说法中正确的是 (),A,ab,两点间的电势差图,中最大,B,ab,两点间的电势差图,中最大,C回路电流图,中最大,D回路电流图,中最小,图2,答案,A,二、电磁感应中的图象问题,1,图象类型,电磁感应中主要涉及的图象有,B,t,图象、,t,图象、,E,t,图象和,I,t,图象还常涉及感应电动势,E,和感应电流,I,随线圈位移,x,变化的图象，即,E,x,图象和,I,x,图象,2,常见题型,图象的选择、图象的描绘、图象的转换、图象的应用,3,所用规律,一般包括：左手定则、安培定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等,4,分析步骤,(1)明确图象的种类；,(2)分析电磁感应的具体过程；,(3)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数方程；,(4)根据函数方程进行数学分析，例如分析斜率的变化、截距等；,(5)画图象或判断图象,题型一图象的选择,问题类型,由给定的电磁感应过程选出正确的图象,解题关键,根据题意分析相关物理量的函数关系、分析物理过程中的转折点、明确,“,、,”,号的含义，结合数学知识做正确的判断,【典例2】,(2013全国新课标卷，17),如图3，在水平面(纸面)内有三根相同的均匀金属棒,ab,、,ac,和,MN,，其中,ab,、,ac,在,a,点接触，构成“V”字型导轨空间存在垂直于纸面的均匀磁场用力使,MN,向右匀速运动，从图示位置开始计时，运动中,MN,始终与,bac,的平分线垂直且和导轨保持良好接触下列关于回路中电流,i,与时间,t,的关系图线，可能正确的是(),图,3,答案,A,即学即练2,如图4所示，垂直纸面向里的匀强磁场的区域宽度为2,a,，磁感应强度的大小为,B,.一边长为,a,、电阻为4,R,的正方形均匀导线框,ABCD,从图示位置开始沿水平向右方向以速度,v,匀速穿过磁场区域，在图中线框,A,、,B,两端电压,U,AB,与线框移动距离,x,的关系图象正确的是(),图,4,解析,进入磁场时，注意,U,AB,是路端电压，大小应该是电动势的四分之三，此时,E,Ba,v,，所以,U,AB,3,Ba,v,/4；完全进入后，没有感应电流，但有感应电动势，大小为,Ba,v,，穿出磁场时电压大小应该是电动势的四分之一，,U,AB,Ba,v,/4，方向始终是相同，即,A,B,.,答案,D,题型二图象的转换,问题,类型,由一种电磁感应的图象分析求解出对应的另一种电磁感应图象的问题,解题,关键,(1)要明确已知图象表示的物理规律和物理过程；(2)根据所求的图象和已知图象的联系，对另一图象做出正确的判断进行图象间的转换,【典例3】,(2013山东卷，18),将一段导线绕成图5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，能正确反应,F,随时间,t,变化的图象是(),图5,答案,B,即学即练3,如图6甲所示，正六边形导线框,abcdef,放在匀强磁场中静止不动，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度,B,随时间,t,的变化关系如图乙所示,t,0时刻，磁感应强度,B,的方向垂直纸面向里，设产生的感应电流以顺时针方向为正、竖直边,cd,所受安培力的方向以水平向左为正则下面关于感应电流,i,和,cd,边所受安培力,F,随时间,t,变化的图象正确的是(),图6,解析,02 s时间内，负方向的磁场在减弱，产生正方向的恒定电流，,cd,边受安培力向右且减小.2 s3 s时间内，电流仍是正方向，且大小不变，此过程,cd,边受安培力向左且增大.3 s6 s时间内，电流沿负方向，大小不变，,cd,边受安培力先向右后变为向左，故选A、C.,答案,AC,题型三图象的应用,问题类型,由电磁感应图象得出的物理量和规律分析求解动力学、电路等问题,解题关键,从图象上读取有关信息是求解本题的关键，图象是数理综合的一个重要的窗口，在运用图象解决物理问题时，第一个关键是破译，即解读图象中的关键信息(尤其是过程信息)，另一个关键是转换，即有效地实现物理信息和数学信息的相互转换.,【典例4】,水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置，间距为,L,，一端通过导线与阻值为,R,的电阻连接；导轨上放一质量为,m,的金属杆(见图7甲)，金属杆与导轨的电阻忽略不计；磁场竖直向下用与导轨平行的恒定拉力,F,作用在金属杆上，杆最终将做匀速运动当改变拉力的大小时，相对应的匀速运动速度,v,也会变化，,v,与,F,的关系如图乙(取重力加速度,g,10 m/s,2,),图7,(1)金属杆在匀速运动之前做什么运动？,(2)若,m,0.5 kg，,L,0.5 m，,R,0.5，磁感应强度,B,为多大？,(3)由,v,F,图线的截距可求得什么物理量？其值为多少？,答案,(1)变加速运动(2)1 T(3)见解析,反思总结,(1)定性分析物理图象,要明确图象坐标轴的意义；借助有关的物理概念、公式、定理和定律做出分析判断,(2)定量计算,弄清图象所揭示的物理规律或物理量间的函数关系；挖掘图象中的隐含条件，明确有关图线所包围的面积、图线的斜率(或其绝对值)、截距所表示的物理意义,即学即练4,如图8甲所示，垂直纸面向里的有界匀强磁场的磁感应强度,B,1.0 T，质量,m,0.04 kg、高,h,0.05 m、总电阻,R,5、,n,100匝的矩形线圈竖直固定在质量,M,0.08 kg的小车上，小车与线圈的水平长度,l,相等线圈和小车一起沿光滑水平面运动，并以初速度,v,1,10 m/s进入磁场，线圈平面和磁场方向始终垂直若小车运动的速度,v,随位移,x,变化的,v,x,图象如图乙所示，则根据以上信息可知(),图8,A小车的水平长度,l,15 cm,B磁场的宽度,d,35 cm,C小车的位移,x,10 cm时线圈中的电流,I,7 A,D线圈通过磁场的过程中线圈产生的热量,Q,1.92 J,解析,从,x,5 cm开始，线圈进入磁场，线圈中有感应电流，在安培力作用下小车做减速运动，速度,v,随位移,x,的增大而减小；当,x,15 cm时，线圈完全进入磁场，小车做匀速运动小车的水平长度,l,10 cm，A项错；当,x,30 cm时，线圈开始离开磁场，则,d,30 cm5 cm25 cm，B项错；,答案,C,即学即练5,如图9甲所示，空间存在一宽度为2,L,的有界匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里在光滑绝缘水平面内有一边长为,L,的正方形金属线框，其质量,m,1 kg、电阻,R,4，在水平向左的外力,F,作用下，以初速度,v,0,4 m/s匀减速进入磁场，线框平面与磁场垂直，外力,F,大小随时间,t,变化的图线如图乙所示以线框右边刚进入磁场时开始计时,图9,(1)求匀强磁场的磁感应强度,B,；,(2)求线框进入磁场的过程中，通过线框的电荷量,q,；,(3)判断线框能否从右侧离开磁场？说明理由,附：对应高考题组,1,(2011海南单科，6),如图，,EOF,和,E,O,F,为空间一匀强磁场的边界，其中,EO,E,O,，,FO,F,O,，且,EO,OF,；,OO,为,EOF,的角平分线，,OO,间的距离为,l,；磁场方向垂直于纸面向里一边长为,l,的正方形导线框沿,O,O,方向匀速通过磁场，,t,0时刻恰好位于图示位置规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正，则感应电流,i,与时间,t,的关系图线可能正确的是 (),答案,B,2,(2011重庆理综，23),有人设计了一种可测速的跑步机，测速原理如图所示该机底面固定有间距为,L,、长度为,d,的平行金属电极电极间充满磁感应强度为,B,、方向垂直纸面向里的匀强磁场，且接有电压表和电阻,R,.绝缘橡胶带上镀有间距为,d,的平行细金属条，磁场中始终仅有一根金属条，且与电极接触良好，不计金属电阻若橡胶带匀速运动时，电压表读数为,U,，求：,(1)橡胶带匀速运动的速率；,(2)电阻,R,消耗的电功率；,(3)一根金属条每次经过磁场区域克服安培力做的功,3,(2012福建卷，18),如图所示，一圆形闭合铜环由高处从静止开始下落，穿过一根竖直悬挂的条形磁铁，铜环的中心轴线与条形磁铁的中轴线始终保持重合若取磁铁中心,O,为坐标原点，建立竖直向下为正方向的,x,轴，则下图中最能正确反映环中感应电流,i,随环心位置坐标,x,变化的关系图象是(),解析,闭合铜环在下落过程中穿过铜环的磁场方向始终向上，磁通量先增加后减少，由楞次定律可判断感应电流的方向要发生变化，D项错误；因穿过闭合铜环的磁通量的变化率不是均匀变化，所以感应电流随,x,的变化关系不可能是线性关系，A项错误；铜环由静止开始下落，速度较小，所以穿过铜环的磁通量的变化率较小，产生的感应电流的最大值较小，过,O,点后，铜环的速度增大，磁通量的变化率较大，所以感应电流的反向最大值大于正向最大值，故B项正确，C项错误,答案,B,4,(2012重庆理综，21),如图所示，正方形区域,MNPQ,内有垂直纸面向里的匀强磁场在外力作用下，一正方形闭合刚性导线框沿,QN,方向匀速运动，,t,0时刻，其四个顶点,M,、,N,、,P,、,Q,恰好在磁场边界中点下列图象中能反映线框所受安培力,F,的大小随时间,t,变化规律的是(),答案,B,