2018年高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題9.3 電磁感應(yīng)中的電路與圖象問(wèn)題教學(xué)案

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1、專題9.3 電磁感應(yīng)中的電路與圖象問(wèn)題1對(duì)電磁感應(yīng)中電源的理解 2解決電磁感應(yīng)電路問(wèn)題的基本步驟 一、電磁感應(yīng)與電路1對(duì)電源的理解：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源如：切割磁感線的導(dǎo)體棒、內(nèi)有磁通量變化的線圈等 2對(duì)電路的理解：內(nèi)電路是切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線圈；除電源外其余部分是外電路，外電路由電阻、電容等電學(xué)元件組成在外電路中，電流從高電勢(shì)處流向低電勢(shì)處；在內(nèi)電路中，電流則從低電勢(shì)處流向高電勢(shì)處3與電路相聯(lián)系的幾個(gè)公式(1)電源電動(dòng)勢(shì)：En_或EBlv.(2)閉合電路歐姆定律：I.電源的內(nèi)電壓：U內(nèi)Ir.電源的路端電壓：U外IREIr.(3)功率：P外IU

2、，P總EI，P內(nèi)I2r(4)電熱：QI2Rt二、電磁感應(yīng)與圖象1圖象類型電磁感應(yīng)中主要涉及的圖象有Bt圖象、t圖象、Et圖象和It圖象還常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E和感應(yīng)電流I隨線圈位移x變化的圖象，即Ex圖象和Ix圖象2應(yīng)用知識(shí)(1)四個(gè)規(guī)律：左手定則、安培定則、右手定則、楞次定律(2)應(yīng)用公式：平均電動(dòng)勢(shì)En平動(dòng)切割電動(dòng)勢(shì)EBlv轉(zhuǎn)動(dòng)切割電動(dòng)勢(shì)EBl2閉合電路的歐姆定律I安培力FBIl牛頓運(yùn)動(dòng)定律的相關(guān)公式等3基本方法(1)明確圖象的種類，是Bt圖象還是t圖象，或者Et圖象、It圖象等(2)分析電磁感應(yīng)的具體過(guò)程(3)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等規(guī)律列出函數(shù)方程(4)根據(jù)函數(shù)方程

3、進(jìn)行數(shù)學(xué)分析如斜率及其變化、兩軸的截距、圖線與坐標(biāo)軸所圍圖形的面積等代表的物理意義(5)畫圖象或判斷圖象高頻考點(diǎn)一電磁感應(yīng)與電路 1對(duì)電磁感應(yīng)中電源的理解 (1)電源的正、負(fù)極可用右手定則或楞次定律判定，要特別注意在內(nèi)電路中電流由負(fù)極到正極(2)電磁感應(yīng)電路中的電源與恒定電流的電路中的電源不同，前者是由于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的，公式為EBlv，其大小可能變化，變化情況可根據(jù)其運(yùn)動(dòng)情況判斷；而后者的電源電動(dòng)勢(shì)在電路分析中認(rèn)為是不變的(3)在電磁感應(yīng)電路中，相當(dāng)于電源的導(dǎo)體(或線圈)兩端的電壓與恒定電流的電路中電源兩端的電壓一樣，等于路端電壓，而不等于電動(dòng)勢(shì)(除非切割磁感線的導(dǎo)體或線圈電阻為零)2解

4、決電磁感應(yīng)電路問(wèn)題的基本步驟(1)確定電源及正、負(fù)極，并利用EBlv或E求出電源電動(dòng)勢(shì)當(dāng)電路中有兩棒切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)時(shí)，將它們求和(同向時(shí))或求差(反向時(shí))；(2)分析電路結(jié)構(gòu)，畫出等效電路圖；(3)利用閉合電路歐姆定律與串、并聯(lián)電路的規(guī)律求電流、電壓、電功率、焦耳熱、感應(yīng)電荷量等例1、(多選)如圖所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、不可形變的正方形導(dǎo)線框內(nèi)有半徑為r的圓形磁場(chǎng)區(qū)域，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系為Bkt(常量k0)回路中滑動(dòng)變阻器R的最大阻值為R0.滑動(dòng)片P位于滑動(dòng)變阻器中央，定值電阻R1R0、R2.閉合開(kāi)關(guān)S，電壓表的示數(shù)為U，不考慮虛線MN右側(cè)導(dǎo)體的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，則()AR2兩端的電壓為

5、B電容器的a極板帶正電C滑動(dòng)變阻器R的熱功率為電阻R2的5倍D正方形導(dǎo)線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為kL2【答案】AC【方法技巧】解決電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題三步曲1確定電源：切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)體或回路就相當(dāng)于電源，利用En或EBlvsin 求感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，利用右手定則或楞次定律判斷電流方向2分析電路結(jié)構(gòu)(內(nèi)、外電路及外電路的串、并聯(lián)關(guān)系)，畫出等效電路圖3利用電路規(guī)律求解主要應(yīng)用歐姆定律及串、并聯(lián)電路的基本性質(zhì)等列方程求解【變式探究】如圖甲所示，面積為0.1 m2的10匝線圈EFG處在某磁場(chǎng)中，t0時(shí)，磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的規(guī)律如

6、圖乙所示已知線圈與右側(cè)電路接觸良好，電路中的電阻R4 ，電容C10 F，線圈EFG的電阻為1 ，其余部分電阻不計(jì)則當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合，電路穩(wěn)定后，在t0.1 s至t0.2 s這段時(shí)間內(nèi)()A電容器所帶的電荷量為8105 CB通過(guò)R的電流是2.5 A，方向從b到a C通過(guò)R的電流是2 A，方向從b到a DR消耗的電功率是0.16 W【答案】A【舉一反三】(多選)如圖所示，M1N1與M2N2是位于同一水平面內(nèi)的兩條平行金屬導(dǎo)軌，一個(gè)半徑為L(zhǎng)的半圓形硬導(dǎo)體ef和金屬桿ab均與導(dǎo)軌垂直且可在導(dǎo)軌上無(wú)摩擦滑動(dòng)，金屬桿ab上有一電壓表(其電阻為R0)，半圓形硬導(dǎo)體ef的電阻為r，其余電阻不計(jì)，則下列說(shuō)法正確的是

7、()A若ab固定、ef以速度v滑動(dòng)時(shí)，電壓表讀數(shù)為B若ab固定、ef以速度v滑動(dòng)時(shí)，ef兩點(diǎn)間的電壓為C當(dāng)ab、ef以相同的速度v同向滑動(dòng)時(shí)，電壓表讀數(shù)為零D當(dāng)ab、ef以大小相同的速度v反向滑動(dòng)時(shí)，電壓表讀數(shù)為【答案】BC高頻考點(diǎn)二電磁感應(yīng)與圖象 1圖象問(wèn)題的求解類型2解決圖象問(wèn)題的一般步驟 (1)明確圖象的種類，即是B t圖象還是 t圖象，或者是E t圖象、It圖象等；(2)分析電磁感應(yīng)的具體過(guò)程；(3)用右手定則或楞次定律確定方向?qū)?yīng)關(guān)系；(4)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等規(guī)律寫出函數(shù)關(guān)系式；(5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系式，進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，如分析斜率的變化、截距等；(6)畫出圖象

8、或判斷圖象例2、如圖所示，一直角三角形金屬框，向左勻速地穿過(guò)一個(gè)方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)僅限于虛線邊界所圍的區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域的形狀與金屬框完全相同，且金屬框的下邊與磁場(chǎng)區(qū)域的下邊在一條直線上若取順時(shí)針電流方向?yàn)楦袘?yīng)電流的正方向，從金屬框左邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)開(kāi)始計(jì)時(shí)，則金屬框穿過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中的感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖象是下列選項(xiàng)中的() 【答案】C【方法技巧】電磁感應(yīng)中圖象類選擇題的兩個(gè)常見(jiàn)解法 (1)排除法：定性地分析電磁感應(yīng)過(guò)程中物理量的變化趨勢(shì)(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化)，特別是物理量的正負(fù)，排除錯(cuò)誤的選項(xiàng)沒(méi)有表示方向的正負(fù)時(shí)，優(yōu)先判斷方向有時(shí)會(huì)產(chǎn)生意想不到的效果(2

9、)函數(shù)法：根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個(gè)物理量之間的函數(shù)關(guān)系，然后由函數(shù)關(guān)系對(duì)圖象作出分析和判斷，這未必是最簡(jiǎn)捷的方法，但卻是最有效的方法【變式探究】(多選)如圖甲所示，正六邊形導(dǎo)線框abcdef放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中靜止不動(dòng)，磁場(chǎng)方向與線框平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示t0時(shí)刻，磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向垂直紙面向里，設(shè)產(chǎn)生的感應(yīng)電流以順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?、豎直邊cd所受安培力的方向以水平向左為正則下面關(guān)于感應(yīng)電流i和cd邊所受安培力F隨時(shí)間t變化的圖象正確的是()【答案】AC【舉一反三】(多選)空間存在一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)區(qū)域橫截面為等腰直角三角形，底邊水平，其斜邊長(zhǎng)度為L(zhǎng).一正方

10、形導(dǎo)體框abcd邊長(zhǎng)也為L(zhǎng)，開(kāi)始正方形導(dǎo)體框的ab邊與磁場(chǎng)區(qū)域截面的斜邊剛好重合，如圖所示由圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，正方形導(dǎo)體框以平行于bc邊的速度v勻速穿越磁場(chǎng)若導(dǎo)體框中的感應(yīng)電流為i，a、b兩點(diǎn)間的電壓為Uab，感應(yīng)電流取逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎瑒t導(dǎo)體框穿越磁場(chǎng)的過(guò)程中，i、Uab隨時(shí)間的變化規(guī)律正確的是() 【答案】AC高頻考點(diǎn)三、數(shù)形結(jié)合”分析電磁感應(yīng)中圖象問(wèn)題1方法概述：“數(shù)形結(jié)合”指根據(jù)函數(shù)解析式作出圖象，或利用圖象得出函數(shù)解析式的一種數(shù)學(xué)方法，在解決物理問(wèn)題中也經(jīng)常使用2利用“數(shù)形結(jié)合”分析電磁感應(yīng)中圖象問(wèn)題時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意以下問(wèn)題：(1)公式選擇：一般選用EBlv或En的瞬時(shí)值表達(dá)式(即t0時(shí)的

11、平均電動(dòng)勢(shì))(2)準(zhǔn)確寫出每一個(gè)時(shí)刻(或位置)的磁通量變化率、導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長(zhǎng)度、回路總電阻等物理量隨時(shí)間變化的函數(shù)表達(dá)式(3)正確分析解析式中變量和不變量的函數(shù)關(guān)系例3、如圖，在水平面(紙面)內(nèi)有三根相同的均勻金屬棒ab、ac和MN，其中ab、ac在a點(diǎn)接觸，構(gòu)成“V”字型導(dǎo)軌空間存在垂直于紙面的均勻磁場(chǎng)用力使MN向右勻速運(yùn)動(dòng)，從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，運(yùn)動(dòng)中MN始終與bac的平分線垂直且和導(dǎo)軌保持良好接觸下列關(guān)于回路中電流i與時(shí)間t的關(guān)系圖線，可能正確的是() 【答案】A【方法技巧】電磁感應(yīng)圖象問(wèn)題中數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用 涉及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或感應(yīng)電流的大小的討論時(shí)，最好不要憑感覺(jué)判斷，一定要列出函

12、數(shù)表達(dá)式，根據(jù)對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流大小有影響的量的變化進(jìn)行分析、討論【變式探究】邊長(zhǎng)為a的閉合金屬正三角形框架，左邊豎直且磁場(chǎng)右邊界平行，完全處于垂直框架平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中現(xiàn)把框架勻速水平向右拉出磁場(chǎng)，如圖所示，則下列圖象與這一過(guò)程相符合的是()【答案】B1【2016四川卷】如圖1所示，電阻不計(jì)、間距為l的光滑平行金屬導(dǎo)軌水平放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，導(dǎo)軌左端接一定值電阻R.質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上，受到垂直于金屬棒的水平外力F的作用由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，外力F與金屬棒速度v的關(guān)系是FF0kv(F0、k是常量)，金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好金屬棒中感應(yīng)電流

13、為i，受到的安培力大小為FA，電阻R兩端的電壓為UR，感應(yīng)電流的功率為P，它們隨時(shí)間t變化圖像可能正確的有()圖1圖1(1)若k，F(xiàn)合F0，即a，金屬棒水平向右做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，有vat，說(shuō)明vt，即It，F(xiàn)At，URt，Pt2，所以在此情況下沒(méi)有選項(xiàng)符合；(2)若k，F(xiàn)合隨v增大而增大，即a隨v增大而增大，說(shuō)明金屬棒在做加速度增大的加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)四個(gè)物理量與速度的關(guān)系可知B選項(xiàng)符合；(3)若k，F(xiàn)合隨v增大而減小，即a隨v增大而減小，說(shuō)明金屬棒在做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，直到加速度減小為0后金屬棒做勻速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)四個(gè)物理量與速度關(guān)系可知C選項(xiàng)符合；綜上所述，B、C選項(xiàng)符合題意1(2015山

14、東理綜19)如圖2甲，R0為定值電阻，兩金屬圓環(huán)固定在同一絕緣平面內(nèi)左端連接在一周期為T0的正弦交流電源上，經(jīng)二極管整流后，通過(guò)R0的電流i始終向左，其大小按圖乙所示規(guī)律變化規(guī)定內(nèi)圓環(huán)a端電勢(shì)高于b端時(shí)，a、b間的電壓uab為正，下列uabt圖象可能正確的是()圖2答案C2(2014新課標(biāo)全國(guó)18)如圖1(a)，線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上在ab線圈中通以變化的電流，用示波器測(cè)得線圈cd間電壓如圖(b)所示已知線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)與流經(jīng)線圈的電流成正比，則下列描述線圈ab中電流隨時(shí)間變化關(guān)系的圖中，可能正確的是()圖1答案C解析由題圖(b)可知在cd間不同時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的電壓是恒定的，所以在該時(shí)間段

15、內(nèi)線圈ab中的磁場(chǎng)是均勻變化的，則線圈ab中的電流是均勻變化的，故選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確3(2013新課標(biāo)全國(guó)17)如圖3，在水平面(紙面)內(nèi)有三根相同的均勻金屬棒ab、ac和MN，其中ab、ac在a點(diǎn)接觸，構(gòu)成“V”字型導(dǎo)軌空間存在垂直于紙面的均勻磁場(chǎng)用力使MN向右勻速運(yùn)動(dòng)，從圖示位置開(kāi)始計(jì)時(shí)，運(yùn)動(dòng)中MN始終與bac的平分線垂直且和導(dǎo)軌保持良好接觸下列關(guān)于回路中電流i與時(shí)間t的關(guān)系圖線，可能正確的是()圖3答案A4 (2013新課標(biāo)全國(guó)16)如圖4，在光滑水平桌面上有一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、電阻為R的正方形導(dǎo)線框；在導(dǎo)線框右側(cè)有一寬度為d(dL)的條形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)的邊界與導(dǎo)線框的一邊平行，

16、磁場(chǎng)方向豎直向下導(dǎo)線框以某一初速度向右運(yùn)動(dòng)，t0時(shí)導(dǎo)線框的右邊恰與磁場(chǎng)的左邊界重合，隨后導(dǎo)線框進(jìn)入并通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域下列vt圖象中，可能正確描述上述過(guò)程的是()圖4答案D5(2013山東理綜18)將一段導(dǎo)線繞成圖13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，能正確反映F隨時(shí)間t變化的圖象是()圖13答案B解析0時(shí)間內(nèi)，回路中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较?、大小不變的感?yīng)電流，根據(jù)左手定則可以判定ab邊所受安培力向左.T時(shí)間內(nèi)，

17、回路中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较?、大小不變的感?yīng)電流，根據(jù)左手定則可以判定ab邊所受安培力向右，故B正確1(多選)如圖11所示，在直角坐標(biāo)系xOy中，有邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形金屬線框abcd，其一條對(duì)角線ac和y軸重合、頂點(diǎn)a位于坐標(biāo)原點(diǎn)O處在y軸右側(cè)的一、四象限內(nèi)有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的上邊界與線框的ab邊剛好重合，左邊界與y軸重合，右邊界與y軸平行t0時(shí)刻，線框以恒定的速度v沿垂直于磁場(chǎng)上邊界的方向穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域取沿abcda方向的感應(yīng)電流為正方向，則在線框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中，感應(yīng)電流I、ab間的電勢(shì)差Uab隨時(shí)間t變化的圖線是下圖中的()圖11答案AD3如圖1，一有界區(qū)域內(nèi)，存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小

18、均為B，方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)寬度均為L(zhǎng)，現(xiàn)有一邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線框abcd，在外力作用下，保持ac垂直磁場(chǎng)邊緣，并以沿x軸正方向的某一速度水平勻速地通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域，若以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏髡较?，下圖中能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的圖象是()圖1答案D4如圖4所示，xOy平面內(nèi)有一半徑為R的圓形區(qū)域，區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，左半圓磁場(chǎng)方向垂直于xOy平面向里，右半圓磁場(chǎng)方向垂直于xOy平面向外一平行于y軸的長(zhǎng)導(dǎo)體棒ab以速度v沿x軸正方向做勻速運(yùn)動(dòng)，則導(dǎo)體棒ab兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E(取ab為電動(dòng)勢(shì)的正方向)與導(dǎo)體棒位置x關(guān)系的圖象是()圖4答案A- 18 -