【步步高】2020年高考物理大一輪 第九章 專題9 電磁感應(yīng)中的電路和圖象問題 新人教版選修3-2（通用）

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1、專題9電磁感應(yīng)中的電路和圖象問題 導(dǎo)學(xué)目標(biāo) 1.能認(rèn)識(shí)電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電路結(jié)構(gòu)，并能計(jì)算電動(dòng)勢(shì)、電壓、電流、電功等.2.能由給定的電磁感應(yīng)過程判斷或畫出正確的圖象或由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量考點(diǎn)一電磁感應(yīng)中的電路問題考點(diǎn)解讀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)體就是電源如：切割磁感線的導(dǎo)體棒、內(nèi)有磁通量變化的線圈等這種電源將其他形式能轉(zhuǎn)化為電能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，外電路由電阻、電容等電學(xué)元件組成3問題分類(1)確定等效電源的正負(fù)極、感應(yīng)電流的方向、電勢(shì)高低、電容器極板帶電性質(zhì)等問題(2)根據(jù)閉合電路求解電

2、路中的總電阻、路端電壓、電功率等問題(3)根據(jù)電磁感應(yīng)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)求解電路中通過的電荷量：n，qt.特別提醒1.判斷感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向，都是利用“相當(dāng)于電源”的部分根據(jù)右手定則或楞次定律判定的實(shí)際問題中應(yīng)注意外電路電流由高電勢(shì)流向低電勢(shì)，而內(nèi)電路則相反2在閉合電路中，“相當(dāng)于電源”的導(dǎo)體兩端的電壓與真實(shí)的電源兩端的電壓一樣，等于路端電壓，而不等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)典例剖析例1如圖1(a)所示，水平放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌，間距L0.3 m，導(dǎo)軌左端連接R0.6 的電阻，區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面B0.6 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)區(qū)域?qū)扗0.2 m細(xì)金屬棒A1和A2用長(zhǎng)為2D0.4 m的輕質(zhì)絕

3、緣桿連接，放置在導(dǎo)軌平面上，并與導(dǎo)軌垂直，每根金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻均為r0.3 .導(dǎo)軌電阻不計(jì)使金屬棒以恒定速度v1.0 m/s沿導(dǎo)軌向右穿越磁場(chǎng)計(jì)算從金屬棒A1進(jìn)入磁場(chǎng)(t0)到A2離開磁場(chǎng)的時(shí)間內(nèi)，不同時(shí)間段通過電阻R的電流強(qiáng)度，并在圖(b)中畫出圖1思維突破解決電磁感應(yīng)中的電路問題三步曲：(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

4、性質(zhì)等列方程求解圖2跟蹤訓(xùn)練1如圖2所示，用質(zhì)量為m、電阻為R的均勻?qū)Ь€做成邊長(zhǎng)為l的單匝正方形線框MNPQ，線框每一邊的電阻都相等將線框置于光滑絕緣的水平面上在線框的右側(cè)存在豎直方向的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)邊界間的距離為2l，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在垂直MN邊的水平拉力作用下，線框以垂直磁場(chǎng)邊界的速度v勻速穿過磁場(chǎng)在運(yùn)動(dòng)過程中線框平面水平，且MN邊與磁場(chǎng)的邊界平行求：(1)線框MN邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，線框中感應(yīng)電流的大?。?2)線框MN邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，M、N兩點(diǎn)間的電壓UMN；(3)在線框從MN邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)到PQ邊剛穿出磁場(chǎng)的過程中，水平拉力對(duì)線框所做的功W.考點(diǎn)二電磁感應(yīng)中的圖象問題考點(diǎn)解讀1問題概括圖

5、象類型(1)隨時(shí)間變化的圖象如Bt圖象、t圖象、Et圖象和it圖象(2)隨位移x變化的圖象如Ex圖象和ix圖象問題類型(1)由給定的電磁感應(yīng)過程判斷或畫出正確的圖象(畫圖象)(2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量(用圖象)應(yīng)用知識(shí)左手定則、安培定則、右手定則、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、函數(shù)圖象知識(shí)等2.思路導(dǎo)圖3分析方法對(duì)圖象的分析，應(yīng)做到“四明確一理解”：(1)明確圖象所描述的物理意義；明確各種“”、“”的含義；明確斜率的含義；明確圖象和電磁感應(yīng)過程之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系(2)理解三個(gè)相似關(guān)系及其各自的物理意義：vv，BB，.典例剖析1導(dǎo)線框切割磁感線例

6、2(2020海南單科6)如圖3，EOF和EOF為空間一勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界，其中EOEO，F(xiàn)OFO，且EOOF；OO為EOF的角平分線，OO間的距離為l；磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里一邊長(zhǎng)為l的正方形導(dǎo)線框沿OO方向勻速通過磁場(chǎng)，t0時(shí)刻恰好位于圖示位置規(guī)定導(dǎo)線框中感應(yīng)電流沿逆時(shí)針方向時(shí)為正，則感應(yīng)電流i與時(shí)間t的關(guān)系圖線可能正確的是()圖3思維突破解題時(shí)一定要分析清楚運(yùn)動(dòng)過程，找出切割磁感線的有效長(zhǎng)度，要有全局觀，同時(shí)搞清切割磁感線的有幾部分導(dǎo)體注意每段導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向利用感應(yīng)電流方向和it圖象里的面積表示電荷量進(jìn)行選項(xiàng)排除是較便利的方法2綜合類圖象問題例3如圖4甲所示，光滑平行金屬導(dǎo)軌MN、P

7、Q所在平面與水平面成角，M、P兩端接一阻值為R的定值電阻，阻值為r的金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放置，其他部分電阻不計(jì)整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向上t0時(shí)對(duì)金屬棒施加一平行于導(dǎo)軌的外力F，金屬棒由靜止開始沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)，通過R的感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖乙所示下列關(guān)于穿過回路abPMa的磁通量和磁通量的瞬時(shí)變化率以及a、b兩端的電勢(shì)差Uab和通過金屬棒的電荷量q隨時(shí)間t變化的圖象中，正確的是 ()甲乙圖4思維突破解決圖象問題的一般步驟：(1)明確圖象的種類，即是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)的具體過程(3)用右手定則或楞次定律確定方

8、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)畫圖象或判斷圖象圖5跟蹤訓(xùn)練2如圖5所示，邊長(zhǎng)為L(zhǎng)、總電阻為R的正方形線框abcd放置在光滑水平桌面上，其bc邊緊靠磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、寬度為2L、方向豎直向下的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊緣現(xiàn)使線框以初速度v0勻加速通過磁場(chǎng)，下列圖線中能定性反映線框從開始進(jìn)入到完全離開磁場(chǎng)的過程中，線框中的感應(yīng)電流(以逆時(shí)針方向?yàn)檎?的變化的是 ()11.電磁感應(yīng)中圖象與電路綜合問題例4如圖6甲所示，水平面上的兩光滑金屬導(dǎo)軌平行固定放置，間距d0.5 m，電阻不計(jì)，左端通過導(dǎo)線

9、與阻值R2 的電阻連接，右端通過導(dǎo)線與阻值RL4 的小燈泡L連接在CDFE矩形區(qū)域內(nèi)有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，CE長(zhǎng)l2 m，有一阻值r2 的金屬棒PQ放置在靠近磁場(chǎng)邊界CD處CDFE區(qū)域內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化規(guī)律如圖乙所示在t0至t4 s內(nèi)，金屬棒PQ保持靜止，在t4 s時(shí)使金屬棒PQ以某一速度進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域并保持勻速運(yùn)動(dòng)已知從t0開始到金屬棒運(yùn)動(dòng)到磁場(chǎng)邊界EF處的整個(gè)過程中，小燈泡的亮度沒有發(fā)生變化求：圖6(1)通過小燈泡的電流；(2)金屬棒PQ在磁場(chǎng)區(qū)域中運(yùn)動(dòng)的速度大小規(guī)范做答綜合性計(jì)算題規(guī)范化解題，就是解題要按一定的格式進(jìn)行，圖文并茂、書寫整潔、來(lái)龍去脈交待清楚、結(jié)論明確一般來(lái)說，高

10、考物理的參考答案和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)就是解題規(guī)范化的量化依 據(jù)此外，解題時(shí)盡量分步求解，中間量也盡量計(jì)算求出結(jié)果具體地說，應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行規(guī)范：(1)根據(jù)題意畫出描述物理情景或過程的示意圖(2)寫出必要且簡(jiǎn)潔的文字說明例如“哪個(gè)對(duì)象”、“哪個(gè)過程”、“哪個(gè)時(shí)刻”、“哪個(gè)定律”等等(3)物理方程書寫要規(guī)范要先寫方程的原始式(4)演算過程要規(guī)范先寫出表達(dá)式，再統(tǒng)一單位后進(jìn)行計(jì)算(5)使用各種物理符號(hào)要規(guī)范(6)題目答案要規(guī)范表達(dá)例如答案中不能有未知量；要有物理量的單位；有的要用科學(xué)計(jì)數(shù)法表達(dá)等等圖7跟蹤訓(xùn)練3光滑平行的金屬導(dǎo)軌MN和PQ，間距L1.0 m，與水平面之間的夾角30，勻強(qiáng)磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B2.

11、0 T，垂直于導(dǎo)軌平面向上，MP間接有阻值R2.0 的電阻，其它電阻不計(jì)，質(zhì)量m2.0 kg的金屬桿ab垂直導(dǎo)軌放置，如圖7所示用恒力F沿導(dǎo)軌平面向上拉金屬桿ab，由靜止開始運(yùn)動(dòng)，vt圖象如圖8所示g10 m/s2，導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)求：圖8(1)恒力F的大??；(2)金屬桿速度為2.0 m/s時(shí)的加速度大?。?3)根據(jù)vt圖象估算在前0.8 s內(nèi)電阻上產(chǎn)生的熱量A組電磁感應(yīng)中的電路問題1用相同導(dǎo)線繞制的邊長(zhǎng)為l或2l的四個(gè)閉合導(dǎo)體線框a、b、c、d，以相同的速度勻速進(jìn)入右側(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖9所示在每個(gè)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中，M、N兩點(diǎn)間的電壓分別為Ua、Ub、Uc和Ud.下列判斷正確的是 ()圖9AUaU

12、bUcUd BUaUbUdUcCUaUbUcUd DUbUaUdF2，UabUcd BF1Ucd DF1F2，UabUcd二、非選擇題圖1011. 把總電阻為2R的均勻電阻絲焊接成一半徑為a的圓環(huán)，水平固定在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖10所示，一長(zhǎng)度為2a、電阻等于R、粗細(xì)均勻的金屬棒MN放圓環(huán)上，它與圓環(huán)始終保持良好的接觸當(dāng)金屬棒以恒定速度v向右移動(dòng)經(jīng)過環(huán)心O時(shí)，求：(1)棒上電流的大小和方向及棒兩端的電壓UMN；(2)圓環(huán)和金屬棒上消耗的總熱功率12在小車上豎直固定著一個(gè)高h(yuǎn)0.05 m、總電阻R10 、n100匝的閉合矩形線圈，且小車與線圈的水平長(zhǎng)度l相同現(xiàn)線圈和小車一起

13、在光滑的水平面上運(yùn)動(dòng)，速度為v11.0 m/s，隨后穿過與線圈平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1.0 T的水平有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直紙面向里，如圖11甲所示已知小車運(yùn)動(dòng)(包括線圈)的速度v隨車的位移x變化的vx圖象如圖乙所示求：圖11(1)小車的水平長(zhǎng)度l和磁場(chǎng)的寬度d；(2)小車的位移x10 cm時(shí)線圈中的電流大小I；(3)小車的位移x35 cm時(shí)線圈所受的安培力大小及方向如何？復(fù)習(xí)講義課堂探究例1見解析解析t10.2 s在0t1時(shí)間內(nèi)，A1產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1BLv0.18 V.其等效電路如圖甲所示由圖甲知，電路的總電阻R總r0.5 總電流為I0.36 A通過R的電流為IR0.12 AA1離開磁場(chǎng)(

14、t10.2 s)至A2剛好進(jìn)入磁場(chǎng)(t2)的時(shí)間內(nèi)，回路無(wú)電流，IR0，從A2進(jìn)入磁場(chǎng)(t20.4 s)至離開磁場(chǎng)t30.6 s的時(shí) 間內(nèi)，A2上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E20.18 V，其等效電路如圖乙所示由圖乙知，電路總電阻R總0.5 ，總電流I0.36 A，流過R的電流IR0.12 A，綜合以上計(jì)算結(jié)果，繪制通過R的電流與時(shí)間關(guān)系如圖所示跟蹤訓(xùn)練1(1)(2)Blv(3)例2B例3BC跟蹤訓(xùn)練2AD例4(1)0.1 A(2)1 m/s跟蹤訓(xùn)練3(1)18 N(2)2.0 m/s2(3)4.12 J分組訓(xùn)練1B2AD3A4(1)0.5 T/s(2)1.5 W(3)F(10.5t) N(4)2 m/s課進(jìn)規(guī)范訓(xùn)練1A2C3B4D5C6A7C8C9C10D11(1)，從N到M(2)12(1)10 cm25 cm(2)0.4 A(3)1 N，方向水平向左