【步步高】高考物理大一轮 第九章 专题9 电磁感应中的电路和图象问题 新人教版选修32.doc

专题9电磁感应中的电路和图象问题导学目标 1.能认识电磁感应现象中的电路结构，并能计算电动势、电压、电流、电功等.2.能由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象或由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量考点一电磁感应中的电路问题考点解读1对电源的理解：在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体就是电源如：切割磁感线的导体棒、内有磁通量变化的线圈等这种电源将其他形式能转化为电能2对电路的理解：内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈，外电路由电阻、电容等电学元件组成3问题分类(1)确定等效电源的正负极、感应电流的方向、电势高低、电容器极板带电性质等问题(2)根据闭合电路求解电路中的总电阻、路端电压、电功率等问题(3)根据电磁感应的平均感应电动势求解电路中通过的电荷量：n，qt.特别提醒1.判断感应电流和感应电动势的方向，都是利用“相当于电源”的部分根据右手定则或楞次定律判定的实际问题中应注意外电路电流由高电势流向低电势，而内电路则相反2在闭合电路中，“相当于电源”的导体两端的电压与真实的电源两端的电压一样，等于路端电压，而不等于感应电动势典例剖析例1如图1(a)所示，水平放置的两根平行金属导轨，间距l0.3 m，导轨左端连接r0.6 的电阻，区域abcd内存在垂直于导轨平面b0.6 t的匀强磁场，磁场区域宽d0.2 m细金属棒a1和a2用长为2d0.4 m的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直，每根金属棒在导轨间的电阻均为r0.3 .导轨电阻不计使金属棒以恒定速度v1.0 m/s沿导轨向右穿越磁场计算从金属棒a1进入磁场(t0)到a2离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻r的电流强度，并在图(b)中画出图1思维突破解决电磁感应中的电路问题三步曲：(1)确定电源切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，利用en或eblvsin 求感应电动势的大小，利用右手定则或楞次定律判断电流方向(2)分析电路结构(内、外电路及外电路的串、并联关系)，画出等效电路图(3)利用电路规律求解主要应用欧姆定律及串、并联电路的基本性质等列方程求解图2跟踪训练1如图2所示，用质量为m、电阻为r的均匀导线做成边长为l的单匝正方形线框mnpq，线框每一边的电阻都相等将线框置于光滑绝缘的水平面上在线框的右侧存在竖直方向的有界匀强磁场，磁场边界间的距离为2l，磁感应强度为b，在垂直mn边的水平拉力作用下，线框以垂直磁场边界的速度v匀速穿过磁场在运动过程中线框平面水平，且mn边与磁场的边界平行求：(1)线框mn边刚进入磁场时，线框中感应电流的大小；(2)线框mn边刚进入磁场时，m、n两点间的电压umn；(3)在线框从mn边刚进入磁场到pq边刚穿出磁场的过程中，水平拉力对线框所做的功w.考点二电磁感应中的图象问题考点解读1问题概括图象类型(1)随时间变化的图象如bt图象、t图象、et图象和it图象(2)随位移x变化的图象如ex图象和ix图象问题类型(1)由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象(画图象)(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量(用图象)应用知识左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律、函数图象知识等2.思路导图3分析方法对图象的分析，应做到“四明确一理解”：(1)明确图象所描述的物理意义；明确各种“”、“”的含义；明确斜率的含义；明确图象和电磁感应过程之间的对应关系(2)理解三个相似关系及其各自的物理意义：vv，bb，.典例剖析1导线框切割磁感线例2(2011海南单科6)如图3，eof和eof为空间一匀强磁场的边界，其中eoeo，fofo，且eoof；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oo方向匀速通过磁场，t0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()图3思维突破解题时一定要分析清楚运动过程，找出切割磁感线的有效长度，要有全局观，同时搞清切割磁感线的有几部分导体注意每段导体中的感应电动势的方向利用感应电流方向和it图象里的面积表示电荷量进行选项排除是较便利的方法2综合类图象问题例3如图4甲所示，光滑平行金属导轨mn、pq所在平面与水平面成角，m、p两端接一阻值为r的定值电阻，阻值为r的金属棒ab垂直导轨放置，其他部分电阻不计整个装置处在磁感应强度为b的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向上t0时对金属棒施加一平行于导轨的外力f，金属棒由静止开始沿导轨向上运动，通过r的感应电流i随时间t变化的关系如图乙所示下列关于穿过回路abpma的磁通量和磁通量的瞬时变化率以及a、b两端的电势差uab和通过金属棒的电荷量q随时间t变化的图象中，正确的是 ()甲乙图4思维突破解决图象问题的一般步骤：(1)明确图象的种类，即是bt图象还是t图象，或者et图象、it图象等(2)分析电磁感应的具体过程(3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系(4)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关系式(5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等(6)画图象或判断图象图5跟踪训练2如图5所示，边长为l、总电阻为r的正方形线框abcd放置在光滑水平桌面上，其bc边紧靠磁感应强度为b、宽度为2l、方向竖直向下的有界匀强磁场的边缘现使线框以初速度v0匀加速通过磁场，下列图线中能定性反映线框从开始进入到完全离开磁场的过程中，线框中的感应电流(以逆时针方向为正)的变化的是 ()11.电磁感应中图象与电路综合问题例4如图6甲所示，水平面上的两光滑金属导轨平行固定放置，间距d0.5 m，电阻不计，左端通过导线与阻值r2 的电阻连接，右端通过导线与阻值rl4 的小灯泡l连接在cdfe矩形区域内有竖直向上的匀强磁场，ce长l2 m，有一阻值r2 的金属棒pq放置在靠近磁场边界cd处cdfe区域内磁场的磁感应强度b随时间变化规律如图乙所示在t0至t4 s内，金属棒pq保持静止，在t4 s时使金属棒pq以某一速度进入磁场区域并保持匀速运动已知从t0开始到金属棒运动到磁场边界ef处的整个过程中，小灯泡的亮度没有发生变化求：图6(1)通过小灯泡的电流；(2)金属棒pq在磁场区域中运动的速度大小规范做答综合性计算题规范化解题，就是解题要按一定的格式进行，图文并茂、书写整洁、来龙去脉交待清楚、结论明确一般来说，高考物理的参考答案和评分标准就是解题规范化的量化依 据此外，解题时尽量分步求解，中间量也尽量计算求出结果具体地说，应从以下几个方面进行规范：(1)根据题意画出描述物理情景或过程的示意图(2)写出必要且简洁的文字说明例如“哪个对象”、“哪个过程”、“哪个时刻”、“哪个定律”等等(3)物理方程书写要规范要先写方程的原始式(4)演算过程要规范先写出表达式，再统一单位后进行计算(5)使用各种物理符号要规范(6)题目答案要规范表达例如答案中不能有未知量；要有物理量的单位；有的要用科学计数法表达等等图7跟踪训练3光滑平行的金属导轨mn和pq，间距l1.0 m，与水平面之间的夹角30，匀强磁场磁感应强度b2.0 t，垂直于导轨平面向上，mp间接有阻值r2.0 的电阻，其它电阻不计，质量m2.0 kg的金属杆ab垂直导轨放置，如图7所示用恒力f沿导轨平面向上拉金属杆ab，由静止开始运动，vt图象如图8所示g10 m/s2，导轨足够长求：图8(1)恒力f的大小；(2)金属杆速度为2.0 m/s时的加速度大小；(3)根据vt图象估算在前0.8 s内电阻上产生的热量a组电磁感应中的电路问题1用相同导线绕制的边长为l或2l的四个闭合导体线框a、b、c、d，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图9所示在每个线框进入磁场的过程中，m、n两点间的电压分别为ua、ub、uc和ud.下列判断正确的是 ()图9auaubucud buaubuduccuaubucud dubuaudf2，uabucd bf1ucd df1f2，uabucd二、非选择题图1011. 把总电阻为2r的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环，水平固定在竖直向下的磁感应强度为b的匀强磁场中，如图10所示，一长度为2a、电阻等于r、粗细均匀的金属棒mn放圆环上，它与圆环始终保持良好的接触当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心o时，求：(1)棒上电流的大小和方向及棒两端的电压umn；(2)圆环和金属棒上消耗的总热功率12在小车上竖直固定着一个高h0.05 m、总电阻r10 、n100匝的闭合矩形线圈，且小车与线圈的水平长度l相同现线圈和小车一起在光滑的水平面上运动，速度为v11.0 m/s，随后穿过与线圈平面垂直，磁感应强度b1.0 t的水平有界匀强磁场，方向垂直纸面向里，如图11甲所示已知小车运动(包括线圈)的速度v随车的位移x变化的vx图象如图乙所示求：图11(1)小车的水平长度l和磁场的宽度d；(2)小车的位移x10 cm时线圈中的电流大小i；(3)小车的位移x35 cm时线圈所受的安培力大小及方向如何？复习讲义课堂探究例1见解析解析t10.2 s在0t1时间内，a1产生的感应电动势e1blv0.18 v.其等效电路如图甲所示由图甲知，电路的总电阻r总r0.5 总电流为i0.36 a通过r的电流为ir0.12 aa1离开磁场(t10.2 s)至a2刚好进入磁场(t2)的时间内，回路无电流，ir0，从a2进入磁场(t20.4 s)至离开磁场t30.6 s的时 间内，a2上的感应电动势为e20.18 v，其等效电路如图乙所示由图乙知，电路总电阻r总0.5 ，总电流i0.36 a，流过r的电流ir0.12 a，综合以上计算结果，绘制通过r的电流与时间关系如