2019高考物理一轮复*第十章电磁感应第3讲电磁感应中的电路和图象问题课件

发布时间:2021-08-04 14:22:26

第十章
电磁感应 第3讲电磁感应中的电路和图象问题

电磁感应中的电路问题 【题型解读】 1.电磁感应电路中的五个等效问题

2.解决电磁感应电路问题的基本步骤 (1)“源”的分析:用法拉第电磁感应定律算出 E 的大小, 用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向:感应电流方 向是电源内部电流的方向,从而确定电源正、负极,明确内 阻 r. (2)“路”的分析:根据“等效电源”和电路中其他各元件的 连接方式画出等效电路图.

(3)“式”的建立:根据 E=Blv 或 E=nΔΔΦt 结合闭合电路欧 姆定律、串并联电路知识和电功率、焦耳定律等关系式联立 求解.

【典题例析】 (2015·高考福建卷)如图,由某种粗 细均匀的总电阻为 3R 的金属条制成的矩形 线框 abcd,固定在水*面内且处于方向竖直 向下的匀强磁场中.一接入电路电阻为 R 的导体棒 PQ,在 水*拉力作用下沿 ab、dc 以速度 v 匀速滑动,滑动过程 PQ 始终与 ab 垂直,且与线框接触良好,不计摩擦.在 PQ 从 靠* ad 处向 bc 滑动的过程中( )

A.PQ 中电流先增大后减小 B.PQ 两端电压先减小后增大 C.PQ 上拉力的功率先减小后增大 D.线框消耗的电功率先减小后增大 [审题指导] 在匀强磁场中,谁运动谁是电源,则 PQ 中的 电流为干路电流,PQ 两端电压为路端电压,线框消耗的功 率为电源的输出功率,再依据电路的规律求解问题.

[解析] 设 PQ 左侧金属线框的电阻为 r,则右侧电阻为 3R -r;PQ 相当于电源,其电阻为 R,则电路的外电阻为 R 外 =r+r((3R3R--r)r)=-???r-32R3???R2+???32R???2,当 r=32R时,R 外 max =34R,此时 PQ 处于矩形线框的中心位置,即 PQ 从靠* ad 处向 bc 滑动的过程中外电阻先增大后减小.PQ 中的电流为 干路电流 I=R外+E R内,可知干路电流先减小后增大,选项 A

错误;PQ 两端的电压为路端电压 U=E-U 内,因 E=Blv 不变,U 内=IR 先减小后增大,所以路端电压先增大后减小, 选项 B 错误;拉力的功率大小等于安培力的功率大小,P= F 安 v=BIlv,可知因干路电流先减小后增大,PQ 上拉力的 功率也先减小后增大,选项 C 正确;线框消耗的电功率即 为外电阻消耗的功率,因外电阻最大值为34R,小于内阻 R; 根据电源的输出功率与外电阻大小的变化关系,外电阻越接 *内阻时,输出功率越大,可知线框消耗的电功率先增大后 减小,选项 D 错误.
[答案] C

电磁感应中电路问题的误区分析 (1)不能正确分析感应电动势及感应电流的方向.因产生感应 电动势的那部分电路为电源部分,故该部分电路中的电流应 为电源内部的电流,而外电路中的电流方向仍是从高电势到 低电势. (2)应用欧姆定律分析求解电路时,没有注意等效电源的内阻 对电路的影响.

(3)对连接在电路中电表的读数不能正确进行分析,特别是并 联在等效电源两端的电压表,其示数应该是路端电压,而不 是等效电源的电动势.

【跟进题组】 1.(2016·高考浙江卷)如图所示,a、b 两个闭合正方形线圈 用同样的导线制成,匝数均为 10 匝,边长 la=3lb,图示区 域内有垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀 增大,不考虑线圈之间的相互影响,则( )

A.两线圈内产生顺时针方向的感应电流 B.a、b 线圈中感应电动势之比为 9∶1 C.a、b 线圈中感应电流之比为 3∶4 D.a、b 线圈中电功率之比为 3∶1

解析:选 B.由于磁感应强度随时间均匀增大,则根据楞次定

律知两线圈内产生的感应电流方向皆沿逆时针方向,则 A

项错误;根据法拉第电磁感应定律

E=NΔΔΦt =NSΔΔ

B,而 t

磁感应强度均匀变化,即ΔΔ

B恒定,则 t

a、b

线圈中的感应电

动势之比为EEab=SSab=ll2a2b=9,故 B 项正确;根据电阻定律 R

=ρ SL′,且 L=4Nl,则RRab=llab=3,由闭合电路欧姆定律 I

=ER,得 a、b 线圈中的感应电流之比为IIab=EEab·RRba=3,

故 C 项错误;由功率公式 P=I2R 知,a、b 线圈中的电功率 之比为PPab=II2a2b·RRab=27,故 D 项错误.

2.如图所示,OACO 为置于水*面内的光滑闭合金属导轨, O、C 处分别接有短电阻丝(图中用粗线表示),R1=4 Ω、R2 =8 Ω(导轨其他部分电阻不计).导轨 OACO 的形状满足 y =2sin???π3x???(单位:m).磁感应强度 B=0.2 T 的匀强磁场方向 垂直于导轨*面.一足够长的金属棒在水*外力 F 作用下, 以恒定的速率 v=5.0 m/s 水*向右在导轨上从 O 点滑动到 C 点,棒与导轨接触良好且始终保持与 OC 导轨垂直,不计棒 的电阻.求:

(1)外力 F 的最大值; (2)金属棒在导轨上运动时电阻丝 R1 上消耗的最大功率; (3)在滑动过程中通过金属棒的电流 I 与时间 t 的关系.

解析:(1)由题图容易看出,当

y=0



x

有两个值,即

?π ? sin??3x??

=0 时,x1=0,x2=3.这即是 O 点和 C 点的横坐标,因而与

A 点对应的 x 值为 1.5.将 x=1.5 代入函数 y=2sin???π3x???,便得

A 点的纵坐标,即 y=2sin π2=2(单位:m).这就是金属棒

切割磁感线产生电动势的最大有效长度.当金属棒在 O、C

间运动时,R1、R2 是并联在电路中的,其等效电路如图所 示.其并联电阻
R 并=RR1+1RR2 2=83 Ω. 当金属棒运动到 x 位置时,其对应的长度为 y=2sin???π3x???,

此时金属棒产生的感应电动势为 E=Byv=2Bvsin???π3x???(单位:V), 其电流 I=RE并(单位:A). 而金属棒所受的安培力应与 F 相等, 即 F=BIy=BR2y并2v.

在金属棒运动的过程中,由于 B、v、R 并不变,故 F 随 y 的 变大而变大.当 y 最大时 F 最大,即 Fmax=B2yR2m并axv=0.3 N.

(2)R1 两端电压最大时,其功率最大. 即 U=Emax 时,R1 上消耗的功率最大, 而金属棒上产生的最大电动势 Emax=Bymaxv=2.0 V. 这时 Pmax=ER2m1ax=1.0 W.

(3)当 t=0 时,棒在 x=0 处. 设运动到 t 时刻,则有 x=vt, 将其代入 y 得 y=2sin???53πt???,再结合 E=Byv 和 I=RE并, 得 I=RE并=2Bv(RR1R1+2 R2)sin???53πt??? =0.75sin???53πt???A. 答案:(1)0.3 N (2)1.0 W (3)I=0.75sin???53πt???A

电磁感应中的图象问题 【题型解读】 借助图象考查电磁感应的规律,一直是高考的热点,此类题 目一般分为两类: (1)由给定的电磁感应过程选出正确的图象; (2)由给定的图象分析电磁感应过程,定性或定量求解相应的 物理量或推断出其他图象.常见的图象有 B-t 图、E-t 图、 i-t 图、v-t 图及 F-t 图等.

1.解题关键 弄清初始条件、正负方向的对应变化范围、所研究物理量的 函数表达式、进出磁场的转折点等是解决此类问题的关键. 2.解决图象问题的一般步骤 (1)明确图象的种类,即是 B-t 图还是 Φ-t 图,或者 E-t 图、I-t 图等; (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及对应关系;

(4)结合法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿运动 定律等知识写出相应的函数关系式; (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.

3.求解电磁感应图象类选择题的两种常用方法 (1)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)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化),特 别是分析物理量的正负,以排除错误的选项. (2)函数法:根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的 函数关系,然后由函数关系对图象进行分析和判断.

【典题例析】 (多选)(2016·高考四川卷)如图所示, 电阻不计、间距为 l 的光滑*行金属导轨水 *放置于磁感应强度为 B、方向竖直向下 的匀强磁场中,导轨左端接一定值电阻 R.质量为 m、电阻 为 r 的金属棒 MN 置于导轨上,受到垂直于金属棒的水*外 力 F 的作用由静止开始运动,外力 F 与金属棒速度 v 的关 系是 F=F0+kv(F0、k 是常量),金属棒与导轨始终垂

直且接触良好.金属棒中感应电流为 i,受到的安培力大小 为 FA,电阻 R 两端的电压为 UR,感应电流的功率为 P,它 们随时间 t 变化图象可能正确的有( )

[审题指导] 先分别得出 i、FA、UR、P 与 v 的关系.然后 对棒 MN 受力分析,由牛顿第二定律列方程分情况讨论棒 MN 的运动情况,最后依据各量与 v 的关系讨论得到各量与 t 的关系.

[解析] 设某时刻金属棒的速度为 v,根据牛顿第二定律 F -FA=ma,即 F0+kv-BR2+l2vr=ma,即 F0+????k-RB+2l2r????v= ma,如果 k>RB+2l2r,则加速度与速度成线性关系,且随着速 度增大,加速度越来越大,即金属棒运动的 v-t 图象的切 线斜率也越来越大,由于 FA=BR2+l2vr,FA-t 图象的切线斜率 也越来越大,感应电流????i=RB+lvr????、电阻两端的电压

????UR=BRl+Rvr ????及感应电流的功率????P=BR2+l2vr2????也会随时间变化得 越来越快,B 项正确;如果 k=RB+2l2r,则金属棒做匀加速直 线运动,电动势随时间均匀增大,感应电流、电阻两端的电 压、安培力均随时间均匀增大,感应电流的功率与时间的二 次方成正比,没有选项符合;如果 k<RB+2l2r,则金属棒做加 速度越来越小的加速运动,感应电流、电阻两端的电压、安 培力均增加得越来越慢,最后恒定,感应电流的功率最后也 恒定,C 项正确.
[答案] BC

电磁感应图象问题的分析方法

【跟进题组】 1.(2018·河南三市联考)如图所示,在*面直 角坐标系 xOy 的第一、三象限内有垂直该坐 标*面向里的匀强磁场,二者磁感应强度相 同,圆心角为 90°的扇形导线框 OPQ 以角速 度 ω 绕 O 点在图示坐标*面内沿顺时针方向匀速转动.规 定与图中导线框的位置相对应的时刻为 t=0,导线框中感应 电流逆时针为正.则关于该导线框转一周的时间内感应电流 i 随时间 t 的变化图象,下列正确的是( )

解析:选 A.在线框切割磁感线产生感应电动势时,由 E= 12BL2ω 知,感应电动势一定,感应电流大小不变,故 B、D 错误;在T2~34T 内,由楞次定律判断可知线框中感应电动势 方向沿逆时针方向,为正,故 A 正确,C 错误.

2.(2018·河北唐山检测)如图甲所示,矩形导线框 abcd 固定 在变化的磁场中,产生了如图乙所示的电流(电流方向 abcda 为正方向).若规定垂直纸面向里的方向为磁场正方向,能 够产生如图乙所示电流的磁场为( )

解析:选 D.由题图乙可知,0~t1 内,线圈中的电流的大小 与方向都不变,根据法拉第电磁感应定律可知,线圈中的磁 通量的变化率相同,故 0~t1 内磁感应强度与时间的关系是 一条斜线,A、B 错误;又由于 0~t1 时间内电流的方向为正, 即沿 abcda 方向,由楞次定律可知,电路中感应电流的磁场 方向向里,故 0~t1 内原磁场方向向里减小或向外增大,因 此 D 正确,C 错误.


相关文档

  • 2019高考物理一轮复* 第十章 电磁感应 第3讲 电磁感应中的电路和图象问题课件
  • (新课标)2019届高考物理一轮复*第10章电磁感应第三节电磁感应中的电路和图象问题课件
  • 新课标2019届高考物理一轮复*第10章电磁感应第三节电磁感应中的电路和图象问题课件
  • 2019届高考物理一轮复* 第九章 电磁感应 3 电磁感应中的电路与图象问题课件
  • 2019年高考物理一轮复*第十章电磁感应第三讲电磁感应中的电路和图象问题课件
  • 2019版高考物理(粤教版)大一轮复*课件:第十章 能力课1 电磁感应中的图象和电路问题
  • 2019版高考物理一轮复*第11章电磁感应42电磁感应中的电路和图象问题*题课件
  • 2019年高考物理大一轮复*微专题电磁感应中的电路和图象问题课件新人教版3
  • 2019届高考物理一轮复*第九章电磁感应3电磁感应中的电路与图象问题课件
  • 2019届高考物理一轮复*10_3电磁感应中的电路和图象问题课件
  • 猜你喜欢

  • 医师资格考试 考生身份、学历、岗位试用情况保证书(式样)
  • 2016年学生会办公室工作计划
  • [学*]钢筋工程量计算规则
  • 最新控制测量实*报告
  • MyBtis(一) 初识MyBatis
  • 谈合作学习在初中数学课堂教学中的应用
  • 中小学作文精选-小学记叙文-我爱春天-范文
  • 对我影响最深的一本书
  • 夏季高温环境下母猪饲养管理要点
  • 国学道德讲堂主持词
  • 2019年人教版小学三年级语文下册期中试卷 (I)
  • 河南台品贸易有限公司(企业信用报告)- 天眼查
  • 火力发电厂的生产过程及其组成-文档资料
  • 北师大版六年级上册数学《练习三》课件_图文.ppt
  • 2019届河南省名校联考高三上学期联考(三)语文试题 扫描版
  • 湖南省益阳市第六中学七年级语文上册 趣味阅读 黑信教案 北师大版
  • 2017年公共英语听力考试常用词汇考试题及答案
  • 关于农垦企业文化建设存在的问题及误区
  • STM32编码器测速原理及STM32编码器模式
  • 香辣羊排虾怎么做?【养生食谱大全】
  • 初三写人作文:写人作文800字:爱问问题的我
  • 2019年外贸公司销售员年终个人工作总结
  • 拒绝“裸机”,安装系统
  • 档案管理手册
  • 胎心率突然降到100正常吗胎心监护不合格怎么办
  • 2018-2024年中国儿童护肤品市场竞争策略及投资潜力研究预测报告
  • 大学物理演示动画--重力.落体实验--[福州大学...李培官]
  • 我的梦中国梦绘画作品
  • 科技惠民计划重点民生科技需求表
  • 建筑工程防水材料采购合同模板
  • 八年级上册音乐教学计划
  • 青海省实验小学四年级数学上学期开学考试试题D卷 附解析
  • 我最感谢的人 500字_小学五六年级写人
  • 2017八年级政治下册复*提纲(1-5课)
  • (教案)金色的草地教案2
  • 2014下半年江苏苏州吴中区事业单位招考笔试试题
  • 点烤箱烤烧饼温度怎么设定
  • 微信小程序如何实现input双向绑定
  • 马克思自然观对我国生态文明建设的启示
  • 三年级数学下册5.4面积单位的换算 ppt优质课件1北师大版
  • 甘肃省会宁县第一中学2017-2018学年高一政治下学期期末考试试题
  • 浙江省再生橡胶行业企业分析报告2018版
  • 电脑版