2022年高三物理復(fù)習(xí) 第9章 電磁感應(yīng)中的電路與圖象問(wèn)題學(xué)案

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1、2022年高三物理復(fù)習(xí) 第9章 電磁感應(yīng)中的電路與圖象問(wèn)題學(xué)案一、概念規(guī)律題組圖11用均勻?qū)Ь€做成的正方形線框邊長(zhǎng)為0.2 m，正方形的一半放在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖1所示當(dāng)磁場(chǎng)以10 T/s的變化率增強(qiáng)時(shí)，線框中a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差是()AUab0.1 VBUab0.1 VCUab0.2 VDUab0.2 V圖22如圖2所示，導(dǎo)體AB在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，設(shè)導(dǎo)體AB的電阻為r，導(dǎo)軌左端接有阻值為R的電阻，磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，導(dǎo)軌寬為d，導(dǎo)體AB勻速運(yùn)動(dòng)，速度為v.下列說(shuō)法正確的是()A在本題中分析電路時(shí)，導(dǎo)體AB相當(dāng)于電源，且A端為電源正極BUCDBdvCC、D

2、兩點(diǎn)電勢(shì)關(guān)系為：CA3穿過(guò)閉合回路的磁通量隨時(shí)間t變化的圖象分別如圖3所示，下列關(guān)于回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的論述，正確的是()圖3A圖中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定不變B圖中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一直在變大C圖中，回路在0t1時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小于在t1t2時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)D圖中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先變小再變大二、思想方法題組4粗細(xì)均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線框平面，其邊界與正方形線框的邊平行現(xiàn)使線框以同樣大小的速度沿四個(gè)不同方向平移出磁場(chǎng)，如下圖所示，則在移出過(guò)程中線框的一邊a、b兩點(diǎn)間電勢(shì)差絕對(duì)值最大的是()5如圖4甲所示，光滑導(dǎo)軌水平放置在斜

3、向下且與水平方向夾角為60的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示(規(guī)定斜向下為正方向)，導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置，除電阻R的阻值外，其余電阻不計(jì)，導(dǎo)體棒ab在水平外力作用下始終處于靜止?fàn)顟B(tài)規(guī)定ab的方向?yàn)殡娏鞯恼较?，水平向右的方向?yàn)橥饬Φ恼较?，則在0t時(shí)間內(nèi)，能正確反映流過(guò)導(dǎo)體棒ab的電流i和導(dǎo)體棒ab所受水平外力F隨時(shí)間t變化的圖象是()圖4一、電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題1內(nèi)電路和外電路(1)切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線圈都相當(dāng)于電源，該部分導(dǎo)體的電阻或線圈的電阻相當(dāng)于電源的內(nèi)阻(r)(2)除電源外其余部分是外電路2解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問(wèn)題的基本方法(

4、1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律(或右手定則)確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向(2)畫(huà)等效電路圖(3)運(yùn)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的性質(zhì)、電功率等公式求解3與上述問(wèn)題相關(guān)的幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)(1)電源電動(dòng)勢(shì)：En或EBlv.(2)閉合電路歐姆定律：I.部分電路歐姆定律：I.電源的內(nèi)電壓：U內(nèi)Ir.電源的路端電壓：U外IREIr.(3)消耗功率：P外IU，P總IE.(4)通過(guò)導(dǎo)體的電荷量：qItn.【例1】 (xx廣東單科18)如圖5(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)軌平面向外、B0.6 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)區(qū)域?qū)扗0.2 m細(xì)

5、金屬棒A1和A2用長(zhǎng)為2D0.4 m的輕質(zhì)絕緣桿連接，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(kāi)磁場(chǎng)的時(shí)間內(nèi)，不同時(shí)間段通過(guò)電阻R的電流強(qiáng)度，并在圖1(b)中畫(huà)出圖5二、電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題1圖象問(wèn)題可以綜合法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律或右手定則、安培定則和左手定則，還有與之相關(guān)的電路知識(shí)和力學(xué)知識(shí)等2對(duì)于圖象問(wèn)題，搞清物理量之間的函數(shù)關(guān)系、變化范圍、初始條件、斜率的物理意義等，往往是解題的關(guān)鍵3解決圖象問(wèn)題的一般步驟(1)明確圖象的種類(lèi)，即是Bt圖象還是t

6、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)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(xiě)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(huà)圖象或判斷圖象【例2】圖6 (xx山東22)如圖6所示，兩固定的豎直光滑金屬導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)兩質(zhì)量、長(zhǎng)度均相同的導(dǎo)體棒c、d，置于邊界水平的勻強(qiáng)磁場(chǎng)上方同一高度h處磁場(chǎng)寬為3h，方向與導(dǎo)軌平面垂直先由靜止釋放c，c剛進(jìn)入磁場(chǎng)即勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)再由靜止釋放d，兩導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌始終保持良好接觸用ac表示c的加速度，Ekd表示d的動(dòng)能，xc、xd分別表示c、d相對(duì)

7、釋放點(diǎn)的位移下列圖中正確的是()規(guī)范思維圖7【例3】 (xx上海單科)如圖7所示，一有界區(qū)域內(nèi)，存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為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).邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線框abcd的bc邊緊靠磁場(chǎng)邊緣置于桌面上使線框從靜止開(kāi)始沿x軸正方向勻加速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域，若以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较?，能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是圖()規(guī)范思維【基礎(chǔ)演練】1用相同導(dǎo)線繞制的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)或2L的四個(gè)閉合導(dǎo)線框，以相同的速度勻速進(jìn)入右側(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖8所示在每個(gè)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)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8AUaUbUcUd BU

8、aUbUdUcCUaUbUcUd DUbUaUdD.B、C項(xiàng)均錯(cuò)誤3D4B設(shè)此題中磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線框邊長(zhǎng)為l，速度為v，則四種情況的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)都是Blv，但B中ab為電源，a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為路端電壓UabBlv，其他三種情況下，UabBlv，故選B.5D由楞次定律可判定回路中的電流始終為ba方向，由法拉第電磁感應(yīng)定律可判定回路電流大小恒定，故A、B兩項(xiàng)錯(cuò)；由F安BIL可得F安隨B的變化而變化，在0t0時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)安方向向右，故外力F與F安等值反向，方向向左為負(fù)值；在t0t時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)安方向改變，故外力F方向也改變?yōu)檎担C上所述，D項(xiàng)正確思維提升1內(nèi)電路和外電路(1)切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體或磁

9、通量發(fā)生變化的線圈都相當(dāng)于電源(2)該部分導(dǎo)體或線圈的電阻相當(dāng)于電源的內(nèi)阻，其余部分是外電路2電源電動(dòng)勢(shì)和路端電壓(1)電動(dòng)勢(shì)：En(n為線圈的匝數(shù))或EBlv.(2)路端電壓：UEIrIR3在Bt圖象中，正負(fù)表示磁場(chǎng)的方向，斜率表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率；在t圖象中斜率表示磁通量的變化率，與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小有關(guān)【核心考點(diǎn)突破】例1 見(jiàn)解析解析t10.2 s，t20.4 s，t30.6 s.0t1(00.2 s)時(shí)間內(nèi)，A1棒相當(dāng)于電源，A1棒產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBLv0.60.31.0 V0.18 V電阻R與A2棒并聯(lián)，阻值為R并0.2 所以電阻R兩端電壓UE0.18 V0.072 V通過(guò)電阻R的

10、電流I1 A0.12 At1t2(0.2 s0.4 s)時(shí)間內(nèi)穿過(guò)兩金屬棒之間的平面的磁通量不變，E0，I20.同理，t2t3(0.4 s0.6 s)時(shí)間內(nèi)，I30.12 A.不同時(shí)間段通過(guò)R的電流如圖所示規(guī)范思維電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題，實(shí)質(zhì)是發(fā)生電磁感應(yīng)的部分相當(dāng)于電源對(duì)外供電，供電過(guò)程遵從電路中一切規(guī)律所以明確“電源”及電路結(jié)構(gòu)，畫(huà)等效電路圖是解題的關(guān)鍵例2 BDc棒下落h的過(guò)程為自由落體運(yùn)動(dòng)，ag.設(shè)進(jìn)入磁場(chǎng)瞬間速度為v，則由勻速運(yùn)動(dòng)有F安mgBIL，a0.此時(shí)釋放d棒，在d棒自由下落h的過(guò)程中，c棒在磁場(chǎng)中下落2h，此過(guò)程c一直做勻速運(yùn)動(dòng)，a0.當(dāng)d棒進(jìn)入磁場(chǎng)后，c、d兩棒運(yùn)動(dòng)速度相同，

11、穿過(guò)閉合回路磁通量不變，無(wú)感應(yīng)電流，無(wú)安培力，二者都做勻加速直線運(yùn)動(dòng)共同下落h后，此時(shí)c棒離開(kāi)磁場(chǎng)，d棒進(jìn)入磁場(chǎng)h的距離，此時(shí)c、d的速度都是v(vv)，d此時(shí)切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBLv，F(xiàn)安BILBLF安mg，d棒做減速運(yùn)動(dòng)，d棒離開(kāi)磁場(chǎng)后c、d兩棒均以加速度ag做勻加速運(yùn)動(dòng)，故選項(xiàng)B、D正確規(guī)范思維分析清楚c、d兩棒在下述三個(gè)過(guò)程中的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況是解決本題的關(guān)鍵c在磁場(chǎng)內(nèi)，d在磁場(chǎng)外c、d都在磁場(chǎng)內(nèi)c在磁場(chǎng)外，d在磁場(chǎng)內(nèi)例3 AC電流一開(kāi)始為正，且Ikt，所以電流隨時(shí)間均勻增大，A項(xiàng)正確；v，I，C項(xiàng)正確本題還要注意線圈進(jìn)入第二個(gè)磁場(chǎng)前后感應(yīng)電流大小和方向不一樣規(guī)范思維對(duì)圖象

12、的認(rèn)識(shí)，應(yīng)從以下幾方面注意：(1)明確圖象所描述的物理意義，有必要需寫(xiě)出函數(shù)表達(dá)式；(2)必須明確各種“”“”的含義；(3)必須明確斜率的含義；(4)必須建立圖象和電磁感應(yīng)過(guò)程之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系思想方法總結(jié)1解決電磁感應(yīng)電路問(wèn)題的基本步驟(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向：感應(yīng)電流的方向是電源內(nèi)部電流的方向(2)根據(jù)“等效電源”和電路中其他各元件的連接方式畫(huà)出等效電路(3)根據(jù)EBLv或En結(jié)合閉合電路歐姆定律，串并聯(lián)電路知識(shí)和電功率、焦耳定律等關(guān)系式聯(lián)立求解2電磁感應(yīng)圖象問(wèn)題的解決方法解決圖象問(wèn)題的一般步驟(1)明確圖象的種類(lèi)，即是Bt圖還是t圖，或者Et圖

13、、It圖等(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)定律等寫(xiě)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)判斷圖象(畫(huà)圖象或應(yīng)用圖象解決問(wèn)題)3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(guò)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，.【課時(shí)效果檢測(cè)】1B2.CD3.D4.C5.D6D導(dǎo)體棒做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)，直至勻速故qt圖象應(yīng)如圖甲所示，A錯(cuò)；it圖象應(yīng)如圖乙所示，B錯(cuò)

14、；vt圖象應(yīng)如圖丙所示，C錯(cuò)，D對(duì)7(1)0.2 N(2)2 W8(1)(2)解析(1)設(shè)ab上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，回路中的電流為I，ab運(yùn)動(dòng)距離x所用時(shí)間為t，三個(gè)電阻R與電源串聯(lián)，總電阻為4R，則有EBlv由閉合電路歐姆定律有It由焦耳定律有QI2(4R)t由上述方程得v.(2)設(shè)電容器兩極板間的電勢(shì)差為U，則有UIR電容器所帶的電荷量qCU解得q.9(1)0.20 A(2)3.4102 N沿斜面向上(3)6102 W解析(1)02.0102 s時(shí)間內(nèi)，線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E1，感應(yīng)電流為I1，方向由dc，則E1I1代入數(shù)據(jù)解得E10.20 V，I10.20 A.(2)t1.0102

15、 s，線框受到的安培力F1B1I1L，方向沿斜面向下，結(jié)合圖乙，代入數(shù)據(jù)得F14.0103 N設(shè)此時(shí)線框受到的摩擦力大小為Ff，則由線框在斜面靜止得mgsin F1Ff0代入數(shù)據(jù)得Ff3.4102 N摩擦力方向沿斜面向上(3)在3.0102 s4.0102 s時(shí)間內(nèi)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2代入數(shù)據(jù)得E20.40 V20102 s3.0102 s時(shí)間內(nèi)，E30.設(shè)磁場(chǎng)變化周期為T(mén)，線框中產(chǎn)生的平均電功率為P，則PT代入數(shù)據(jù)得P6102 W易錯(cuò)點(diǎn)評(píng)1在第1題中，不理解UMN的意義，不能對(duì)a、b、c、d四種情況進(jìn)行統(tǒng)一分析，列相應(yīng)表達(dá)式是錯(cuò)誤的主要原因2在第2題中，往往是把C項(xiàng)分析正確了，然后馬上把D項(xiàng)否定屬于沒(méi)有真正理解Bt圖象斜率的大小、方向的意義3在第4題中，出錯(cuò)的原因主要是分析不徹底，雖然從圖象上判知感應(yīng)電流在前、后半周期都是恒定的，但沒(méi)有想安培力也隨B的變化而變化4在第5題中，由于不能想到方框切割磁感線的有效長(zhǎng)度隨時(shí)間或位移如何變化，導(dǎo)致出錯(cuò)5圖象類(lèi)問(wèn)題是高考考查的熱點(diǎn)內(nèi)容，在歷年的高考試卷中常常有所體現(xiàn)，但在考查過(guò)程中錯(cuò)誤率也較高，主要體現(xiàn)在有些同學(xué)對(duì)坐標(biāo)軸上的單位沒(méi)有弄清楚，對(duì)物理量在變化過(guò)程中的大小、正負(fù)沒(méi)有分析清楚