高考物理大二輪復(fù)習(xí) 專題四 電路與電磁感應(yīng) 14 電磁感應(yīng)的電路和圖象問(wèn)題課件

第14講電磁感應(yīng)的電路和 圖象問(wèn)題考點(diǎn)1考點(diǎn)2-2-以閉合電路為核心的電磁感應(yīng)問(wèn)題以閉合電路為核心的電磁感應(yīng)問(wèn)題【典題1】(2017杭州西湖高級(jí)中學(xué)期末)如圖所示,MN與PQ是兩條水平放置彼此平行的光滑金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間距為l=0.5 m。質(zhì)量m=1 kg、電阻r=0.5 的金屬桿ab垂直跨接在導(dǎo)軌上,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感線垂直紙面向里,磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B=2T,導(dǎo)軌左端接阻值R=2 的電阻,導(dǎo)軌電阻不計(jì)。t=0時(shí)刻ab桿受水平拉力F的作用后由靜止開(kāi)始向右做勻加速運(yùn)動(dòng),第4 s末,ab桿的速度為v=2 m/s,重力加速度g取10 m/s2。求:考點(diǎn)1考點(diǎn)2-3-(1)4 s末ab桿受到的安培力F安的大小;(2)若04 s時(shí)間內(nèi),電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱為1.7 J,求這段時(shí)間內(nèi)水平拉力F做的功;(3)若第4 s末以后,拉力不再變化,且知道4 s末至金屬桿ab達(dá)到最大速度過(guò)程中通過(guò)桿的電荷量q=1.6 C,則此過(guò)程金屬桿ab克服安培力做功W安為多少?答案:(1)0.8 N(2)4.125 J(3)1.92 J考點(diǎn)1考點(diǎn)2-4-(3)4 s末ab桿運(yùn)動(dòng)的加速度為 由牛頓第二定律可得F-F安=ma,得第4 s末拉力F=1.3 N4 s后當(dāng)加速度a=0時(shí),ab桿的速度達(dá)到最大。所以速度最大時(shí)考點(diǎn)1考點(diǎn)2-5-解題技法電磁感應(yīng)與電路知識(shí)的關(guān)系圖 考點(diǎn)1考點(diǎn)2-6-解決電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題三步曲 考點(diǎn)1考點(diǎn)2-7-當(dāng)堂練1(2018年3月浙江十校聯(lián)盟高三適應(yīng)性考試)如圖所示,正方形單匝均勻線框abcd質(zhì)量M=2.410-2 kg,邊長(zhǎng)L=0.4 m,每條邊電阻相等,總電阻R=0.5 。一根足夠長(zhǎng)的絕緣輕質(zhì)細(xì)線跨過(guò)兩個(gè)輕質(zhì)光滑定滑輪,細(xì)線一端連接正方形線框,另一端連接質(zhì)量為m=1.610-2 kg的絕緣物體P,物體P放在一個(gè)光滑的足夠長(zhǎng)的固定斜面上,斜面傾角=30,斜面上方的細(xì)線與斜面平行,線框釋放前細(xì)線繃緊。在正方形線框正下方有一有界的勻強(qiáng)磁場(chǎng),上邊界和下邊界都水平,兩邊界之間的距離h1=0.65 m。磁場(chǎng)方向水平且垂直紙面向里?，F(xiàn)讓正方形線框的cd邊距上邊界的正上方高度h=0.5 m處由靜止釋放,線框在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中dc邊始終保持水平且與磁場(chǎng)垂直,物體P始終在斜面上運(yùn)動(dòng),線框cd邊進(jìn)入磁場(chǎng)上邊界時(shí)剛好勻速運(yùn)動(dòng),線框ab邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)上邊界時(shí),線框上方的絕緣輕質(zhì)細(xì)線突然斷裂,不計(jì)空氣阻力,求:考點(diǎn)1考點(diǎn)2-8-(1)線框cd邊從磁場(chǎng)上邊界進(jìn)入時(shí)的速度v0;(2)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B;(3)線框穿過(guò)磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的焦耳熱Q。答案:(1)2 m/s(2)0.5 T(3)0.16 J 考點(diǎn)1考點(diǎn)2-9-考點(diǎn)1考點(diǎn)2-10-電磁感應(yīng)相關(guān)圖象綜合問(wèn)題電磁感應(yīng)相關(guān)圖象綜合問(wèn)題【典題2】(2017浙江杭州蕭山高三模擬)如圖甲所示,兩光滑導(dǎo)軌都由水平、傾斜兩部分圓滑對(duì)接而成,相互平行放置,兩導(dǎo)軌相距L=1 m,傾斜導(dǎo)軌與水平面成=30角,傾斜導(dǎo)軌的下面部分處在一垂直斜面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)中,區(qū)中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示,圖中t1、t2未知。水平導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),其左端接有理想的靈敏電流計(jì)G和定值電阻R=3 ,水平導(dǎo)軌處在一豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)中,區(qū)中的磁場(chǎng)恒定不變,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2=1 T,在t=0時(shí)刻,從斜軌上磁場(chǎng)區(qū)外某處垂直于導(dǎo)軌水平釋放一金屬棒ab,棒的質(zhì)量m=0.1 kg,電阻r=2 ,棒下滑時(shí)與導(dǎo)軌保持良好接觸,棒由斜軌滑向水平軌時(shí)無(wú)機(jī)械能損失,導(dǎo)軌的電阻不計(jì)。若棒在斜面上向下滑動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中,靈敏電流計(jì)G的示數(shù)大小保持不變,t2時(shí)刻進(jìn)入水平軌道,立刻對(duì)棒施一平行于框架平面沿水平方向且與桿垂直的外力。(g取10 m/s2)求:考點(diǎn)1考點(diǎn)2-11-考點(diǎn)1考點(diǎn)2-12-(1)0t1時(shí)間內(nèi)導(dǎo)體棒的加速度大小;(2)磁場(chǎng)區(qū)在沿斜軌方向上的寬度d;(3)棒從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到剛好進(jìn)入水平軌道這段時(shí)間內(nèi)ab棒上產(chǎn)生的熱量;(4)若棒在t2時(shí)刻進(jìn)入水平導(dǎo)軌后,電流計(jì)G的電流大小I隨時(shí)間t變化的關(guān)系如圖丙所示(I0未知),已知t2到t3的時(shí)間為0.5 s,t3到t4的時(shí)間為1 s,請(qǐng)?jiān)趫D丁中作出t2到t4時(shí)間內(nèi)外力大小F隨時(shí)間t變化的函數(shù)圖象(不需要解答過(guò)程)。答案:(1)5 m/s(2)0.625 m(3)0.375 J(4)見(jiàn)解析 考點(diǎn)1考點(diǎn)2-13-解析:(1)a=gsin=5 m/s2(2)電流計(jì)的示數(shù)不變,說(shuō)明在整個(gè)下滑過(guò)程中回路的電動(dòng)勢(shì)是不變的,說(shuō)明在B變化時(shí)和不變時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小一樣,所以可以判斷在t1時(shí)刻棒剛好進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域且做勻速直線運(yùn)動(dòng)。沒(méi)進(jìn)入磁場(chǎng)以前做勻加速直線運(yùn)動(dòng),加速度是a=gsin=5 m/s2,v=at1,解得t1=0.5 s又E1=BLv,E1=E2,可得d=0.625 m 考點(diǎn)1考點(diǎn)2-14-(3)ab棒進(jìn)入磁場(chǎng)以前,棒上產(chǎn)生的熱量為Q1=I2rt1=0.5220.5 J=0.25 J取ab棒在斜軌磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)為研究過(guò)程,mgdsin-Q2=0Q2=0.312 5 J。則棒上產(chǎn)生的總熱量是Qr=Q1+Q2r=0.375 J或Qr=I2r(t1+t2)=0.375 J考點(diǎn)1考點(diǎn)2-15-(4)因?yàn)镋=BLv,所以剛進(jìn)水平軌道時(shí)的電動(dòng)勢(shì)是E=2.5 V, 取t2時(shí)刻為零時(shí)刻,則根據(jù)圖線可以寫出I-t的方程式:I=0.5-t(A),則v=2.5-5t(m/s),得a1=5 m/s2,由牛頓第二定律可得F+BIL=ma1,所以有F=t,將其畫(huà)在坐標(biāo)系里。取t3時(shí)刻為零時(shí)刻,由題圖丙可以同理得出t3時(shí)刻后I=0.5t(A),v=2.5t(m/s),a2=2.5 m/s2,依據(jù)牛頓定律得F-BIL=ma2得F=0.25+0.5t(N),畫(huà)在坐標(biāo)系里。(圖中圖線作為參考)考點(diǎn)1考點(diǎn)2-16-考點(diǎn)1考點(diǎn)2-17-解題技法解決圖象問(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、I-t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、閉合電路歐姆定律、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(huà)出圖象或判斷圖象?？键c(diǎn)1考點(diǎn)2-18-當(dāng)堂練2如圖甲所示,將一間距為L(zhǎng)=1 m的U形光滑導(dǎo)軌(不計(jì)電阻)固定傾角為=30,軌道的上端與一阻值為R=1 的電阻相連接,整個(gè)空間存在垂直軌道平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B未知,將一長(zhǎng)度也為L(zhǎng)=1 m、阻值為r=0.5 、質(zhì)量為m=0.4 kg的導(dǎo)體棒PQ垂直導(dǎo)軌放置(導(dǎo)體棒兩端均與導(dǎo)軌接觸)。再將一電流傳感器按照如圖甲所示的方式接入電路,其采集到的電流數(shù)據(jù)能通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理,得到如圖乙所示的I-t圖象。假設(shè)導(dǎo)軌足夠長(zhǎng),導(dǎo)體棒在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直,重力加速度g取10 m/s2。 考點(diǎn)1考點(diǎn)2-19- 甲 乙(1)求0.5 s時(shí)定值電阻的發(fā)熱功率;(2)求該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B;(3)估算01.2 s的時(shí)間內(nèi)通過(guò)傳感器的電荷量以及定值電阻上所產(chǎn)生的熱量。答案: (1)1.21 W(2)1.25 T(3)1.30 C1.65 J 考點(diǎn)1考點(diǎn)2-20-解析: (1)由題干I-t圖象可知當(dāng)t=0.5 s時(shí),I=1.10 A;P=I2R=1.1021.0 W=1.21 W(2)由題圖知,當(dāng)金屬桿達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)的電流為1.60 A,穩(wěn)定時(shí)桿勻速運(yùn)動(dòng),受力平衡,則有mgsin=BIL考點(diǎn)1考點(diǎn)2-21-(3)1.2 s內(nèi)通過(guò)電阻的電荷量為圖線與t軸包圍的面積,由題圖知,總格數(shù)為130格,q=1300.10.1 C=1.30 C由題圖知,1.2 s末桿的電流I=1.50 A