【物理】2020届一轮复习人教版电磁感应中的电路和图像问题学案

申明敬告: 本站不保证该用户上传的文档完整性,不预览、不比对内容而直接下载产生的反悔问题本站不予受理。

文档介绍

【物理】2020届一轮复习人教版电磁感应中的电路和图像问题学案

第3节电磁感应中的电路和图像问题 突破点(一) 电磁感应中的电路问题 ‎1.电磁感应中电路知识的关系图 ‎2.分析电磁感应电路问题的基本思路 求感应电动势 E=Blv或 E=nU内=Ir U外=E-Ir ‎[典例] 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,固定在水平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,在水平拉力作用下沿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从靠近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 ‎[思路点拨]‎ ‎(1)导体棒PQ相当于电源,等效电路如图所示。‎ ‎(2)在闭合电路中,外电阻上功率最大的条件是外电阻=内电阻。‎ ‎[解析] 导体棒产生的电动势E=BLv,根据其等效电路图知,总电阻R总=R+=R+,在PQ从靠近ad处向bc 滑动的过程中,总电阻先增大后减小,总电流先减小后增大,故A错误;PQ两端的电压为路端电压U=E-IR,即先增大后减小,B错误;拉力的功率等于克服安培力做功的功率,有P安=IE,先减小后增大,故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R,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,外电阻越接近内电阻时,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 ‎[方法规律]‎ 电磁感应中电路问题的题型特点 闭合电路中磁通量发生变化或有部分导体做切割磁感线运动,在回路中将产生感应电动势和感应电流。从而考题中常涉及电流、电压、电功等的计算,也可能涉及电磁感应与力学、电磁感应与能量的综合分析。‎ ‎[集训冲关]‎ ‎1.[多选]如图所示,一个匝数n=100匝的圆形线圈,面积S1=0.4 m2,电阻r=1 Ω。在线圈中存在面积S2=0.3 m2,垂直线圈平面向外的匀强磁场区域,磁感应强度B=0.3+0.15t(T)。将线圈两端a、b与一个阻值R=2 Ω的电阻相连接,b端接地。下列说法正确的是(  )‎ A.通过电阻R的电流方向向上 B.回路中的电流大小逐渐增大 C.电阻R消耗的电功率为6.75 W D.a端的电势φa=-3 V 解析:选AD 由题可知,磁场逐渐增强,即原磁场磁通量逐渐增大,根据楞次定律可知,产生感应电流的磁场与原磁场方向相反,根据安培定则可知通过电阻R的电流方向向上,故选项A正确;由B=0.3+0.15t(T),可知:=0.15 T/s,根据法拉第电磁感应定律可知:E=nS2=100×0.15×0.3 V=4.5 V,根据闭合电路欧姆定律可知:I== A=1.5 A,恒定不变,故选项B错误;根据功率公式可知电阻R消耗的电功率为:P=I2R=1.52×2 W=4.5 W,故选项C错误;根据欧姆定律可知电阻R两端电压为Uba=IR=1.5×2 V=3.0 V=φb-φa,由题可知:φb=0,则φa=-3 V,故选项D正确。‎ ‎2.[多选]如图所示,AB、CD是间距为l=1 m的足够长的光滑平行金属导轨,导轨平面与水平面夹角为α。在虚线下方的导轨平面内存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场,导轨电阻不计。长为1 m的导体棒ab垂直AB、CD放置在导轨上,导体棒电阻 R=1 Ω;AB、CD右侧连接一电路,已知灯泡L的规格是“3 V 3 W”,定值电阻R1=10 Ω,R2=15 Ω。在t=0时,将导体棒ab从某一高度由静止释放,以5 m/s2的加速度下滑,进入磁场后一段时间,导体棒达到最大速度为10 m/s,并且此时灯泡L已正常发光。假设灯泡的电阻恒定不变,重力加速度g=10 m/s2,则下列说法正确的是(  )‎ A.α=30°‎ B.匀强磁场的磁感应强度大小B0为2 T C.导体棒的质量为0.2 kg D.导体棒的质量为0.1 kg 解析:选AC 由题意可知导体棒在磁场外运动时的加速度:a1=gsin θ=5 m/s2,可得θ=30°,选项A正确;小灯泡正常发光时,I==1 A,此时导体棒中电流也为I=1 A,对导体棒达到最大速度时满足:I=,其中R灯==3 Ω,R12== Ω=6 Ω,vm=10 m/s,解得B0=1 T,选项B错误;根据mgsin θ=B0Il,解得m=0.2 kg,选项C正确,D错误。‎ 突破点(二) 电磁感应中的图像问题 ‎1.图像问题的求解类型 类型 根据电磁感应过程选图像 根据图像分析判断电磁感应过程 求 解 流 程 ‎2.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。‎ ‎3.解决图像问题的一般步骤 ‎(1)明确图像的种类,即是Bt图还是Φt图,或者Et图、It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的对应关系;‎ ‎(4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出函数关系式;‎ ‎(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)画图像或判断图像。‎ ‎4.电磁感应中图像类选择题的两个常用方法 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。‎ 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像进行分析和判断。‎ ‎[多维探究]‎ ‎(一)Ft图像 ‎[例1] (2018·揭阳一模)矩形导线框abcd放在匀强磁场中,在外力控制下静止不动,磁感线方向与线圈平面垂直,磁感应强度B随时间变化的图像如图所示。t=0时刻,磁感应强度的方向垂直纸面向里;在0~4 s时间内,线框ab边受磁场的作用力随时间变化的图像(力的方向规定以向左为正方向)是图中的(  )‎ ‎[解析] t=0时刻,磁感应强度的方向垂直线框平面向里,在0到1 s内,穿过线框的磁通量变小,由楞次定律可得,感应电流方向是顺时针,再由左手定则可得线框的ab边受到的安培力水平向左且逐渐减小。当在1 s到2 s内,磁感应强度的方向垂直线框平面向外,穿过线框的磁通量变大,由楞次定律可得,感应电流方向是顺时针,再由左手定则可得线框的ab边受到的安培力水平向右且逐渐增大。在下一个周期内,重复出现安培力先向左后向右。‎ ‎[答案] D ‎(二)vt图像 ‎[例2] [多选]如图所示,竖直平面(纸面)两水平线间存在宽度为d的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里。一质量为m、边长也为d的正方形线圈从磁场上方某处自由落下,t1时刻线圈的下边进入磁场,t2时刻线圈的上边进入磁场,t3时刻线圈上边离开磁场。已知线圈平面在下落过程中始终与磁场方向垂直,且线圈上、下边始终与磁场边界平行,不计空气阻力,则线圈下落过程中的vt图像可能正确的是(  )‎ ‎[解析] 进入磁场前和通过磁场后,线圈只受重力,加速度恒为g。设线圈下边进入磁场时速度为v,则线圈中感应电动势E=Bdv,由闭合电路欧姆定律,有I=,安培力F=BId,解得F=,若F=mg,则线圈匀速穿过磁场,A项正确;若F>mg,且线圈减速通过磁场,由牛顿第二定律,有-mg=ma1,可知线圈加速度不断减小,B项正确;若F
查看更多