《2018年高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題9.3 電磁感應(yīng)中的電路與圖象問題教學(xué)案》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《2018年高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題9.3 電磁感應(yīng)中的電路與圖象問題教學(xué)案（18頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 專題9.3 電磁感應(yīng)中的電路與圖象問題 1．對電磁感應(yīng)中電源的理解 2．解決電磁感應(yīng)電路問題的基本步驟 一、電磁感應(yīng)與電路 1．對電源的理解：在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源．如：切割磁感線的導(dǎo)體棒、內(nèi)有磁通量變化的線圈等． 2．對電路的理解：內(nèi)電路是切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線圈；除電源外其余部分是外電路，外電路由電阻、電容等電學(xué)元件組成．在外電路中，電流從高電勢處流向低電勢處；在內(nèi)電路中，電流則從低電勢處流向高電勢處． 3．與電路相聯(lián)系的幾個公式 (1)電源電動勢：E＝n　_或E＝Blv. (2)閉合電路歐姆定律：I＝. 電

2、源的內(nèi)電壓：U內(nèi)＝Ir. 電源的路端電壓：U外＝IR＝E－Ir. (3)功率：P外＝IU，P總＝EI，P內(nèi)＝I2r (4)電熱：Q＝I2Rt 二、電磁感應(yīng)與圖象 1．圖象類型 電磁感應(yīng)中主要涉及的圖象有B－t圖象、Φ－t圖象、E－t圖象和I－t圖象．還常涉及感應(yīng)電動勢E和感應(yīng)電流I隨線圈位移x變化的圖象，即E－x圖象和I－x圖象． 2．應(yīng)用知識 (1)四個規(guī)律：左手定則、安培定則、右手定則、楞次定律． (2)應(yīng)用公式： ①平均電動勢E＝n ②平動切割電動勢E＝Blv ③轉(zhuǎn)動切割電動勢E＝Bl2ω ④閉合電路的歐姆定律I＝ ⑤安培力F＝BIl ⑥牛頓運動定律的相關(guān)公

3、式等 3．基本方法 (1)明確圖象的種類，是B－t圖象還是Φ－t圖象，或者E－t圖象、I－t圖象等． (2)分析電磁感應(yīng)的具體過程． (3)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律列出函數(shù)方程． (4)根據(jù)函數(shù)方程進行數(shù)學(xué)分析．如斜率及其變化、兩軸的截距、圖線與坐標軸所圍圖形的面積等代表的物理意義． (5)畫圖象或判斷圖象． 高頻考點一　電磁感應(yīng)與電路 1．對電磁感應(yīng)中電源的理解 (1)電源的正、負極可用右手定則或楞次定律判定，要特別注意在內(nèi)電路中電流由負極到正極． (2)電磁感應(yīng)電路中的電源與恒定電流的電路中的電源不同，前者是由于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的，

4、公式為E＝Blv，其大小可能變化，變化情況可根據(jù)其運動情況判斷；而后者的電源電動勢在電路分析中認為是不變的． (3)在電磁感應(yīng)電路中，相當(dāng)于電源的導(dǎo)體(或線圈)兩端的電壓與恒定電流的電路中電源兩端的電壓一樣，等于路端電壓，而不等于電動勢(除非切割磁感線的導(dǎo)體或線圈電阻為零)． 2．解決電磁感應(yīng)電路問題的基本步驟 (1)確定電源及正、負極，并利用E＝Blv或E＝求出電源電動勢．當(dāng)電路中有兩棒切割磁感線產(chǎn)生電動勢時，將它們求和(同向時)或求差(反向時)； (2)分析電路結(jié)構(gòu)，畫出等效電路圖； (3)利用閉合電路歐姆定律與串、并聯(lián)電路的規(guī)律求電流、電壓、電功率、焦耳熱、感應(yīng)電荷量等． 例

5、1、(多選)如圖所示，邊長為L、不可形變的正方形導(dǎo)線框內(nèi)有半徑為r的圓形磁場區(qū)域，其磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化關(guān)系為B＝kt(常量k>0)．回路中滑動變阻器R的最大阻值為R0.滑動片P位于滑動變阻器中央，定值電阻R1＝R0、R2＝.閉合開關(guān)S，電壓表的示數(shù)為U，不考慮虛線MN右側(cè)導(dǎo)體的感應(yīng)電動勢，則(　　) A．R2兩端的電壓為 B．電容器的a極板帶正電 C．滑動變阻器R的熱功率為電阻R2的5倍 D．正方形導(dǎo)線框中的感應(yīng)電動勢為kL2 【答案】AC 【方法技巧】解決電磁感應(yīng)中的電路問題三步曲 1．確定電源：切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該導(dǎo)體或回

6、路就相當(dāng)于電源，利用E＝n或E＝Blvsin θ求感應(yīng)電動勢的大小，利用右手定則或楞次定律判斷電流方向． 2．分析電路結(jié)構(gòu)(內(nèi)、外電路及外電路的串、并聯(lián)關(guān)系)，畫出等效電路圖． 3．利用電路規(guī)律求解．主要應(yīng)用歐姆定律及串、并聯(lián)電路的基本性質(zhì)等列方程求解． 【變式探究】如圖甲所示，面積為0.1 m2的10匝線圈EFG處在某磁場中，t＝0時，磁場方向垂直于線圈平面向里，磁感應(yīng)強度B隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示．已知線圈與右側(cè)電路接觸良好，電路中的電阻R＝4 Ω，電容C＝10 μF，線圈EFG的電阻為1 Ω，其余部分電阻不計．則當(dāng)開關(guān)S閉合，電路穩(wěn)定后，在t＝0.1 s至t＝0.2 s這段時間內(nèi)

7、(　　) A．電容器所帶的電荷量為8×10－5 C B．通過R的電流是2.5 A，方向從b到a C．通過R的電流是2 A，方向從b到a D．R消耗的電功率是0.16 W 【答案】A 【舉一反三】(多選)如圖所示，M1N1與M2N2是位于同一水平面內(nèi)的兩條平行金屬導(dǎo)軌，一個半徑為L的半圓形硬導(dǎo)體ef和金屬桿ab均與導(dǎo)軌垂直且可在導(dǎo)軌上無摩擦滑動，金屬桿ab上有一電壓表(其電阻為R0)，半圓形硬導(dǎo)體ef的電阻為r，其余電阻不計，則下列說法正確的是(　　) A．若ab固定、ef以速度v滑動時，電壓表讀數(shù)為 B．若ab固定、ef以速度v滑動時，ef兩點間的電壓為

8、C．當(dāng)ab、ef以相同的速度v同向滑動時，電壓表讀數(shù)為零 D．當(dāng)ab、ef以大小相同的速度v反向滑動時，電壓表讀數(shù)為 【答案】BC　 高頻考點二　電磁感應(yīng)與圖象 1．圖象問題的求解類型 2．解決圖象問題的一般步驟 (1)明確圖象的種類，即是B －t圖象還是Φ －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、牛頓運動定律等規(guī)律寫出函數(shù)關(guān)系式； (5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系式，進行數(shù)學(xué)分析，如分析斜率的變化、截距等； (6)畫出圖象或判斷圖象． 例2、如圖所

9、示，一直角三角形金屬框，向左勻速地穿過一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場，磁場僅限于虛線邊界所圍的區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域的形狀與金屬框完全相同，且金屬框的下邊與磁場區(qū)域的下邊在一條直線上．若取順時針電流方向為感應(yīng)電流的正方向，從金屬框左邊剛進入磁場開始計時，則金屬框穿過磁場過程中的感應(yīng)電流隨時間變化的圖象是下列選項中的(　　) 【答案】C 【方法技巧】電磁感應(yīng)中圖象類選擇題的兩個常見解法 (1)排除法：定性地分析電磁感應(yīng)過程中物理量的變化趨勢(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化)，特別是物理量的正負，排除錯誤的選項．沒有表示方向的正負時，優(yōu)先判斷方向有時會

10、產(chǎn)生意想不到的效果． (2)函數(shù)法：根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個物理量之間的函數(shù)關(guān)系，然后由函數(shù)關(guān)系對圖象作出分析和判斷，這未必是最簡捷的方法，但卻是最有效的方法． 【變式探究】(多選)如圖甲所示，正六邊形導(dǎo)線框abcdef放在勻強磁場中靜止不動，磁場方向與線框平面垂直，磁感應(yīng)強度B隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示．t＝0時刻，磁感應(yīng)強度B的方向垂直紙面向里，設(shè)產(chǎn)生的感應(yīng)電流以順時針方向為正、豎直邊cd所受安培力的方向以水平向左為正．則下面關(guān)于感應(yīng)電流i和cd邊所受安培力F隨時間t變化的圖象正確的是(　　) 【答案】AC 【舉一反三】(多選)空間存在一垂直紙面向里的勻

11、強磁場，磁場區(qū)域橫截面為等腰直角三角形，底邊水平，其斜邊長度為L.一正方形導(dǎo)體框abcd邊長也為L，開始正方形導(dǎo)體框的ab邊與磁場區(qū)域截面的斜邊剛好重合，如圖所示．由圖示位置開始計時，正方形導(dǎo)體框以平行于bc邊的速度v勻速穿越磁場．若導(dǎo)體框中的感應(yīng)電流為i，a、b兩點間的電壓為Uab，感應(yīng)電流取逆時針方向為正，則導(dǎo)體框穿越磁場的過程中，i、Uab隨時間的變化規(guī)律正確的是(　　) 【答案】AC 高頻考點三、數(shù)形結(jié)合”分析電磁感應(yīng)中圖象問題 1．方法概述：“數(shù)形結(jié)合”指根據(jù)函數(shù)解析式作出圖象

12、，或利用圖象得出函數(shù)解析式的一種數(shù)學(xué)方法，在解決物理問題中也經(jīng)常使用． 2．利用“數(shù)形結(jié)合”分析電磁感應(yīng)中圖象問題時，應(yīng)當(dāng)注意以下問題： (1)公式選擇：一般選用E＝Blv或E＝n的瞬時值表達式(即Δt→0時的平均電動勢)． (2)準確寫出每一個時刻(或位置)的磁通量變化率、導(dǎo)體棒切割磁感線的有效長度、回路總電阻等物理量隨時間變化的函數(shù)表達式． (3)正確分析解析式中變量和不變量的函數(shù)關(guān)系． 例3、如圖，在水平面(紙面)內(nèi)有三根相同的均勻金屬棒ab、ac和MN，其中ab、ac在a點接觸，構(gòu)成“V”字型導(dǎo)軌．空間存在垂直于紙面的均勻磁場．用力使MN向右勻速運動，從圖示位置開始計時，運動

13、中MN始終與∠bac的平分線垂直且和導(dǎo)軌保持良好接觸．下列關(guān)于回路中電流i與時間t的關(guān)系圖線，可能正確的是(　　) 【答案】A 【方法技巧】電磁感應(yīng)圖象問題中數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用 涉及感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流的大小的討論時，最好不要憑感覺判斷，一定要列出函數(shù)表達式，根據(jù)對感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流大小有影響的量的變化進行分析、討論． 【變式探究】邊長為a的閉合金屬正三角形框架，左邊豎直且磁場右邊界平行，完全處于垂直框架平面向里的勻強磁場中．現(xiàn)把框架勻速水平向右拉出磁場，如圖所示，則下列圖象與這一過程相

14、符合的是(　　) 【答案】B 1．【2016·四川卷】如圖1-所示，電阻不計、間距為l的光滑平行金屬導(dǎo)軌水平放置于磁感應(yīng)強度為B、方向豎直向下的勻強磁場中，導(dǎo)軌左端接一定值電阻R.質(zhì)量為m、電阻為r的金屬棒MN置于導(dǎo)軌上，受到垂直于金屬棒的水平外力F的作用由靜止開始運動，外力F與金屬棒速度v的關(guān)系是F＝F0＋kv(F0、k是常量)，金屬棒與導(dǎo)軌始終垂直且接觸良好．金屬棒中感應(yīng)電流為i，受到的安培力大小為FA，電阻R兩端的電壓為UR，感應(yīng)電流的功率為P，它們隨時間t變化圖像可能正確的有(　　) 圖1- 圖1- (1)若k＝，F(xiàn)合＝F0，即a＝，金屬棒水平向右

15、做勻加速直線運動，有v＝at，說明v∝t，即I∝t，F(xiàn)A∝t，UR∝t，P∝t2，所以在此情況下沒有選項符合； (2)若k>，F(xiàn)合隨v增大而增大，即a隨v增大而增大，說明金屬棒在做加速度增大的加速運動，根據(jù)四個物理量與速度的關(guān)系可知B選項符合； (3)若k<，F(xiàn)合隨v增大而減小，即a隨v增大而減小，說明金屬棒在做加速度減小的加速運動，直到加速度減小為0后金屬棒做勻速直線運動，根據(jù)四個物理量與速度關(guān)系可知C選項符合； 綜上所述，B、C選項符合題意． 1．(2015·山東理綜·19)如圖2甲，R0為定值電阻，兩金屬圓環(huán)固定在同一絕緣平面內(nèi)．左端連接在一周期為T0的正弦交流電源上，經(jīng)二極管整

16、流后，通過R0的電流i始終向左，其大小按圖乙所示規(guī)律變化．規(guī)定內(nèi)圓環(huán)a端電勢高于b端時，a、b間的電壓uab為正，下列uabt圖象可能正確的是(　　) 圖2 答案　C 2．(2014·新課標全國Ⅰ·18)如圖1(a)，線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上．在ab線圈中通以變化的電流，用示波器測得線圈cd間電壓如圖(b)所示．已知線圈內(nèi)部的磁場與流經(jīng)線圈的電流成正比，則下列描述線圈ab中電流隨時間變化關(guān)系的圖中，可能正確的是(　　) 圖1 答案　C 解析　由題圖(b)可知在cd間不同時間段內(nèi)產(chǎn)生的電壓是恒定的，所以在該時間段內(nèi)線圈ab中的磁場是均勻變化的，則線圈

17、ab中的電流是均勻變化的，故選項A、B、D錯誤，選項C正確． 3．(2013·新課標全國Ⅰ·17)如圖3，在水平面(紙面)內(nèi)有三根相同的均勻金屬棒ab、ac和MN，其中ab、ac在a點接觸，構(gòu)成“V”字型導(dǎo)軌．空間存在垂直于紙面的均勻磁場．用力使MN向右勻速運動，從圖示位置開始計時，運動中MN始終與∠bac的平分線垂直且和導(dǎo)軌保持良好接觸．下列關(guān)于回路中電流i與時間t的關(guān)系圖線，可能正確的是(　　) 圖3 答案　A 4． (2013·新課標全國Ⅱ·16)如圖4，在光滑水平桌面上有一邊長為L、電阻為R的正方形導(dǎo)線框；在導(dǎo)線框右側(cè)有一寬度為d(d＞L)的條形勻強磁場區(qū)域，磁

18、場的邊界與導(dǎo)線框的一邊平行，磁場方向豎直向下．導(dǎo)線框以某一初速度向右運動，t＝0時導(dǎo)線框的右邊恰與磁場的左邊界重合，隨后導(dǎo)線框進入并通過磁場區(qū)域．下列v－t圖象中，可能正確描述上述過程的是(　　) 圖4 答案　D 5．(2013·山東理綜·18)將一段導(dǎo)線繞成圖13甲所示的閉合回路，并固定在水平面(紙面)內(nèi)．回路的ab邊置于垂直紙面向里的勻強磁場Ⅰ中．回路的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的磁場Ⅱ，以向里為磁場Ⅱ的正方向，其磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的圖象如圖乙所示．用F表示ab邊受到的安培力，以水平向右為F的正方向，能正確反映F隨時間t變化的圖象是(　　) 圖13 答

19、案　B 解析　0～時間內(nèi)，回路中產(chǎn)生順時針方向、大小不變的感應(yīng)電流，根據(jù)左手定則可以判定ab邊所受安培力向左.～T時間內(nèi)，回路中產(chǎn)生逆時針方向、大小不變的感應(yīng)電流，根據(jù)左手定則可以判定ab邊所受安培力向右，故B正確． 1．(多選)如圖11所示，在直角坐標系xOy中，有邊長為L的正方形金屬線框abcd，其一條對角線ac和y軸重合、頂點a位于坐標原點O處．在y軸右側(cè)的一、四象限內(nèi)有一垂直紙面向里的勻強磁場，磁場的上邊界與線框的ab邊剛好重合，左邊界與y軸重合，右邊界與y軸平行．t＝0時刻，線框以恒定的速度v沿垂直于磁場上邊界的方向穿過磁場區(qū)域．取沿a→b→c→d→a方向的感應(yīng)電流為正方

20、向，則在線框穿過磁場區(qū)域的過程中，感應(yīng)電流I、ab間的電勢差Uab隨時間t變化的圖線是下圖中的(　　) 圖11 答案　AD 3．如圖1，一有界區(qū)域內(nèi)，存在著磁感應(yīng)強度大小均為B，方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強磁場，磁場寬度均為L，現(xiàn)有一邊長為L的正方形線框abcd，在外力作用下，保持ac垂直磁場邊緣，并以沿x軸正方向的某一速度水平勻速地通過磁場區(qū)域，若以逆時針方向為電流正方向，下圖中能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的圖象是(　　) 圖1 答案　D 4．如圖4所示，xOy平面內(nèi)有一半徑為R的圓形區(qū)域，區(qū)域內(nèi)有磁感應(yīng)強度大小為B的勻強磁場，左半圓磁場方向垂直于xOy平面向里，右半圓磁場方向垂直于xOy平面向外．一平行于y軸的長導(dǎo)體棒ab以速度v沿x軸正方向做勻速運動，則導(dǎo)體棒ab兩端的感應(yīng)電動勢E(取a→b為電動勢的正方向)與導(dǎo)體棒位置x關(guān)系的圖象是(　　) 圖4 答案　A - 18 -