高考物理总复习10.3专题7电磁感应现象中的电路和图象问题课件PPT

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一、电磁感应现象中的电路问题1.内电路和外电路(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于 电源　。 (2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的 内阻　,其余部分是 外电路　。 2.电源电动势和路端电压(1)电动势:E= Blv　或E= n　 。 (2)路端电压:U=IR= E-Ir　。 
二、电磁感应现象中的图象问题
1.(多选)用均匀导线做成的正方形线圈边长为l,正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中,导线的电阻为r,如图所示,当磁场以 的变化率增强时,则(　　)
2.(2017·河南洛阳一模)如图甲所示,光滑导轨水平放置在与水平方向夹角为60°的斜向下的匀强磁场中,匀强磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示(规定斜向下为正方向),导体棒ab垂直导轨放置,除电阻R的阻值外,其余电阻不计,导体棒ab在水平外力F作用下始终处于静止状态。规定a→b的方向为电流的正方向,水平向右的方向为外力F的正方向。则在0~t1时间内,选项图中能正确反映流过导体棒ab的电流i和导体棒ab所受水平外力F随时间t变化的是(　　)
电磁感应中的电路问题1.对电磁感应电路的理解(1)在电磁感应电路中,相当于电源的部分把其他形式的能通过电流做功转化为电能。(2)“电源”两端的电压为路端电压,而不是感应电动势。(3)电源的正负极、感应电流的方向、电势的高低、电容器极板带电问题,均可用右手定则或楞次定律判定。2.电磁感应中电路知识的关系图
例1(2017·天津和平区期中)如图所示,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B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
思维点拨(1)运动过程中,外电路电阻如何变化?
(2)闭合电路中,内、外电阻符合什么条件时,外电路的功率最大?
提示:外电路电阻先增大,后减小。
提示:当内、外电路电阻相等时,输出电功率最大,即外电路功率最大。
电磁感应现象中电路问题的处理方法1.“源”的分析:根据E=Blv或E=n 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。3.“解”:主要应用闭合电路的欧姆定律及串、并联电路的基本性质等列方程求解。
即学即练1.(多选)(2017·海南七校联盟联考)如图所示,在一竖直平面内的三条平行导线上串有两个电阻R1和R2,导体棒PQ与三条导线均接触良好,匀强磁场的方向垂直纸面向里,导体棒的电阻可忽略。若导体棒向左加速运动,则(　　)A.流经R1的电流方向向上B.流经R2的电流方向向下C.流经R1的电流方向向下D.流经R2的电流方向向上
2.(2017·广东四校第一次联考)如图所示,在一磁感应强度B=0.5 T的匀强磁场中,垂直于磁场方向水平放置着两根相距为l=0.1 m的平行金属导轨MN和PQ,导轨电阻忽略不计,在两根导轨的端点N、Q之间连接一阻值R=0.3 Ω的电阻。导轨上放置金属棒ab,ab始终与导轨垂直且接触良好,其有效电阻r=0.2 Ω。当金属棒在水平拉力作用下以速度v=4.0 m/s向左做匀速运动时(　　)A.ab棒所受安培力大小为0.02 NB.N、Q间电压为0.2 VC.a端电势比b端电势低D.回路中感应电流大小为1 A
3.(多选)(2017·广东广州六校第一次联考)在如图甲所示的电路中,螺线管匝数n=1 500匝,横截面积S=20 cm2。螺线管导线电阻r=1 Ω,R1=4 Ω,R2=5 Ω,C=30 μF。在一段时间内,穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按如图乙所示的规律变化。则下列说法正确的是(　　)A.螺线管中产生的感应电动势为1.2 VB.闭合S,电路中的电流稳定后电容器上极板带正电C.电路中的电流稳定后,电阻R1的电功率为5×10-2 WD.S断开后,通过R2的电荷量为1.8×10-5 C
电磁感应中的图象问题1.图象类型
例2(多选)(2017·全国卷Ⅱ)两条平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度方向与纸面垂直。边长为0.1 m、总电阻为0.005 Ω的正方形导线框abcd位于纸面内,cd边与磁场边界平行,如图甲所示。已知导线框一直向右做匀速直线运动,cd边于t=0时刻进入磁场。线框中感应电动势随时间变化的图线如图乙所示(感应电流的方向为顺时针时,感应电动势取正)。下列说法正确的是(　　)
A.磁感应强度的大小为0.5 TB.导线框运动速度的大小为0.5 m/sC.磁感应强度的方向垂直于纸面向外D.在t=0.4 s至t=0.6 s这段时间内,导线框所受的安培力大小为0.1 N
思维点拨此题关键是能通过给出的E-t图象获取信息,得到线圈在磁场中的运动情况,结合法拉第电磁感应定律及楞次定律进行解答。
例3(多选)(2016·四川卷)如图所示,电阻不计、间距为l的光滑平行金属导轨水平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平外力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(　　)
思维点拨对金属棒受力分析,根据法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律和牛顿第二定律得出F合表达式,分三种情况讨论加速度的变化情况,匀加速运动,加速度减小的加速,加速度增加的加速,再结合图象具体分析。
1.解决电磁感应图象问题的一般步骤(1)明确图象的种类,是B-t图还是Φ-t图、E-t图或者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)画图象或判断图象。
2.电磁感应中图象类选择题的两个常用方法(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。
即学即练4.(2016·云南一检)如图甲所示,线圈ABCD固定于匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向外,当磁场变化时,线圈AB边所受安培力向右且变化规律如图乙所示,则磁场的变化情况可能是下列选项中的(　　)
5.(多选)(2017·广西四市适应性检测)矩形导线框abcd放在匀强磁场中处于静止状态,如图甲所示。磁场的磁感线方向与导线框所在平面垂直,磁感应强度的大小B随时间t变化的图象如图乙所示。t=0时刻,磁感应强度的方向垂直导线框平面向里,在0~4 s时间内,导线框ad边所受安培力F安随时间t变化的图象(规定向左为安培力的正方向)及导线框中的感应电流I随时间t变化的图象(规定顺时针方向为电流的正方向)可能是图中的(　　)
6.(2017·福建省高考适应)如图所示,一闭合直角三角形线框以速度v匀速穿过匀强磁场区域。从BC边进入磁场区域开始计时,到A点离开磁场区域的过程中,线框内感应电流的情况是如图所示中的(　　)