2024年高考物理第一轮复习课件：第十一章 专题突破13　电磁感应的电路和图像问题

这是一份2024年高考物理第一轮复习课件：第十一章 专题突破13　电磁感应的电路和图像问题，共54页。PPT课件主要包含了电磁感应中的电路问题，答案D，答案B，答案C，答案A等内容，欢迎下载使用。

1．电磁感应中电路知识的关系图
2．“三步法”解决电磁感应中的电路问题
【例1】　如图所示，线圈匝数为n，横截面积为S，线圈电阻为R，处于一个均匀增强的磁场中，磁感应强度随时间的变化率为k，磁场方向水平向右且与线圈平面垂直，电容器的电容为C，两个电阻的阻值均为2R。下列说法正确的是(　　)
【例2】　(2020·浙江卷)如图所示，固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。长为l的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直导电转轴OO′上，随轴以角速度ω匀速转动。在圆环的A点和电刷间接有阻值为R的电阻和电容为C、板间距为d的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为g，不计其他电阻和摩擦，下列说法正确的是(　　)
1．(导体棒平动切割)如图所示，水平面上固定一个顶角为60°的光滑金属导轨MON，导轨处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中。质量为m的导体棒CD与∠MON的角平分线垂直，导轨与棒单位长度的电阻均为r。t＝0时刻，棒CD在水平外力F的作用下从O点以恒定速度v0沿∠MON的角平分线向右滑动，在滑动过程中始终保持与导轨良好接触。若棒与导轨均足够长，则(　　)
2．(导体棒转动切割)(2022·重庆沙坪坝区模拟)一种带有闪烁灯的自行车后轮结构如图所示，车轮与轮轴之间均匀地连接4根金属条，每根金属条中间都串接一个小灯，每个小灯阻值恒为R＝0．3 Ω，金属条与车轮金属边框构成闭合回路，车轮半径r＝0．4 m，轮轴半径可以忽略。车架上固定一个强磁体，可形成圆心角θ＝60°的扇形匀强磁场区域，磁感应强度B＝2．0 T，方向如图所示，若自行车正常前进时，后轮顺时针转动的角速度恒为ω＝10 rad/s，不计其他电阻和车轮厚度，下列说法错误的是(　　)
确；当金属条在磁场运动时，该金属条中流经灯泡的电流方向为从车轮边框流向轮轴，当该金属条离开磁场后，电流方向由轮轴流向车轮边框，故C错误。
3．(感生电动势电路)在如图甲所示的虚线框内有均匀磁场，设图甲所示的磁场方向为正，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。边长为l、电阻为R的正方形均匀线框abcd有一半处在磁场中，磁场方向垂直于线框平面，此时线框ab边的发热功率为P，则(　　)
4．如图，两根足够长、电阻不计的光滑平行金属导轨，固定在同一水平面上，其间距为1 m，左端通过导线连接一个R＝1．5 Ω的定值电阻。整个导轨处在磁感应强度大小B＝0．4 T的匀强磁场中，磁场方向竖直向下，质量m＝0．2 kg、长度L＝1 m、电阻r＝0．5 Ω的匀质金属杆垂直导轨放置，且与导轨接触良好。在杆的中点施加一个垂直金属杆的水平拉力F，使其从静止开始运动，拉力F的功率P＝2 W保持不变，当金属杆的速度v＝5 m/s时撤去拉力F。下列说法正确的是(　　)
A．若不撤去拉力F，金属杆的速度会大于5 m/sB．金属杆的速度为4 m/s时，其加速度大小一定为0．9 m/s2C．从撤去拉力F到金属杆停下的整个过程，通过金属杆的电荷量为2．5 CD．从撤去拉力F到金属杆停下的整个过程，金属杆上产生的热量为2．5 J
5．(2021·山东卷)迷你系绳卫星在地球赤道正上方的电离层中，沿圆形轨道绕地球飞行。系绳卫星由两个子卫星组成，它们之间的导体绳沿地球半径方向，如图所示。在电池和感应电动势的共同作用下，导体绳中形成指向地心的电流，等效总电阻为r。导体绳所受的安培力克服大小为f的环境阻力，可使卫星保持在原轨道上。已知卫星离地平均高度为H，导体绳长为L(L≪H)，地球半径为R、质量为M，轨道处磁感应强度大小为B，方向垂直于赤道平面。忽略地球自转的影响，据此可得，电池电动势为(　　)
6．在同一水平面的光滑平行导轨P、Q相距l＝1 m，导轨左端接有如图所示的电路。其中水平放置的平行板电容器两极板M、N相距d＝ 10 mm，定值电阻R1＝R2＝12 Ω，R3＝2 Ω，金属棒ab的电阻r＝2 Ω，其他电阻不计。磁感应强度B＝0．5 T的匀强磁场竖直穿过导轨平面，当金属棒ab沿导轨向右匀速运动时，质量m＝1×10－14 kg、电荷量q＝1×10－14 C的带负电微粒悬浮于电容器两极板之间恰好静止不动。取g＝10 m/s2，在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好，且速度保持恒定。试求：
(1)匀强磁场的方向；(2)ab棒两端的路端电压；(3)金属棒ab运动的速度大小。
解析：(1)带负电微粒受到重力和电场力的作用处于静止状态，因为重力竖直向下，所以电场力竖直向上，故M板带正电。ab棒向右做切割磁感线运动产生感应电动势，ab棒等效于电源，感应电流方向由b→a，其a端为电源的正极，由右手定则可判断，磁场方向竖直向下。(2)微粒受到重力和电场力的作用处于静止状态，根据平衡条件有mg＝Eq
答案：(1)竖直向下　(2)0．4 V　(3)1 m/s
　电磁感应中的图像问题
【例3】　如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t均匀变化，磁场方向取垂直纸面向里为正方向。正方形硬质金属框abcd放置在磁场中，金属框平面与磁场方向垂直，电阻R＝0．1 Ω，边长l＝0．2 m，则下列说法错误的是(　　)
A．在t＝0到t＝0．1 s时间内，金属框中的感应电动势为0．08 VB．在t＝0．05 s时，金属框ab边受到的安培力的大小为0．016 NC．在t＝0．05 s时，金属框ab边受到的安培力的方向垂直于ab向右D．在t＝0到t＝0．1 s时间内，金属框中电流的电功率为0．064 W
在t＝0．05 s时，ab受到的安培力F＝BIl＝0．1×0．8×0．2 N＝0．016 N，故B正确；根据楞次定律，感应电流阻碍磁通量的变化，磁通量随磁感应强度减小，线框有扩大的趋势，故ab边受到的安培力水平向左，故C错误；电功率P＝EI＝0．08 V×0．8 A＝0．064 W，故D正确。
【例4】　如图甲所示，闭合矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁场的方向与导线框所在平面垂直，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示。规定垂直纸面向外为磁场的正方向，顺时针为线框中感应电流的正方向，水平向右为安培力的正方向。关于线框中的感应电流i、ad边所受的安培力F随时间t变化的图像，下列选项正确的是(　　)
[解析]　由题图乙可知，0～1 s时间内，B的方向垂直纸面向外，B增大，Φ增大，由楞次定律可知，感应电流的方向是顺时针方向，为正值；1～2 s时间内，磁通量不变，无感应电流；2～3 s时间内，B的方向
7．(图像转换)(2022·湖北襄阳模拟)法拉第圆盘发电机的模型示意图如图甲所示，铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触，圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度的大小为B。圆盘绕轴旋转时的角速度(俯视顺时针为正)随时间变化图像如图乙所示，则关于流过电阻R的电流i(从下向上为正)、电荷量q随时间t变化图像可能正确的是(　　)
8．(图像转换)如图甲所示，正三角形硬导线框abc固定在磁场中，磁场方向与线框平面垂直。图乙表示该磁场的磁感应强度B随时间t变化的关系，t＝0时刻磁场方向垂直纸面向里。在0～4t0时间内，线框ab边受到该磁场对它的安培力F随时间t变化的关系图像为(规定垂直ab边向左为安培力的正方向)(　　)
9．(2020·山东卷改编)如图所示，平面直角坐标系的第一和第二象限分别存在磁感应强度大小相等、方向相反且垂直于坐标平面的匀强磁场，图中虚线方格为等大正方形。一位于Oxy平面内的刚性导体框abcde在外力作用下以恒定速度沿y轴正方向运动(不发生转动)。从图示位置开始计时，4 s末bc边刚好进入磁场。在此过程中，导体框内感应电流的大小为I，ab边所受安培力的大小为Fab，二者与时间t的关系图像可能正确的是(　　)