2018高三一轮电磁感应中的电路问题
2018年高考物理一轮复习 专题45 电磁感应中的电路和图象问题(讲)(含解析)
专题45 电磁感应中的电路和图象问题1.能认识电磁感应现象中的电路结构,并能计算电动势、电压、电流、电功等.2.能由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象或由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量.一、电磁感应中的电路问题 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 =tn E ∆∆Φ=. (2)路端电压:U =IR =E -Ir . 二、电磁感应中的图象问题 1. 图象类型(1)随时间变化的图象如B -t 图象、Φ-t 图象、E -t 图象和i -t 图象. (2)随位移x 变化的图象如E -x 图象和i -x 图象. 2. 问题类型(1)由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象.(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量. (3)利用给出的图象判断或画出新的图象.考点一 电磁感应中的电路问题 1. 对电磁感应中电源的理解(1)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,可用右手定则或楞次定律判定.(2)电源的电动势的大小可由E =Blv 或tnE ∆∆Φ=求解.2. 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. ★重点归纳★1.电磁感应中电路知识的关系图2.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.3.分析电磁感应电路问题的基本思路(1)确定电源:用法拉第电磁感应定律和楞次定律或右手定则确定感应电动势的大小和方向,电源内部电流的方向是从低电势流向高电势;(2)分析电路结构:根据“等效电源”和电路中其他元件的连接方式画出等效电路.注意区别内外电路,区别路端电压、电动势; (3)利用电路规律求解:根据E =BLv 或tn E ∆∆Φ=结合闭合电路欧姆定律、串并联电路知识和电功率、焦耳定律等关系式联立求解. 4.电磁感应电路的几个等效问题★典型案例★如图所示,两根光滑金属导轨平行放置在倾角为30°的斜面上,导轨宽度为L ,导轨下端接有电阻R ,两导轨间存在一方向垂直于斜面向上,磁感应强度大小为B 的匀强磁场,轻绳一端平行于斜面系在质量为m 的金属棒上,另一端通过定滑轮竖直悬吊质量为0m 的小木块。
物理专题十考点三 电磁感应中的电路和图象问题含解析
考点三电磁感应中的电路和图象问题
基础点
知识点1 电磁感应中的电路问题
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相当于电源。
电源的正负极可用右手定则或楞次定律判定,要特别注意在内电路中电流由负极到正极。
(2)该部分导体或线圈的电阻相当于电源的内电阻,其余部分是外电路。
2.电源电动势和路端电压
(1)电动势:E=n ΔΦ
Δt或
E=BLv sinθ。
(2)路端电压:U=IR=E-Ir。
知识点2 电磁感应中的图象问题
一、电磁感应中的电路问题
1.电磁感应与电路知识的关系图
2.电磁感应电路问题的几个等效关系。
电磁感应中的电路及图象问题 课件
导体棒在匀强磁场运动过程中的变与不变 (1)外电阻的变与不变 若外电路由无阻导线和定值电阻构成,导体棒运动过程中外电阻不变,若外电 路由考虑电阻的导线组成,导体棒运动过程中外电阻改变. (2)内电阻与电动势的变与不变 切割磁感线的有效长度不变,则内电阻与电动势均不变.反之,发生变化.处 理电磁感应过程中的电路问题时,需特别关注电动势及内、外电阻是否变化.
如图 1 所示,MN、PQ 为光滑金属导轨(金属导轨电阻忽略不计),MN、
PQ 相距 L=50 cm,导体棒 AB 在两轨道间的电阻为 r=1 Ω,且可以在 MN、
PQ 上滑动,定值电阻 R1=3 Ω,R2=6 Ω,整个装置放在磁感应强度为 B=1.0 T
的匀强磁场中,磁场方向垂直于整个导轨平面,现用外力 F 拉着 AB 棒向右以
图3
【解析】 0~1 s 内,磁感应强度 B 均匀增大,由法拉第电磁感应定律可知, 产生的感应电动势 E=ΔΔΦt 恒定,电流 i=ER恒定;由楞次定律可知,电流方向为 逆时针方向,即负方向,在 i-t 图象上,是一段平行于 t 轴的直线,且方向为负, 可见,A、C 错误;在 1~2 s 内 B、D 中电流情况相同,在 2~3 s 内,反向的 磁感应强度均匀增大,由法拉第电磁感应定律知,产生的感应电动势 E=ΔΔΦt 恒 定,电流 i=ER恒定,由楞次定律知,电流方向为顺时针方向,即正方向,在 i-t 图象上,是一段平行于 t 轴的直线,且方向为正,只有 D 符合,选 D. 【答案】 D
2018年高考物理一轮复习 专题八 电磁感应中的图象和电路问题精讲深剖
专题八电磁感应中的图象和电路问题【专题解读】1.本专题是运动学、动力学、恒定电流、电磁感应等观点的综合应用,高考常以选择题的形式命题.2.学好本专题,可以极大的培养同学们数形结合的推理能力和电路分析能力,针对性的专题强化,可以提升同学们解决数形结合、电路分析的信心.3.用到的知识有:左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿运动定律、函数图象等.考点精讲考向一电磁感应中的图象问题1.题型简述:借助图象考查电磁感应的规律,一直是高考的热点,此类题目一般分为两类:(1)由给定的电磁感应过程选出正确的图象;(2)由给定的图象分析电磁感应过程,定性或定量求解相应的物理量或1出其他图象.常见的图象有B-t图、E-t图、i-t图、v-t图及F-t图等.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.解决图象问题的一般步骤(1)明确图象的种类,即是B-t图还是Φ-t图,或者E-t图、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、闭合电路欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出相应的函数关系式;(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.4.求解电磁感应图象类选择题的两种常用方法(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.【例1】 (多选)如图1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F安,电阻R两端的电压为U R,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( )图1【答案】BC方法总结电磁感应中图象问题的分析技巧1.对于图象选择问题常用排除法:先看方向再看大小及特殊点.2.对于图象的描绘:先定性或定量表示出所研究问题的函数关系,注意横、纵坐标表达的物理量及各物理量的单位,画出对应物理图象(常有分段法、数学法).3.对图象的理解:看清横、纵坐标表示的量,理解图象的物理意义.阶梯练习1.如图2(a),线圈ab、cd绕在同一软铁芯上.在ab线圈中通以变化的电流,用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示.已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比,则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中,可能正确的是( )图2【答案】C2.(多选)如图3甲所示,光滑绝缘水平面,虚线MN的右侧存在方向竖直向下、磁感应强度大小为B=2 T的匀强磁场,MN的左侧有一质量为m=0.1 kg的矩形线圈bcde,bc边长L1=0.2 m,电阻R=2 Ω.t=0时,用一恒定拉力F拉线圈,使其由静止开始向右做匀加速运动,经过1 s,线圈的bc边到达磁场边界MN,此时立即将拉力F改为变力,又经过1 s,线圈恰好完全进入磁场,在整个运动过程中,线圈中感应电流i随时间t变化的图象如图乙所示.则( )图3A.恒定拉力大小为0.05 NB.线圈在第2 s内的加速度大小为1 m/s2C.线圈be边长L2=0.5 mD.在第2 s内流过线圈的电荷量为0.2 C【答案】ABD3.如图4所示,一直角三角形金属框,向左匀速地穿过一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域,磁场仅限于虚线边界所围的区域,该区域的形状与金属框完全相同,且金属框的下边与磁场区域的下边在一直线上.若取顺时针方向为电流的正方向,则金属框穿过磁场的过程中感应电流i随时间t变化的图象是( )图4【答案】C【解析】在金属框进入磁场过程中,感应电流的方向为逆时针,金属框切割磁感线的有效长度线性增大,排除A、B;在金属框出磁场的过程中,感应电流的方向为顺时针方向,金属框切割磁感线的有效长度线性减小,排除D,故C正确.考向二电磁感应中的电路问题1.题型简述:在电磁感应问题中,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,该部分导体或线圈与其他电阻、灯泡、电容器等用电器构成了电路.在这类问题中,常涉及计算感应电动势大小、计算导体两端电压、通过导体的电流、产生的电热等.2.解决电磁感应中电路问题的“三部曲” “源”的分析→分离出电路中发生电磁感应的那部分导体或线圈即为电源,电阻即为内阻↓“路”的分析→分析“电源”和电路中其他元件的连接方式,弄清串、并联关系 ↓“式”的建立→根据E =Blv 或E =n ΔΦΔt结合闭合电路欧姆定律等列式求解 注意 “等效电源”两端的电压指的是路端电压,而不是电动势或内压降.【例2】 (多选)如图5(a)所示,一个电阻值为R 、匝数为n 的圆形金属线圈与阻值为2R 的电阻R 1连接成闭合回路.线圈的半径为r 1.在线圈中半径为r 2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B 随时间t 变化的关系图线如图(b)所示.图线与横、纵轴的交点坐标分别为t 0和B 0.导线的电阻不计.在0至t 1时间内,下列说法正确的是( )图5A .R 1中电流的方向由a 到b 通过R 1B .电流的大小为n πB 0r 223Rt 0C .线圈两端的电压大小为n πB 0r 223t 0D .通过电阻R 1的电荷量为n πB 0r 22t 13Rt 0关键词①向里的匀强磁场;②B 随时间t 变化.【答案】BD方法总结电磁感应中图象问题的分析一般有定性与定量两种方法,定性分析主要是通过确定某一物理量的方向以及大小的变化情况判断对应的图象,而定量分析则是通过列出某一物理量的函数表达式确定其图象.阶梯练习4.(多选)如图6所示,在竖直方向上有四条间距均为L=0.5 m的水平虚线L1、L2、L3、L4,在L1、L2之间和L3、L4之间存在匀强磁场,磁感应强度大小均为1 T,方向垂直于纸面向里.现有一矩形线圈abcd,长度ad=3L,宽度cd=L,质量为0.1 kg,电阻为1 Ω,将其从图示位置由静止释放 (cd边与L1重合),cd边经过磁场边界线L3时恰好做匀速直线运动,整个运动过程中线圈平面始终处于竖直方向,cd边水平.(g取10 m/s2)则( )图6A.cd边经过磁场边界线L3时通过线圈的电荷量为0.5 CB.cd边经过磁场边界线L3时的速度大小为4 m/sC.cd边经过磁场边界线L2和L4的时间间隔为0.25 sD.线圈从开始运动到cd边经过磁场边界线L4过程,线圈产生的热量为0.7 J【答案】BD5.如图7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【答案】C。
专题16 电磁感应中的电路问题(解析版)
专题十六 电磁感应中的电路问题基本知识点解决电磁感应电路问题的基本步骤:1.用法拉第电磁感应定律算出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.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图.3.根据E =Blv 或E =n ΔΦΔt结合闭合电路欧姆定律、串并联电路知识和电功率、焦耳定律等关系式联立求解.例题分析一、电磁感应中的简单电路问题例1 如图所示,足够长的平行光滑金属导轨水平放置,宽度L =0.4 m ,一端连接R =1 Ω的电阻,导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强度B =1 T 。
导体棒MN 放在导轨上,其长度恰好等于导轨间距,与导轨接触良好。
导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。
在平行于导轨的拉力F 作用下,导体棒沿导轨向右匀速运动,速度v =5 m/s 。
(1)求感应电动势E 和感应电流I ;(2)若将MN 换为电阻r =1 Ω的导体棒,其他条件不变,求导体棒两端的电压U 。
(对应训练)如图所示,MN、PQ为平行光滑金属导轨(金属导轨电阻忽略不计),MN、PQ 相距L=50 cm,导体棒AB在两轨道间的电阻为r=1 Ω,且可以在MN、PQ上滑动,定值电阻R1=3 Ω,R2=6 Ω,整个装置放在磁感应强度为B=1.0 T的匀强磁场中,磁场方向垂直于整个导轨平面,现用外力F拉着AB棒向右以v=5 m/s的速度做匀速运动。
求:(1)导体棒AB产生的感应电动势E和AB棒上的感应电流方向;(2)导体棒AB两端的电压U AB。
二、电磁感应中的复杂电路问题例2如图所示,ab、cd为足够长、水平放置的光滑固定导轨,导体棒MN的长度为L=2 m,电阻r=1 Ω,有垂直abcd平面向下的匀强磁场,磁感强度B=1.5 T,定值电阻R1=4 Ω,R2=20 Ω,当导体棒MN以v=4 m/s的速度向左做匀速直线运动时,电流表的示数为0.45 A,灯泡L正常发光。
专题二:电磁感应中的电路问题
电阻R2上消耗的功率为: P2=I2R2=(0.2)2×25 W=1 W 穿过螺线管的原磁场磁通量向左增加,螺线管中感应电 流的磁场方向向右,感应电流从b流向a,b端的电势高,a端 的电势低.由Uc=0,有: Uc-Ua=IR1=0.2×3.5 V=0.7 V 故Ua=-0.7 V Ub-Uc=IR2=0.2×25 V=5 V 故Ub=5 V.
答案 3 8 W 3 4 W
专题:电磁感应中的电路问题
(3)拉ab棒的水平向右的外力F为多大?
解析 3 由平衡知识得:F=BIl=4 N.
3 答案 4 N
专题:电磁感应中的电路问题
例2:如图所示,由均匀导线 制成的半径为R的圆环,以速 度 v匀速进入一磁感应强度大 小为B的有界匀 强磁场,边界 如图中虚线所示.当圆环运 动 到图示位置(∠aOb=90°)时 ,a、b两点的电势差为
专题:电磁感应中的电路问题
例5:如图甲所示,有一匝数n=1500、横截面积S=20 cm2、 电阻r=1.5 Ω的螺线管,与螺线管串联的外电阻R1=3.5 Ω, R2=25 Ω.穿过螺线管的匀强磁场的磁感应强度方向向左, 大小随时间按图乙所示的规律变化.试计算电阻R2消耗的电功 率和a、b两点的电势(设c点的电势为零).
点评 对于电磁感应问题,由法拉第电磁感应定律求出
感应电动势后,就可以将电磁感应问题等效为电路问题,再
运用电路的有关知识求解.
专题:电磁感应中的电路问题
(1)导体棒上产生的感应电动势E. 解析 ab棒匀速切割磁感线,产生的电动势为: E=Blv=3 V
答案 3 V
专题:电磁感应中的电路问题
(2)R1与R2消耗的电功率分别为多少?
解析 R1R2 电ห้องสมุดไป่ตู้的总电阻为:R=r+ =4 Ω R1+R2
电磁感应中的例题
电磁感应中的电路问题1、如图所示,匀强磁场磁感应强度B=0.2T ,磁场宽度 L=3m , 一正方形金属框边长ab=r=1m ,每边电阻R=0.2 Q 金属框以v=10m/s 的速度匀速穿过磁场区,其平面始终保 持与磁感线方向垂直,求:⑴画出金属框穿过磁场区的过程中,金属框内感应电流 写出作图的依据)⑵画出两端电压U 随时间t 的变化图线.(要求写出作图的 a 一I 依据)J__Ib2、如图所示,两个电阻的阻值分别为 R 和2R,其余电阻不计,电容器电容量为 C,匀强磁场的磁感应强度为 B ,方向垂直纸面向里, 金属棒ab 、cd 的长度均为I,当棒ab 以速度 v 向左切割磁感线运动,棒 cd 以速度2v 向右切割磁感线运动时,电容器的电量为多大?哪一个极板带正电?X b3、()如图所示,两光滑平行金属导轨间距为导轨接触良好,整个装置处于垂直纸面向里的匀强磁场中,磁感应强度为 容为C,除电阻R 外,导轨和导线的电阻均不计•现给导线 右运动,当电路稳定后, MN 以速度v 向右做匀速运动,则A .电容器两端的电压为零B .电阻两端的电压为 BLvC .电容器所带电荷量为 CBLvD •为保持MN 匀速运动,需对其施加的拉力大小为 戌辛)如图所示,光滑导轨倾斜放置,其下端连接一个灯泡,匀强磁场垂直于导轨所在平面,当ab 棒下滑到稳定状态时,小灯泡获得的功率为 P 0,除灯泡外,其他电阻不计,:X XX Xd X Bx X XL X X X XX X XI 随时间t 的变化图线.(要求 J R XL,直导线 MN 垂直跨在导轨上,且与B ,电容器的电4、(L要使稳定状态灯泡的功率变为2P0,下列措施正确的是A .换一个电阻为原来一半的灯泡B .把磁感应强度 B增为原来的2倍C •换一根质量为原来的丿2倍的金属棒D •把导轨间的距离增大为原来的倍5、如图所示,电阻为2R 的金属环,沿直径装有一根长为 I ,电阻为R 的金属杆。
电磁感应中的电路问题
0 -1 -3 3 1 2 I/A t/10-1s -2 1 2 3 4 4 1 1 0 2 3 t/10-1s U/V 2参考答案源自5.1 例题1、 2、 右极板
3、Bdv,
NF、 FE, , 9∶2; 习题 1、BCD 2、A 3、D
4、AB 5、CD 6、B 7、2kπr2 8、0.4A NQ,0.32v 9、略 10、
c
M
N
P
Q
R
d b a
A B C D E v
9.如图,匀强磁场中固定的金属棒框架ABC,导线棒DE在框架ABC上沿图 示方向匀速平移,框架和导体材料横截面积均相同,接触电阻不计, 试证明电路中的电流恒定.
10.如图,长为l,电阻r=0.3Ω、质量m=0.1kg的金属棒CD垂直跨搁在位 于水平面上的两条平行光滑金属导轨上,两导轨间距也是l,棒与导 轨间接触良好,导轨电阻不计,导轨左端接有R=0. 5Ω的电阻,量程 为0~3.0A的电流表串接在一条导轨上,量程为0~1.0V的电压表接在 电阻R的两端,垂直导轨平面的匀强磁场向下穿过平面,现以向右恒 定的外力F使金属棒以v=2m/s的速度在导轨平面上匀速滑动时,观察 到电路中的一个电表正好满偏,而另一个电表未满偏.
11.如图, 电动机用轻绳牵引一根原来静止的长l=1m,质量m=0.1kg的导 体棒AB,导体棒的电阻R=1Ω,导体棒与竖直“∏”型金属框架有良 好的接触,框架处在图示方向的磁感应强度为B=1T的匀强磁场中, 且足够长,已知在电动机牵引导体棒时,电路中的电流表和电压表 的读数分别稳定在I=1A和U=10V,电动机自身内阻r=1Ω,不计框架电 阻及一切摩擦,取g=10m/s2,求:导体棒到达的稳定速度?
()
A.大小恒定,逆时针方向
高考物理一轮复习学案电磁感应现象中的含容电路
电磁感应现象中的含容电路三种情况1. 导体棒有初速度2. 电容器有电量3. 导体棒有恒定外力 一.导体棒有初速度1.(导体棒有初速度)光滑U 型金属框架宽为L ,足够长,其上放一质量为m 的金属棒ab ,左端连接有一电容为C 的电容器,现给棒一个初速v 0,使棒始终垂直框架并沿框架运动,如图所示。
求导体棒的最终速度。
2.(电容器有电量)如图所示,足够长的两平行光滑水平直导轨的间距为L ,导轨电阻不计,垂直于导轨平面有磁感应强度大小为B 、方向竖直向上的匀强磁场;导轨左端接有电容为C 的电容器、开关S 和定值电阻R ;质量为m 的金属棒垂直于导轨静止放置,两导轨间金属棒的电阻为r 。
初始时开关S 断开,电容器两极板间的电压为U 。
闭合开关S ,金属棒运动,金属棒与导轨始终垂直且接触良好,下列说法正确的是( )A .闭合开关S 的瞬间,金属棒立刻开始向左运动B .闭合开关S 的瞬间,金属棒的加速度大小为BULmRC .金属棒与导轨接触的两点间的最小电压为零D .金属棒最终获得的速度大小为22BCULm B L C+3.(导体棒有恒定外力)如图所示,含电容 C 的金属导轨宽为 L,垂直放在磁感应强度为 B 的匀强磁场中,质量 为 m 的金属棒跨在导轨上,证明:在恒力 F 的作用下,做匀加速直线运动,且加速度CL B m F22a +=4.(多选)如图所示,宽为L 的水平光滑金属轨道上放置一根质量为m 的导体棒MN ,轨道左端通过一个单刀双掷开关与一个电容器和一个阻值为R 的电阻连接,匀强磁场的方向与轨道平面垂直,磁感应强度大小为B ,电容器的电容为C ,金属轨道和导体棒的电阻不计.现将开关拨向“1”,导体棒MN 在水平向右的恒力F 作用下由静止开始运动,经时间t 0后,将开关S 拨向“2”,再经时间t ,导体棒MN 恰好开始匀速向右运动.下列说法正确的是( ) A .开关拨向“1”时,金属棒做加速度逐渐减小的加速运动 B .t 0时刻电容器所带的电荷量为CBLFt 0m +CB 2L 2C .开关拨向“2”后,导体棒匀速运动的速率为FR B 2L 2D .开关拨向“2”后t 时间内,导体棒通过的位移为FR B 2L 2(t +mt 0m +CB 2L 2-mR B 2L2) 5(多选).如图甲所示,水平面上有两根足够长的光滑平行金属导轨MN 和PQ ,两导轨间距为l ,电阻均可忽略不计。
高中物理一轮复习教案电磁感应中的电路与图象问题2
作业:课时作业
教后
反思
审核人签字:年月日
4.解决图象问题的一般步骤
(1)明确图象的种类,即是B-t图象还是Φ-t图象,或者E-t图象、I-t图象等.
(2)分析电磁感应的具体过程.
(3)用右手定则或楞次定律欧姆定律、牛顿定律等规律写出函数关系式.
(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.
5.主要题型
(1)图象的选择(如例1)
(2)图象的转换(如跟踪训练2-2)
(3)图象的应用(如例3)
由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量
(2013·全国新课标Ⅰ·17)如图,在水平面(纸面)内有三根相同的均匀金属棒ab、ac和MN,其中ab、ac在a点接触,构成“V”字型导轨.空间存在垂直于纸面的均匀磁场.用力使MN向右匀速运动,从图示位置开始计时,运动中MN始终与∠bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触.下列关于回路中电流i与时间t的关系图线,可能正确的是()
富县高级中学集体备课教案
年级:高三理科目:物理授课人:
课题
电磁感应中的电路与图象问题1
第课时
三维目
1、电磁感应中的电路问题
2、电磁感应中的图像问题
重点
1、电磁感应中的电路问题
2、电磁感应中的图像问题
中心发
言人
陈熠
难点
1、电磁感应中的电路问题
2、电磁感应中的图像问题
教具
课型
课时安排
课时
教法
学法
个人主页
答案:A
如图甲所示,不计电阻的平行金属导轨竖直放置,导轨间距为L=1 m,上端接有电阻R=3 Ω,虚线OO′下方是垂直于导轨平面的匀强磁场.现将质量m=0.1 kg、电阻r=1 Ω的金属杆ab从OO′上方某处垂直导轨由静止释放,杆下落过程中始终与导轨保持良好接触,杆下落过程中的v-t图象如图乙所示.(取g=10 m/s2)求:
9第3课时电磁感应中的电路与图象问题
定速度v=1.0 m/s沿导轨向右穿越磁场,计算从金属
棒A1进入磁场(t=0)到A2离开磁场的时间内,不同时 间段通过电阻R的电流强度,并在图(b)中画出.
图6
解析
A1从进入磁场到离开的时间
(2分)
D 0 .2 s =0.2 s t1= v 1 .0
在0~t1时间内A1产生的感应电动势
E=Blv=0.6×0.3×1.0 V=0.18 V (3分)
解析
(1)棒匀速向左运动,感应电流为顺时针方向,
电容器上板带正电.因为微粒受力平衡,静电力方向向 上,场强方向向下. 所以微粒带负电
Uc q d Uc IR mg E 3R E Blv 0 I 由以上各式得 q 3mgd Blv 0
(2)由题意可得 qBlv mg ma 3d v at
qBla t g ,越来越大,加速度方向向上 3md 3mgd (1)负电 (2)见解析 tg Blv 0
答案
题型2
电磁感应中的图象问题
【例2】 如图3甲所示,一矩形线圈位于随时间t变化
的匀强磁场中,磁感应强度B随t的变化规律如图乙所 示.以i表示线圈中的感应电流,以图甲中线圈上箭头
所示方向为电流正方向,以垂直纸面向里的磁场方向
由图(a)知,电路的总电阻
rR =0.5 Ω rR 总电流I= E =0.36 A #43;
(2分)
(1分)
(2分)
A1离开磁场t1=0.2 s至A2未进入磁场t2=
的时间内,回路中无电流,IR=0
2D =0.4 s v (2分)
从A2进入磁场t2=0.4 s至离开磁场
(2)先根据电路知识求电容器两端电压,再根据q=
CU求解电荷量.
2018年高考物理一轮复习资料 专题9.3 电磁感应中的电路与图象问题教学案 含解析
1.对电磁感应中电源的理解 2.解决电磁感应电路问题的基本步骤一、电磁感应与电路1.对电源的理解:在电磁感应现象中,产生感应电动势的那部分导体相当于电源.如:切割磁感线的导体棒、内有磁通量变化的线圈等.2.对电路的理解:内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈;除电源外其余部分是外电路,外电路由电阻、电容等电学元件组成.在外电路中,电流从高电势处流向低电势处;在内电路中,电流则从低电势处流向高电势处.3.与电路相联系的几个公式(1)电源电动势:E =n ΔΦΔt _或E =Blv .(2)闭合电路欧姆定律:I =ER +r.电源的内电压:U 内=Ir .电源的路端电压:U 外=IR =E -Ir . (3)功率:P 外=IU ,P 总=EI , P 内=I 2r (4)电热:Q =I 2Rt 二、电磁感应与图象 1.图象类型电磁感应中主要涉及的图象有B -t 图象、Φ-t 图象、E -t 图象和I -t 图象.还常涉及感应电动势E 和感应电流I 随线圈位移x 变化的图象,即E -x 图象和I -x 图象.2.应用知识(1)四个规律:左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律. (2)应用公式: ①平均电动势E =n ΔΦΔt②平动切割电动势E =Blv③转动切割电动势E =12Bl 2ω④闭合电路的欧姆定律I =ER +r⑤安培力F =BIl⑥牛顿运动定律的相关公式等 3.基本方法(1)明确图象的种类,是B -t 图象还是Φ-t 图象,或者E -t 图象、I -t 图象等. (2)分析电磁感应的具体过程.(3)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律列出函数方程. (4)根据函数方程进行数学分析.如斜率及其变化、两轴的截距、图线与坐标轴所围图形的面积等代表的物理意义.(5)画图象或判断图象.考点一 电磁感应与电路 1.对电磁感应中电源的理解(1)电源的正、负极可用右手定则或楞次定律判定,要特别注意在内电路中电流由负极到正极.(2)电磁感应电路中的电源与恒定电流的电路中的电源不同,前者是由于导体切割磁感线产生的,公式为E =Blv ,其大小可能变化,变化情况可根据其运动情况判断;而后者的电源电动势在电路分析中认为是不变的.(3)在电磁感应电路中,相当于电源的导体(或线圈)两端的电压与恒定电流的电路中电源两端的电压一样,等于路端电压,而不等于电动势(除非切割磁感线的导体或线圈电阻为零).2.解决电磁感应电路问题的基本步骤(1)确定电源及正、负极,并利用E =Blv 或E =ΔΦΔt 求出电源电动势.当电路中有两棒切割磁感线产生电动势时,将它们求和(同向时)或求差(反向时);(2)分析电路结构,画出等效电路图;(3)利用闭合电路欧姆定律与串、并联电路的规律求电流、电压、电功率、焦耳热、感应电荷量等.例1、(多选)如图所示,边长为L 、不可形变的正方形导线框内有半径为r 的圆形磁场区域,其磁感应强度B 随时间t 的变化关系为B =kt (常量k >0).回路中滑动变阻器R 的最大阻值为R 0.滑动片P 位于滑动变阻器中央,定值电阻R 1=R 0、R 2=R 02.闭合开关S ,电压表的示数为U ,不考虑虚线MN 右侧导体的感应电动势,则( )A .R 2两端的电压为U7B .电容器的a 极板带正电C .滑动变阻器R 的热功率为电阻R 2的5倍D .正方形导线框中的感应电动势为kL 2【答案】AC【方法技巧】解决电磁感应中的电路问题三步曲1.确定电源:切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势,该导体或回路就相当于电源,利用E =n ΔΦΔt 或E =Blv sin θ求感应电动势的大小,利用右手定则或楞次定律判断电流方向.2.分析电路结构(内、外电路及外电路的串、并联关系),画出等效电路图. 3.利用电路规律求解.主要应用欧姆定律及串、并联电路的基本性质等列方程求解. 【变式探究】如图甲所示,面积为0.1 m 2的10匝线圈EFG 处在某磁场中,t =0时,磁场方向垂直于线圈平面向里,磁感应强度B 随时间变化的规律如图乙所示.已知线圈与右侧电路接触良好,电路中的电阻R =4 Ω,电容C =10 μF ,线圈EFG 的电阻为1 Ω,其余部分电阻不计.则当开关S 闭合,电路稳定后,在t =0.1 s 至t =0.2 s 这段时间内( )A .电容器所带的电荷量为8×10-5C B .通过R 的电流是2.5 A ,方向从b 到a C .通过R 的电流是2 A ,方向从b 到aD .R 消耗的电功率是0.16 W【答案】A【举一反三】(多选)如图所示,M 1N 1与M 2N 2是位于同一水平面内的两条平行金属导轨,一个半径为L 的半圆形硬导体ef 和金属杆ab 均与导轨垂直且可在导轨上无摩擦滑动,金属杆ab 上有一电压表(其电阻为R 0),半圆形硬导体ef 的电阻为r ,其余电阻不计,则下列说法正确的是( )A .若ab 固定、ef 以速度v 滑动时,电压表读数为BLvR 0R 0+rB .若ab 固定、ef 以速度v 滑动时, ef 两点间的电压为2BLvR 0R 0+rC .当ab 、ef 以相同的速度v 同向滑动时,电压表读数为零D .当ab 、ef 以大小相同的速度v 反向滑动时,电压表读数为2BLvR 0R 0+r【答案】BC考点二 电磁感应与图象 1.图象问题的求解类型2.解决图象问题的一般步骤(1)明确图象的种类,即是B -t 图象还是Φ -t 图象,或者是E -t 图象、I -t 图象等; (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、牛顿运动定律等规律写出函数关系式; (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)画出图象或判断图象.例2、如图所示,一直角三角形金属框,向左匀速地穿过一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场,磁场仅限于虚线边界所围的区域内,该区域的形状与金属框完全相同,且金属框的下边与磁场区域的下边在一条直线上.若取顺时针电流方向为感应电流的正方向,从金属框左边刚进入磁场开始计时,则金属框穿过磁场过程中的感应电流随时间变化的图象是下列选项中的( )【答案】C【方法技巧】电磁感应中图象类选择题的两个常见解法(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),特别是物理量的正负,排除错误的选项.没有表示方向的正负时,优先判断方向有时会产生意想不到的效果.(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作出分析和判断,这未必是最简捷的方法,但却是最有效的方法.【变式探究】(多选)如图甲所示,正六边形导线框abcdef放在匀强磁场中静止不动,磁场方向与线框平面垂直,磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示.t=0时刻,磁感应强度B的方向垂直纸面向里,设产生的感应电流以顺时针方向为正、竖直边cd所受安培力的方向以水平向左为正.则下面关于感应电流i和cd边所受安培力F随时间t变化的图象正确的是( )【答案】AC【举一反三】(多选)空间存在一垂直纸面向里的匀强磁场,磁场区域横截面为等腰直角三角形,底边水平,其斜边长度为L.一正方形导体框abcd边长也为L,开始正方形导体框的ab 边与磁场区域截面的斜边刚好重合,如图所示.由图示位置开始计时,正方形导体框以平行于bc 边的速度v 匀速穿越磁场.若导体框中的感应电流为i ,a 、b 两点间的电压为U ab ,感应电流取逆时针方向为正,则导体框穿越磁场的过程中,i 、U ab 随时间的变化规律正确的是( )【答案】AC考点三、数形结合”分析电磁感应中图象问题1.方法概述:“数形结合”指根据函数解析式作出图象,或利用图象得出函数解析式的一种数学方法,在解决物理问题中也经常使用.2.利用“数形结合”分析电磁感应中图象问题时,应当注意以下问题:(1)公式选择:一般选用E =Blv 或E =n ΔΦΔt 的瞬时值表达式(即Δt →0时的平均电动势).(2)准确写出每一个时刻(或位置)的磁通量变化率、导体棒切割磁感线的有效长度、回路总电阻等物理量随时间变化的函数表达式.(3)正确分析解析式中变量和不变量的函数关系.例3、如图,在水平面(纸面)内有三根相同的均匀金属棒ab 、ac 和MN ,其中ab 、ac 在a 点接触,构成“V”字型导轨.空间存在垂直于纸面的均匀磁场.用力使MN向右匀速运动,从图示位置开始计时,运动中MN始终与∠bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触.下列关于回路中电流i与时间t的关系图线,可能正确的是()【答案】A【方法技巧】电磁感应图象问题中数学工具的应用涉及感应电动势或感应电流的大小的讨论时,最好不要凭感觉判断,一定要列出函数表达式,根据对感应电动势和感应电流大小有影响的量的变化进行分析、讨论.【变式探究】边长为a的闭合金属正三角形框架,左边竖直且磁场右边界平行,完全处于垂直框架平面向里的匀强磁场中.现把框架匀速水平向右拉出磁场,如图所示,则下列图象与这一过程相符合的是()【答案】B1.【2016·四川卷】如图1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F A,电阻R两端的电压为U R,感应电流的功率为P,它们随时间t变化图像可能正确的有( )图1图1(3)若k<B2l2R+r,F合随v增大而减小,即a随v增大而减小,说明金属棒在做加速度减小的加速运动,直到加速度减小为0后金属棒做匀速直线运动,根据四个物理量与速度关系可知C 选项符合;综上所述,B、C选项符合题意.1.(2015·山东理综·19)如图2甲,R0为定值电阻,两金属圆环固定在同一绝缘平面内.左端连接在一周期为T0的正弦交流电源上,经二极管整流后,通过R0的电流i始终向左,其大小按图乙所示规律变化.规定内圆环a端电势高于b端时,a、b间的电压u ab为正,下列u ab t 图象可能正确的是( )图2答案 C2.(2014·新课标全国Ⅰ·18)如图1(a),线圈ab、cd绕在同一软铁芯上.在ab线圈中通以变化的电流,用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示.已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比,则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中,可能正确的是( )图1答案 C解析由题图(b)可知在cd间不同时间段内产生的电压是恒定的,所以在该时间段内线圈ab 中的磁场是均匀变化的,则线圈ab中的电流是均匀变化的,故选项A、B、D错误,选项C正确.3.(2013·新课标全国Ⅰ·17)如图3,在水平面(纸面)内有三根相同的均匀金属棒ab、ac和MN,其中ab、ac在a点接触,构成“V”字型导轨.空间存在垂直于纸面的均匀磁场.用力使MN向右匀速运动,从图示位置开始计时,运动中MN始终与∠bac的平分线垂直且和导轨保持良好接触.下列关于回路中电流i与时间t的关系图线,可能正确的是( )图3答案 A4.(2013·新课标全国Ⅱ·16)如图4,在光滑水平桌面上有一边长为L、电阻为R的正方形导线框;在导线框右侧有一宽度为d(d>L)的条形匀强磁场区域,磁场的边界与导线框的一边平行,磁场方向竖直向下.导线框以某一初速度向右运动,t=0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合,随后导线框进入并通过磁场区域.下列v-t图象中,可能正确描述上述过程的是( )图4答案 D5.(2013·山东理综·18)将一段导线绕成图13甲所示的闭合回路,并固定在水平面(纸面)内.回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中.回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ,以向里为磁场Ⅱ的正方向,其磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示.用F表示ab边受到的安培力,以水平向右为F的正方向,能正确反映F随时间t变化的图象是( )图13答案 B解析 0~T2时间内,回路中产生顺时针方向、大小不变的感应电流,根据左手定则可以判定ab 边所受安培力向左.T2~T 时间内,回路中产生逆时针方向、大小不变的感应电流,根据左手定则可以判定ab 边所受安培力向右,故B 正确.1.(多选)如图11所示,在直角坐标系xOy 中,有边长为L 的正方形金属线框abcd ,其一条对角线ac 和y 轴重合、顶点a 位于坐标原点O 处.在y 轴右侧的一、四象限内有一垂直纸面向里的匀强磁场,磁场的上边界与线框的ab 边刚好重合,左边界与y 轴重合,右边界与y 轴平行.t =0时刻,线框以恒定的速度v 沿垂直于磁场上边界的方向穿过磁场区域.取沿a →b →c →d →a 方向的感应电流为正方向,则在线框穿过磁场区域的过程中,感应电流I 、ab间的电势差U ab 随时间t 变化的图线是下图中的( )图11答案 AD3.如图1,一有界区域内,存在着磁感应强度大小均为B,方向分别垂直于光滑水平桌面向下和向上的匀强磁场,磁场宽度均为L,现有一边长为22L的正方形线框abcd,在外力作用下,保持ac垂直磁场边缘,并以沿x轴正方向的某一速度水平匀速地通过磁场区域,若以逆时针方向为电流正方向,下图中能反映线框中感应电流变化规律的图象是( )图1答案 D4.如图4所示,xOy平面内有一半径为R的圆形区域,区域内有磁感应强度大小为B的匀强磁场,左半圆磁场方向垂直于xOy平面向里,右半圆磁场方向垂直于xOy平面向外.一平行于y轴的长导体棒ab以速度v沿x轴正方向做匀速运动,则导体棒ab两端的感应电动势E(取a→b为电动势的正方向)与导体棒位置x关系的图象是( )图4答案 A。
2018版高考物理新课标一轮复习专题课件_专题十一 电磁感应中的电路和图象问题 共50张 精品
情况,还常涉及感应电动势 E 和感应电流 I 随导体 位移 x 变化的图象,即 E-x 图象和 I-x 图象
(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确 问题 的图象 类型 (2)由给定的有关图象分析电磁感应过程,求
类型
据电磁感应 过程选图象
求解 流程
据图象分析判断 电磁感应过程
考向 1 根据图象分析判断电磁感应过程 [典例 3] (多选)在竖直向上的匀强磁场中,水平放置一个不变 形的单匝金属圆线圈,线圈所围的面积为 0.1 m2,线圈电阻为 1 Ω. 规定线圈中感应电流 I 的正方向从上往下看是顺时针方向,如图甲 所示.磁场的磁感应强度 B 随时间 t 的变化规律如图乙所示.则以下 说法正确的是( AC )
A
B
C
D
[解题指导] (1)图线反映的关系都是瞬时关系,所以电流、 电压、功率都是瞬时值.
(2)根据受力情况列出方程,再根据 k 的可能取值范围,分 析金属棒可能的运动情况,进而分析求解.
[解析] 设某时刻金属棒的速度为 v,根据牛顿第二定律 F -FA=ma,即 F0+kv-BR2+l2vr=ma,即 F0+k-RB+2l2rv=ma, 如果 k>RB+2l2r,则加速度与速度成线性关系,且随着速度增大, 加速度越来越大,即金属棒运动的 v-t 图象的切线斜率越来越 大,由于 FA=BR2+l2vr,FA-t 图象的切线斜率也越来越大,感应电
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 [问题探究] (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?
电磁感应中的电路问题详解
电磁感应中的电路问题详解知识点回顾电磁感应现象利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应,产生的电流叫做感应电流。
(1)产生感应电流的条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化,即ΔΦ≠0。
(2)产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合,只要穿过线圈平面的磁通量发生变化,线路中就有感应电动势。
产生感应电动势的那部分导体相当于电源。
(3)电磁感应现象的实质是产生感应电动势,如果回路闭合,则有感应电流,回路不闭合,则只有感应电动势而无感应电流。
磁通量磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面的磁通量。
定义式:Φ=BS。
如果面积S与B不垂直,应以B乘以在垂直于磁场方向上的投影面积S′,即Φ=BS′,国际单位:Wb求磁通量时应该是穿过某一面积的磁感线的净条数。
任何一个面都有正、反两个面;磁感线从面的正方向穿入时,穿过该面的磁通量为正。
反之,磁通量为负。
所求磁通量为正、反两面穿入的磁感线的代数和。
楞次定律感应电流的磁场,总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
楞次定律适用于一般情况的感应电流方向的判定,而右手定则只适用于导线切割磁感线运动的情况,此种情况用右手定则判定比用楞次定律判定简便。
(2)对楞次定律的理解①谁阻碍谁---感应电流的磁通量阻碍产生感应电流的磁通量。
②阻碍什么---阻碍的是穿过回路的磁通量的变化,而不是磁通量本身。
③如何阻碍---原磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;当原磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即“增反减同”。
④阻碍的结果---阻碍并不是阻止,结果是增加的还增加,减少的还减少。
(3)楞次定律的另一种表述:感应电流总是阻碍产生它的那个原因,表现形式有三种:①阻碍原磁通量的变化;②阻碍物体间的相对运动;③阻碍原电流的变化(自感)。
法拉第电磁感应定律电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。
表达式E=nΔΦ/Δt当导体做切割磁感线运动时,其感应电动势的计算公式为E=BLvsinθ。
电磁感应中的电路与电荷量问题
第一讲电磁感觉中的电路与电荷量问题电磁感觉常常与电路问题联系在一同,解决电磁感觉中的电路问题只要要三步:第一步:确立电源。
切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感觉电动势,则该导体或回路就相当于电源,利用求感觉电动势的大小,利用右手定章或楞次定律判断电流方向。
假如在一个电路中切割磁感线的有几个部分但又互相联系,可等效成电源的串、并联。
第二步:剖析电路构造(内、外电路及外电路的串并联关系),画等效电路图。
第三步:利用电路规律求解。
主要应用欧姆定律及串并联电路的基天性质等列方程求解。
感觉电动势大小的计算——法拉第电磁感觉定律的应用。
1、折线或曲线导体在匀强磁场中垂直磁场切割磁感线平动,产生的感觉电动势:E=BLvsin θ;2、直导体在匀强磁场中绕固定轴垂直磁场转动时的感觉电动势:;3、圆盘在匀强磁场中转动时产生的感觉电动势:;4、线圈在磁场中转动时产生的感觉电动势:(θ为S 与 B 之间的夹角)。
2、电磁感觉现象中的力学识题(1)经过导体的感觉电流在磁场中将遇到安培力作用,电磁感觉问题常常和力学识题联系在一同,基本方法是:①用法拉第电磁感觉定律和楞次定律求感觉电动势的大小和方向;②求回路中电流强度;③剖析研究导体受力状况(包括安培力,用左手定章确立其方向);④列动力学方程或均衡方程求解。
( 2)电磁感觉力学识题中,要抓好受力状况,运动状况的动向剖析,导体受力运动产生感觉电动势→感觉电流→通电导体受安培力→合外力变化→加快度变化→速度变化→循环往复地循环,循环结束时,加快度等于零,导体达稳固运动状态,抓住a=0 时,速度v 达最大值的特色。
3、电磁感觉中能量转变问题导体切割磁感线或闭合回路中磁通量发生变化,在回路中产生感觉电流,机械能或其余形式能量便转变为电能,拥有感觉电流的导体在磁场中受安培力作用或经过电阻发热,又可使电能转变为机械能或电阻的内能,所以,电磁感觉过程老是陪伴着能量转变,用能量转变看法研究电磁感觉问题常是导体的稳固运动(匀速直线运动或匀速转动),对应的受力特色是合外力为零,能量转变过程经常是机械能转变为内能,解决这种问题的基本方法是:①用法拉第电磁感觉定律和楞次定律确立感觉电动势的大小和方向;②画出等效电路,求出回路中电阻耗费电功率表达式;③剖析导体机械能的变化,用能量守恒关系获得机械功率的改变与回路中电功率的改变所知足的方程。
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• 【典例3】 (2013·山东卷,18)将一段导线绕成 图5甲所示的闭合回路,并固定在水平面(纸面) 内.回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ 中.回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ,以 向里为磁场Ⅱ的正方向,其磁感应强度B随时间t 变化的图象如图乙所示.用F表示ab边受到的安培 力,以水平向右为F的正方向,能正确反应F随时 间t变化的图象是 ( ).
由并联分流关系可知:
2 2 Blv Iac= I= 3 5R
导线 ac 中的电流方向由 a→c.
• 二、电磁感应中的图象问题
• 1.图象类型 • 电磁感应中主要涉及的图象有B t图象、 Φ t图象、E t图象和I t图象.还常涉及 感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化 的图象,即E x图象和I x图象.
• 图3
解析 设∠bac=2θ,MN 以速度 v 匀速运动, 导体棒单位长度 的电阻为 R0.经过时间 t,导体棒的有效切割长度 L=2vttan θ, 感应电动势 E=BLv=2Bv2ttan θ,回路的总电阻 R=(2vttan θ 2vt Bv E + )R ,回路中电流 i=R= .故 i 与 t 无关是一 cos θ 0 1 1+ R sin θ 0 个定值,选项 A 正确.
a
(4)线框被拉入磁场的整个过程所用时间 d t L/v
线框中电流产生的热量
2 3 B Lv 2 Q I 4R t 4R
v
c
B
b
7
解题要点
产生感应电动势的导体相当于 电源。关键是把电磁感应的问 题等效转换成稳恒电路问题来 处理。
8
练1把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一 半径为a的圆环,水平固定在竖直向下, 磁感应强度为B的匀强磁场中,如图所示, 一长度为2a,电阻等于R,粗细均匀的金 属棒MN放在圆环上,它与圆环始终保持 良好的接触。当金属棒以恒定速度v向右 移动经过环心O时,求: (1)流过棒的电流的大小、 方向及棒两端的电压UMN。 (2)在圆环和金属棒上消 耗的总热功率。
• 【典例2】(2013·全国新课标卷Ⅰ,17)如图3, 在水平面(纸面)内有三根相同的均匀金属棒ab、 ac和MN,其中ab、ac在a点接触,构成“V”字型 导轨.空间存在垂直于纸面的均匀磁场.用力使 MN向右匀速运动,从图示位置开始计时,运动中 MN始终与∠bac的平分线垂直且和导轨保持良好接 触.下列关于回路中电流i与时间t的关系图线, 可能正确的是 ( ).
v B c b
(2)ab边切割磁感线产生的感应电动势为 E BLv E BLv 所以通过线框的电流为 I 4 R 4 R (3)ab两端的电压为路端电压 U ab I 3 R
2 S L 解: (1)q n B B R总 R总 4R
所以
Uab 3BLv / 4
• 2.常见题型 • 图象的选择、图象的描绘、图象的转换、图
象的应用.
• 3.所用规律 • 一般包括:左手定则、安培定则、楞次定律、
法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律 等.
• 4.分析步骤 • (1)明确图象的种类;
• • (2)分析电磁感应的具体过程; (3)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛 顿运动定律等规律写出函数方程;
由闭合电路欧姆定律得流过金属 棒的电流为:
E 2 E 4 Bav I R并 R 3R 3R
由右手定则可判断出金属棒上的电流方向由 N→M 棒两端的电压:
U MN IR并
R 2 I Bav 2 3
11
(2)圆环和金属棒上消耗的总功率等于电 路中感应电流的电功率,即:
8B a v P IE 3R
由图线可知金属杆受拉力、安培力和摩擦阻力作用,匀速时合 B2L2v R 力为零,则 F= R +Ff,得 v= 2 2(F-Ff) BL 由图线可以得到直线的斜率 k=2,所以 B= R =1 T. kL2
(3)由直线的截距可以求得金属杆受到的摩擦阻力 Ff=2 N 若金属杆受到的阻力仅为动摩擦力,由截距可求得动摩擦因数 μ=0.4.
图5
解析
T 0~ 时间内,回路中产生顺时针方向、大小不变的感应 2
T 电流, 根据左手定则可以判定 ab 边所受安培力向左. ~T 时间 2 内,回路中产生逆时针方向、大小不变的感应电流,根据左手 定则可以判定 ab 边所受安培力向右,故 B 正确.
• 答案 B
• 【典例4】 水平面上两根足够长的金属导轨平行 固定放置,间距为L,一端通过导线与阻值为R的 电阻连接;导轨上放一质量为m的金属杆(见图7 甲),金属杆与导轨的电阻忽略不计;磁场竖直向 下.用与导轨平行的恒定拉力F作用在金属杆上, 杆最终将做匀速运动.当改变拉力的大小时,相 对应的匀速运动速度v也会变化,v与F的关系如图 乙.(取重力加速度g=10 m/s2)
•(1)金属杆在匀速运动之前做什么运动?
•(2)若m=0.5 kg,L=0.5 m,R=0.5 Ω,磁感应 强度B为多大? •(3)由v F图线的截距可求得什么物理量?其值为多 少?
解析 (1)因受外力(不变)和安培力(与 F 反向,且逐渐增大)的 作用,做变速运动(或变加速运动、加速度减小的加速运动、加 速运动). E (2)感应电动势 E=Blv,感应电流 I=R,金属杆受到安培力的 B2L2vm 作用 F 安=BIL= R
第三讲
电磁感应中的 电路和图象问题
• 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、基本方法
在电磁感应中,切割磁感线的导体或磁通量发生 变化的回路将产生感应电动势,该导体或回路相 当于电源.因此,电磁感应问题往往与电路问题 联系在一起.
(1)用法拉第电磁感应定律和愣次定律确定感应 电动势的大小和方向.(定电源) (2)画等效电路.注意区别内外电路,区别路端电 压、电动势。(画电路) (3)运用全电路欧姆定律,串并联电路性质,电功率 等公式联立求解.(列方程)
电磁感应电路的几个等效问题
• 3.分析电磁感应电路问题的基本思路
例
如图所示,在绝缘光滑水平面上,有一个边长为 L的单匝正方形线框abcd,在外力的作用下以恒定的速 率v 向右运动进入磁感应强度为B的有界匀强磁场区域。 线框被全部拉入磁场的过程中线框平面保持与磁场方 向垂直,线框的ab边始终平行于磁场的边界。已知线 框的四个边的电阻值相等,均为R。求: (1)在线框进入磁场过程中通过导线某一截面的电量 (2)在ab边刚进入磁场区域时,线框内的电流大小; (3)在ab边刚进入磁场区域时,ab边两端的电压; (4)在线框被拉入磁场的整个过程 a d 中,线框中电流产生的热量。
•
(4)根据函数方程进行数学分析,例如分析斜 率的变化、截距等; • (5)画图象或判断图象.
•
图象的选择 转换 应用
问题 类型 由电磁感应图象得出的物理量和规律分析求 解动力学、电路等问题
解题 关键
从图象上读取有关信息是求解本题的关键, 图象是数理综合的一个重要的窗口,在运用 图象解决物理问题时,第一个关键是破译, 即解读图象中的关键信息(尤其是过程信息), 另一个关键是转换,即有效地实现物理信息 和数学信息的相互转换.
• 答案 (1)变加速运动 (2)1 T (3)见解析
•反思总结 (1)定性分析物理图象 •①要明确图象坐标轴的意义;②借助有关的 物理概念、公式、定理和定律做出分析判 断. •(2)定量计算 •①弄清图象所揭示的物理规律或物理量间的 函数关系;②挖掘图象中的隐含条件,明确 有关图线所包围的面积、图线的斜率(或其绝 对值)、截距所表示的物理意义.
2
2
2
12
l 【解析】当 MN 滑过 3 时,其等效电路如图所示. 2 l l 这时的有效切割长度为 L= = 3 2 3 2 R R 1 电阻:r= = ,E =BLv= Blv 3 2 3 3 1 Blv E 3 Blv 3 总电流:I= = = 1 R外 r 2 5R R R 9 3
9
解答
(1)棒MN右移时,切割磁感线,产生感应电动 势,棒MN相当于电源,内电阻为R。其等效电路 如图所示。金属棒经过环心时,棒中产生的感应 电动势为:
E B 2a v 2 Bav
此时,圆环的两部分构成并 联连接,且 R左 R右 R ,
故并联部分的电阻为:
R R并 2
10
• 答案 A
如图4所示,垂直纸面向里的匀强磁场的区域 宽度为2a,磁感应强度的大小为B.一边长为a、 电阻为4R的正方形均匀导线框ABCD从图示位 置开始沿水平向右方向以速度v匀速穿过磁场 区域,在图中线框A、B两端电压UAB与线框移 动距离x的关系图象正确的是 ( ).
• 图4
•解析 进入磁场时,注意UAB是路端电压, 大小应该是电动势的四分之三,此时E=Bav, 所以UAB=3Bav/4;完全进入后,没有感应电 流,但有感应电动势,大小为Bav,穿出磁场 时电压大小应该是电动势的四分之一,UAB= Bav/4,方向始终是相同,即φA>φB. •答案 D