2018版高考物理一轮总复习热点专题12电磁感应现象中的电路、图象、动力学及能量问题课件
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热点专题12 电磁感应现象中的电路、图象、动力学及能量问题
栏 目 导 航
抓知识点
1
抓重难点
3
2 4 5
抓易错点
课时跟踪检测 课时跟踪检测
1
抓知识点
用心研读
领悟细微深处
一、电磁感应现象中的电路问题
1．内电路和外电路 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的 内阻 ， 其 余
部分是 外电路 ．
重难点 2
电磁感应中的图象问题
电磁感应中常见的图象问题
图象 类型 问题 类型
随时间变化的图象，如Bt图象、Φt图象、Et图象、It图象 随位移变化的图象，如Ex图象、Ix图象(所以要先看坐标轴：哪个物理量 随哪个物理量变化要弄清) (1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象(画图象的方法) (2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量电动势、感应电流最大，导体棒受到的安培力最 大．此时感应电动势E′＝BLv＝0.5×0.4×1 V＝0.2 V E′ 0.2 回路中感应电流I′＝ R ＝ A＝0.2 A 1 导体棒受到的安培力F＝BI′L＝0.5×0.2×0.4 N＝0.04 N 当导体棒通过三角形abd区域时，导体棒切割磁感线的有效长度 l＝2v(t－1)(1 s≤t≤1.2 s) 感应电动势e＝Blv＝2Bv2(t－1)＝(t－1)V e 感应电流i＝R＝(t－1)A(1 s≤t≤1.2 s)． 【答案】 (1)0.04 V (2)0.04 N i＝(t－1)A(1 s≤t≤1.2 s)
2．电源电动势和路端电压
ΔΦ n (1)电动势：E＝ Blv 或E＝ Δt .
(2)路端电压：U＝IR＝ E－Ir .
二、电磁感应现象中的图象问题 (1)磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I随 时间t 变化的图象，即
图象 Bt图象、Φt图象、Et图象和It图象．
类型 (2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E和 感应电流I随 位移x 变化的图象，即Ex图象和Ix图象 (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
解析：设PQ左侧电路的电阻为Rx，则右侧电路的电阻为3R－Rx，所以外电路的 Rx3R－Rx 总电阻为R外＝ ，外电路电阻先增大后减小，所以路端电压先增大后减 3R 小，所以B错误；电路的总电阻先增大后减小，再根据闭合电路的欧姆定律可得PQ E 中的电流，I＝ 先减小后增大，故A错误；由于导体棒做匀速运动，拉力等于 R＋R外 安培力，即F＝BIL，拉力的功率P＝BILv，故先减小后 Rx3R－Rx 增大，所以C正确；外电路的总电阻R外＝ ，最 3R 3 大值为 R，小于导体棒的电阻R，又外电阻先增大后减 4 小，由电源的输出功率与外电阻的关系图象可知，线框消 耗的电功率先增大后减小，故D错误． 答案：C
2．解决电磁感应中的电路问题三部曲
例1
(2015年广东卷)如图(a)所示，平行长直金属导轨水平放置，间距L＝0.4
m．导轨右端接有阻值R＝1 Ω的电阻．导体棒垂直放置在导轨上，且接触良好，导
体棒及导轨电阻均不计，导轨间正方形区域 abcd内有方向竖直向下的匀强磁场， bd 连线与导轨垂直，长度也为L.从0时刻开始，磁感应强度B的大小随时间t变化，规律 如图(b)所示；同一时刻，棒从导轨左端开始向右匀速运动，1 s后刚好进入磁场，若 使棒在导轨上始终以速度v＝1 m/s做直线运动，求：
类型一
据电磁感应过程选择图象
问题类型 由给定的电磁感应过程选出正确的图象 解题关键 根据题意分析相关物理量的函数关系、分析物理过程中的转折点、明确 “＋、－”号的含义，结合数学知识做正确的判断
提分秘笈
“三步走”分析电路为主的电磁感应问题
跟踪训练 1
(2015年福建卷)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
(1)棒进入磁场前，回路中的电动势E； (2)棒在运动过程中受到的最大安培力F，以及棒通过三角形abd区域时电流i与时 间t的关系式．
【解析】
L2 (1)正方形磁场的面积为S，则S＝ ＝0.08 m2.在棒进入磁场前，回路 2
ΔB 中的感应电动势是由于磁场的变化而产生的．由Bt图象可知 ＝0.5 T/s，根据E＝ Δt ΔΦ ΔB n ，得回路中的感应电动势E＝ S＝0.5×0.08 V＝0.04 V. Δt Δt
问题
类型
应用 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 、欧姆定
知识 律、牛顿定律、函数图象等
三、电磁感应现象中的能量问题
1．能量的转化
感应电流在磁场中受安培力，外力克服安培力 做功 ，将其他形式的能转化为 电能 ，电流做功再将电能转化为 内能 ． 2．实质 电磁感应现象的能量转化，实质是其他形式的能和 电能 之间的转化．
四个规律 左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律 ΔΦ (1)平均电动势 E＝n Δt 应 用 知 识 六类 公式 (2)平动切割电动势 E＝Blv 1 2 (3)转动切割电动势 E＝ Bl ω 2 E (4)闭合电路的欧姆定律 I＝ R＋r (5)安培力 F＝BIl (6)牛顿运动定律的相关公式等
3.电磁感应现象中能量的三种计算方法
(1)利用克服安培力求解：电磁感应中产生的电能等于克服 安培力 所做的功． (2)利用能量守恒求解：机械能的减少量等于产生的 电能 ．
(3)利用电路特征来求解：通过电路中所产生的电热来计算．
2
抓重难点
动手演练
掌握提分技巧
重难点 1
电磁感应现象中的电路问题
1．电磁感应中电路知识的关系图
栏 目 导 航
抓知识点
1
抓重难点
3
2 4 5
抓易错点
课时跟踪检测 课时跟踪检测
1
抓知识点
用心研读
领悟细微深处
一、电磁感应现象中的电路问题
1．内电路和外电路 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的 内阻 ， 其 余
部分是 外电路 ．
重难点 2
电磁感应中的图象问题
电磁感应中常见的图象问题
图象 类型 问题 类型
随时间变化的图象，如Bt图象、Φt图象、Et图象、It图象 随位移变化的图象，如Ex图象、Ix图象(所以要先看坐标轴：哪个物理量 随哪个物理量变化要弄清) (1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象(画图象的方法) (2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量电动势、感应电流最大，导体棒受到的安培力最 大．此时感应电动势E′＝BLv＝0.5×0.4×1 V＝0.2 V E′ 0.2 回路中感应电流I′＝ R ＝ A＝0.2 A 1 导体棒受到的安培力F＝BI′L＝0.5×0.2×0.4 N＝0.04 N 当导体棒通过三角形abd区域时，导体棒切割磁感线的有效长度 l＝2v(t－1)(1 s≤t≤1.2 s) 感应电动势e＝Blv＝2Bv2(t－1)＝(t－1)V e 感应电流i＝R＝(t－1)A(1 s≤t≤1.2 s)． 【答案】 (1)0.04 V (2)0.04 N i＝(t－1)A(1 s≤t≤1.2 s)
2．电源电动势和路端电压
ΔΦ n (1)电动势：E＝ Blv 或E＝ Δt .
(2)路端电压：U＝IR＝ E－Ir .
二、电磁感应现象中的图象问题 (1)磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I随 时间t 变化的图象，即
图象 Bt图象、Φt图象、Et图象和It图象．
类型 (2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E和 感应电流I随 位移x 变化的图象，即Ex图象和Ix图象 (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
解析：设PQ左侧电路的电阻为Rx，则右侧电路的电阻为3R－Rx，所以外电路的 Rx3R－Rx 总电阻为R外＝ ，外电路电阻先增大后减小，所以路端电压先增大后减 3R 小，所以B错误；电路的总电阻先增大后减小，再根据闭合电路的欧姆定律可得PQ E 中的电流，I＝ 先减小后增大，故A错误；由于导体棒做匀速运动，拉力等于 R＋R外 安培力，即F＝BIL，拉力的功率P＝BILv，故先减小后 Rx3R－Rx 增大，所以C正确；外电路的总电阻R外＝ ，最 3R 3 大值为 R，小于导体棒的电阻R，又外电阻先增大后减 4 小，由电源的输出功率与外电阻的关系图象可知，线框消 耗的电功率先增大后减小，故D错误． 答案：C
2．解决电磁感应中的电路问题三部曲
例1
(2015年广东卷)如图(a)所示，平行长直金属导轨水平放置，间距L＝0.4
m．导轨右端接有阻值R＝1 Ω的电阻．导体棒垂直放置在导轨上，且接触良好，导
体棒及导轨电阻均不计，导轨间正方形区域 abcd内有方向竖直向下的匀强磁场， bd 连线与导轨垂直，长度也为L.从0时刻开始，磁感应强度B的大小随时间t变化，规律 如图(b)所示；同一时刻，棒从导轨左端开始向右匀速运动，1 s后刚好进入磁场，若 使棒在导轨上始终以速度v＝1 m/s做直线运动，求：
类型一
据电磁感应过程选择图象
问题类型 由给定的电磁感应过程选出正确的图象 解题关键 根据题意分析相关物理量的函数关系、分析物理过程中的转折点、明确 “＋、－”号的含义，结合数学知识做正确的判断
提分秘笈
“三步走”分析电路为主的电磁感应问题
跟踪训练 1
(2015年福建卷)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
(1)棒进入磁场前，回路中的电动势E； (2)棒在运动过程中受到的最大安培力F，以及棒通过三角形abd区域时电流i与时 间t的关系式．
【解析】
L2 (1)正方形磁场的面积为S，则S＝ ＝0.08 m2.在棒进入磁场前，回路 2
ΔB 中的感应电动势是由于磁场的变化而产生的．由Bt图象可知 ＝0.5 T/s，根据E＝ Δt ΔΦ ΔB n ，得回路中的感应电动势E＝ S＝0.5×0.08 V＝0.04 V. Δt Δt
问题
类型
应用 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 、欧姆定
知识 律、牛顿定律、函数图象等
三、电磁感应现象中的能量问题
1．能量的转化
感应电流在磁场中受安培力，外力克服安培力 做功 ，将其他形式的能转化为 电能 ，电流做功再将电能转化为 内能 ． 2．实质 电磁感应现象的能量转化，实质是其他形式的能和 电能 之间的转化．
四个规律 左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律 ΔΦ (1)平均电动势 E＝n Δt 应 用 知 识 六类 公式 (2)平动切割电动势 E＝Blv 1 2 (3)转动切割电动势 E＝ Bl ω 2 E (4)闭合电路的欧姆定律 I＝ R＋r (5)安培力 F＝BIl (6)牛顿运动定律的相关公式等
3.电磁感应现象中能量的三种计算方法
(1)利用克服安培力求解：电磁感应中产生的电能等于克服 安培力 所做的功． (2)利用能量守恒求解：机械能的减少量等于产生的 电能 ．
(3)利用电路特征来求解：通过电路中所产生的电热来计算．
2
抓重难点
动手演练
掌握提分技巧
重难点 1
电磁感应现象中的电路问题
1．电磁感应中电路知识的关系图