高考物理一轮复习 9.3（小专题）电磁感应中的电路和图象问题课件（选修3-2）.ppt

第3课时 小专题 电磁感应中的电路和图象问题 突破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 分析电磁感应电路问题的基本思路 典例1 如图1所示 R1 5 R2 6 电压表与电流表的量程分别为0 10V和0 3A 电表均为理想电表 导体棒ab与导轨电阻均不计 且导轨光滑 导轨平面水平 ab棒处于匀强磁场中 图1 1 当变阻器R接入电路的阻值调到30 且用F1 40N的水平拉力向右拉ab棒并使之达到稳定速度v1时 两表中恰好有一表满偏 而另一表又能安全使用 则此时ab棒的速度v1是多少 2 当变阻器R接入电路的阻值调到3 且仍使ab棒的速度达到稳定时 两表中恰有一表满偏 而另一表能安全使用 则此时作用于ab棒的水平向右的拉力F2是多大 变式训练 1 如图2所示 边长L 0 20m的正方形导线框ABCD由粗细均匀的同种材料制成 正方形导线框每边的电阻R0 1 0 金属棒MN与正方形导线框的对角线长度恰好相等 金属棒MN的电阻r 0 20 导线框放置在匀强磁场中 磁场的磁感应强度B 0 50T 方向垂直导线框所在平面向里 金属棒MN与导线框接触良好 且与导线框对角线BD垂直放置在导线框上 金属棒的中点始终在BD连线上 若金属棒以v 4 0m s的速度向右匀速运动 当金属棒运动至AC的位置时 求 计算结果保留两位有效数字 图2 1 金属棒产生的电动势大小 2 金属棒MN上通过的电流大小和方向 3 导线框消耗的电功率 突破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 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 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 解决这类问题的基本方法 1 明确图象的种类 是B t图象还是 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 图线与横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 题型一图象的选择 典例2 2014 新课标全国卷 18 如图3 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3 解析由题图 b 可知c d间的电压大小是不变化的 根据法拉第电磁感应定律可判断出线圈cd中磁通量的变化率是不变的 又因已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比 所以线圈ab中的电流是均匀变化的 选项C正确 A B D均错误 答案C 图4 题型二图象的转换 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 中 回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场 以向里为磁场 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 图5 变式训练 3 如图6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图中的 图6 题型三图象的应用 典例4 多选 在运动会上的100m赛跑跑道两侧设有跟踪仪 其原理如图7甲所示 水平面上两根足够长的金属导轨平行固定放置 间距为L 0 5m 一端通过导线与阻值为R 0 5 的电阻连接 导轨上放一质量为m 0 5kg的金属杆 金属杆与导轨的电阻忽略不计 匀强磁场方向竖直向下 用与导轨平行的拉力F作用在金属杆上 使杆运动 当改变拉力的大小时 相对应的速度v也会变化 从而使跟踪仪始终与运动员保持一致 已知v和F的关系如图乙所示 取重力加速度g 10m s2 则 图7 A 金属杆受到的拉力与速度成正比B 该磁场磁感应强度为1TC 图线在横轴的截距表示金属杆与导轨间的阻力大小D 导轨与金属杆之间的动摩擦因数为 0 4 变式训练 4 2014 山东潍坊统考 如图8甲所示 两相互平行的光滑金属导轨水平放置 导轨间距L 0 5m 左端接有电阻R 3 竖直向下的磁场磁感应强度大小随坐标x的变化关系如图乙所示 开始导体棒CD静止在导轨上的x 0处 现给导体棒一水平向右的拉力 使导体棒以1m s2的加速度沿x轴匀加速运动 已知导体棒质量为2kg 电阻为2 导体棒与导轨接触良好 其余电阻不计 求 图8 1 拉力随时间变化的关系式 2 当导体棒运动到x 4 5m处时撤掉拉力 此时导体棒两端的电压 此后电阻R上产生的热量 题型四图象的描绘 典例5 2014 安徽卷 23 如图9所示 匀强磁场的磁感应强度B为0 5T 其方向垂直于倾角 为30 的斜面向上 绝缘斜面上固定有 形状的光滑金属导轨MPN 电阻忽略不计 MP和NP长度均为2 5m MN连线水平 长为3m 以MN中点O为原点 OP为x轴建立一维坐标系Ox 一根粗细均匀的金属杆CD 长度d为3m 质量m为1kg 电阻R为0 3 在拉力F的作用下 从MN处以恒定速度v 1m s在导轨上沿x轴正向运动 金属杆与导轨接触良好 g取10m s2 图9图10 1 求金属杆CD运动过程中产生的感应电动势E及运动到x 0 8m处电势差UCD 2 推导金属杆CD从MN处运动到P点过程中拉力F与位置坐标x的关系式 并在图10中画出F x关系图象 3 求金属杆CD从MN处运动到P点的全过程产生的焦耳热 变式训练 5 相距L 1 5m 足够长的金属导轨竖直放置 质量m1 1kg的金属棒ab和质量m2 0 27kg的金属棒cd 均通过自身两端的套环水平地套在金属导轨上 如图11甲所示 虚线上方磁场的方向垂直纸面向里 虚线下方磁场的方向竖直向下 两处磁场的磁感应强度大小相同 ab棒光滑 cd棒与导轨间的动摩擦因数 0 75 两棒总电阻为1 8 导轨电阻不计 ab棒在方向竖直向上 大小按图乙所示规律变化的外力F作用下 从静止开始沿导轨匀加速运动 同时cd棒也由静止释放 g取10m s2 图11 1 求ab棒加速度的大小和磁感应强度B的大小 2 已知在2s内外力F做了26 8J的功 求这一过程中两金属棒产生的总焦耳热 3 求出cd棒达到最大速度所需的时间t0 并在图丙中定性画出cd棒所受摩擦力fcd随时间变化的图线