专题1-电磁感应中的电路和图象问题课件.ppt

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1、1创新设计创新设计专题专题1电磁感应中的电路和图象问题电磁感应中的电路和图象问题2创新设计创新设计1.电磁感应中电路知识的关系图电磁感应中电路知识的关系图电磁感应中的电路问题电磁感应中的电路问题3创新设计创新设计2.分析电磁感应电路问题的基本思路分析电磁感应电路问题的基本思路4创新设计创新设计【例【例1】如图如图1所示,平行且足够长的粗糙导轨所示,平行且足够长的粗糙导轨bf、de与水平面的夹角与水平面的夹角53,bf、de间有垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场;在导轨间有垂直于导轨所在平面向上的匀强磁场;在导轨bd处接有水平放置的处接有水平放置的电路,其中电路,其中R13,R26,R30,电压表

2、量程为,电压表量程为01 V,电流表量程,电流表量程为为00.3 A;一质量;一质量m0.4 kg、电阻、电阻r2 的金属杆的金属杆MN平行于平行于bd放置在导轨放置在导轨上,上,MN与导轨接触良好。由静止释放与导轨接触良好。由静止释放MN,MN沿导轨运动,当沿导轨运动,当MN达到最大达到最大速度时,两表中有一表的示数恰好满量程,另一表能安全使用。已知速度时,两表中有一表的示数恰好满量程,另一表能安全使用。已知MN与导与导轨间的动摩擦因数轨间的动摩擦因数0.5,导轨电阻不计,电表均为理想电表,导轨电阻不计,电表均为理想电表,g取取10 m/s2,sin 530.8,cos 530.6。当。当M

3、N达到最大速度时,求:达到最大速度时,求:5创新设计创新设计图图1(1)MN两端的电压;两端的电压;(2)重力对重力对MN做功的功率。做功的功率。6创新设计创新设计故只能是电压表满偏,电流表安全工作故只能是电压表满偏,电流表安全工作电路外电阻电路外电阻R外外R并并R18 MN两端电压两端电压UMNIR外外1.6 V。(2)设磁感应强度为设磁感应强度为B,MN长度为长度为L,最大速度为,最大速度为v,此时,此时MN切割磁感线产生的切割磁感线产生的感应电动势感应电动势EBLv7创新设计创新设计由闭合电路欧姆定律得由闭合电路欧姆定律得EUMNIr由平衡条件得由平衡条件得mgsin 53mgcos 5

4、3ILB联立解得联立解得E2 V,BL10 Tm,v0.2 m/s重力做功的功率重力做功的功率PGmgsin 53v0.64 W。答案答案(1)1.6 V(2)0.64 W8创新设计创新设计1.(多选多选)如图如图2所示,光滑的金属框所示,光滑的金属框CDEF水平放置,宽为水平放置,宽为L,在,在E、F间连接一阻值间连接一阻值为为R的定值电阻,在的定值电阻,在C、D间连接一滑动变阻器间连接一滑动变阻器R1(0R12R)。框内存在着竖直。框内存在着竖直向下的匀强磁场。一长为向下的匀强磁场。一长为L,电阻为,电阻为R的导体棒的导体棒AB在外力作用下以速度在外力作用下以速度v匀速向匀速向右运动,金属

5、框电阻不计,导体棒与金属框接触良好且始终垂直,下列说法正右运动,金属框电阻不计,导体棒与金属框接触良好且始终垂直,下列说法正确的是确的是()图图29创新设计创新设计10创新设计创新设计答案答案AD11创新设计创新设计2.(多选多选)如图如图3甲所示,发光竹蜻蜓是一种常见的儿童玩具,它在飞起时能够持续发甲所示,发光竹蜻蜓是一种常见的儿童玩具,它在飞起时能够持续发光。某同学对竹蜻蜓的电路作如下简化:如图乙所示,半径为光。某同学对竹蜻蜓的电路作如下简化:如图乙所示,半径为L的导电圆环绕垂的导电圆环绕垂直于圆环平面、通过圆心直于圆环平面、通过圆心O的金属轴的金属轴O1O2以角速度以角速度逆时针匀速转动

6、逆时针匀速转动(俯视俯视)。圆环。圆环上接有电阻均为上接有电阻均为r的三根金属辐条的三根金属辐条OP、OQ、OR,辐条互成,辐条互成120角。在圆环左半角。在圆环左半部分张角也为部分张角也为120角的范围内角的范围内(两条虚线之间两条虚线之间)分布着垂直圆环平面向下磁感应强分布着垂直圆环平面向下磁感应强度为度为B的匀强磁场,在转轴的匀强磁场,在转轴O1O2与圆环的边缘之间通过电刷与圆环的边缘之间通过电刷M、N与一个与一个LED灯灯相连。假设相连。假设LED灯电阻为灯电阻为r,其他电阻不计,从辐条,其他电阻不计,从辐条OP进入磁场开始计时。在辐进入磁场开始计时。在辐条条OP转过转过120的过程中

7、,下列说法中正确的是的过程中,下列说法中正确的是()12创新设计创新设计图图313创新设计创新设计答案答案BCD14创新设计创新设计1.解题关键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。场的转折点等是解决此类问题的关键。2.电磁感应中图象类选择题的两个常用方法电磁感应中图象类选择题的两个常用方法电磁感应中的图象问题电磁感应中的图象问题排除法排除法定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小增大还是减小)、变

8、化快慢变化快慢(均匀变化还是非均匀变化均匀变化还是非均匀变化),特别是分析物理量的正,特别是分析物理量的正负,以排除错误的选项。负,以排除错误的选项。函数法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。后由函数关系对图象进行分析和判断。15创新设计创新设计考向考向【例【例2】(多选多选)(2018全国全国卷,卷,20)如图如图4(a),在同一平面,在同一平面内固定有一长直导线内固定有一长直导线PQ和一导线框和一导线框R,R在在PQ的右侧。导的右侧。导线线PQ中通有正弦交流电中通有正弦交流电i,

9、i的变化如图的变化如图(b)所示,规定从所示,规定从Q到到P为电流正方向。导线框为电流正方向。导线框R中的感应电动势中的感应电动势()根据图象分析判断电磁感应过程根据图象分析判断电磁感应过程图图416创新设计创新设计答案答案AC17创新设计创新设计考向考向【例【例3】如图如图5所示,直角三角形所示,直角三角形ADC区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场,区域内有垂直于纸面向外的匀强磁场,AD边长为边长为2L,直角三角形导线框,直角三角形导线框abc与直角三角形与直角三角形ADC相似,相似,ab边长为边长为L,ACDacb30,线框在纸面内,且,线框在纸面内,且bc边和边和DC边在同一直线上,边在同一

10、直线上,bc边为边为导线,电阻不计,导线,电阻不计,ab边和边和ac边由粗细均匀的金属杆弯折而成。现用外力使线框边由粗细均匀的金属杆弯折而成。现用外力使线框以速度以速度v匀速向右运动通过磁场区域,则线框在通过磁场的过程中,匀速向右运动通过磁场区域,则线框在通过磁场的过程中,Uab随时间随时间变化的关系图象正确的是变化的关系图象正确的是()根据电磁感应过程选择图象根据电磁感应过程选择图象图图518创新设计创新设计19创新设计创新设计答案答案B20创新设计创新设计【拓展提升】【拓展提升】在在【例【例3】中,仅将直角三角形导线框中,仅将直角三角形导线框abc换成边长为换成边长为L的正方形导的正方形导

11、线框线框abcd,其他条件不变,如图,其他条件不变,如图6所示。取逆时针方向为电流正方向,则线框在所示。取逆时针方向为电流正方向,则线框在匀速通过磁场的过程中,线框中的电流随时间变化的关系图象正确的是匀速通过磁场的过程中,线框中的电流随时间变化的关系图象正确的是()图图621创新设计创新设计解析解析线框进入磁场的过程中,根据右手定则判断知回路中感应电流沿顺时针线框进入磁场的过程中,根据右手定则判断知回路中感应电流沿顺时针方向,即方向,即i0,选项,选项A错误;线框完全在磁场中向右匀速运动过程中,磁通量没错误;线框完全在磁场中向右匀速运动过程中,磁通量没有变化,回路中的感应电流为零,选项有变化,

12、回路中的感应电流为零,选项B错误;线框从如图所示位置运动到错误;线框从如图所示位置运动到C点点出磁场之前的过程中,回路中有逆时针方向、大小不变的感应电流,但小于线出磁场之前的过程中,回路中有逆时针方向、大小不变的感应电流,但小于线框进入磁场时回路中的感应电流,选项框进入磁场时回路中的感应电流,选项C正确,正确,D错误。错误。答案答案C22创新设计创新设计考向考向【例【例4】(多选多选)(2019全国全国卷,卷,21)如图如图7,两条光滑平行金属导轨固定,所在平,两条光滑平行金属导轨固定,所在平面与水平面夹角为面与水平面夹角为,导轨电阻忽略不计。虚线,导轨电阻忽略不计。虚线ab、cd均与导轨垂直

13、,在均与导轨垂直,在ab与与cd之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场。将两根相同的导体棒之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场。将两根相同的导体棒PQ、MN先后自导轨上同一位置由静止释放,两者始终与导轨垂直且接触良好。已知先后自导轨上同一位置由静止释放,两者始终与导轨垂直且接触良好。已知PQ进入磁场时加速度恰好为零。从进入磁场时加速度恰好为零。从PQ进入磁场开始计时,到进入磁场开始计时,到MN离开磁场区域为止离开磁场区域为止,流过,流过PQ的电流随时间变化的图象可能正确的是的电流随时间变化的图象可能正确的是()电磁感应中双电源问题与图象的综合电磁感应中双电源问题与图象的综合图图723

14、创新设计创新设计24创新设计创新设计答案答案AD25创新设计创新设计1.(多选多选)(2020温州十五校联考温州十五校联考)如图如图8所示,所示,M、N为同一水平面内为同一水平面内的两条平行长直导轨,左端串联电阻的两条平行长直导轨,左端串联电阻R,金属杆,金属杆ab垂直于导轨放垂直于导轨放置,金属杆和导轨的电阻不计,杆与导轨间接触良好且无摩擦,置,金属杆和导轨的电阻不计,杆与导轨间接触良好且无摩擦,整个装置处于竖直方向的匀强磁场中。现对金属杆整个装置处于竖直方向的匀强磁场中。现对金属杆ab施加一个与施加一个与其垂直的水平方向的恒力其垂直的水平方向的恒力F,使金属杆从静止开始运动。在运动,使金属

15、杆从静止开始运动。在运动过程中,金属杆的速度大小为过程中,金属杆的速度大小为v,R上消耗的总能量为上消耗的总能量为E,则,则v、E随时间变化的图象可能正确的是图中的随时间变化的图象可能正确的是图中的()图图826创新设计创新设计答案答案AD27创新设计创新设计2.如图如图9甲所示,相距为甲所示,相距为L的金属导轨的金属导轨MN、PQ倾斜放置,与水平方向夹角为倾斜放置,与水平方向夹角为,在,在NQ上接一阻值为上接一阻值为R的电阻,装置处于与的电阻,装置处于与MN、PQ所在平面垂直的匀强磁场中。现所在平面垂直的匀强磁场中。现有一根长度为有一根长度为L、质量为、质量为m、电阻为、电阻为r的金属杆的金

16、属杆ab垂直放置在导轨上,接触良好。垂直放置在导轨上,接触良好。用与杆垂直的外力用与杆垂直的外力F使使ab杆沿导轨向上运动时,电阻杆沿导轨向上运动时,电阻R的电功率随时间变化的的电功率随时间变化的Pt图象如图乙所示,为一条抛物线。则外力图象如图乙所示,为一条抛物线。则外力F、杆的运动速度、杆的运动速度v、杆的加速度、杆的加速度a随时随时间间t,克服重力做功的功率,克服重力做功的功率PG随位移随位移x的变化规律可能正确的是的变化规律可能正确的是A、B、C、D图中图中的的()28创新设计创新设计图图929创新设计创新设计答案答案A30创新设计创新设计3.如图如图10所示为两个有界匀强磁场,磁感应强

17、度大小均为所示为两个有界匀强磁场,磁感应强度大小均为B,方向分,方向分别垂直于纸面向里和向外,磁场宽度均为别垂直于纸面向里和向外,磁场宽度均为L,距磁场区域的左侧,距磁场区域的左侧L处有一边长为处有一边长为L的正方形导体线框,总电阻为的正方形导体线框,总电阻为R,且线框平面与磁,且线框平面与磁场方向垂直。现用外力场方向垂直。现用外力F使线框以速度使线框以速度v匀速穿过磁场区域,以初匀速穿过磁场区域,以初始位置为计时起点,规定电流沿逆时针方向时的电动势始位置为计时起点,规定电流沿逆时针方向时的电动势E为正,磁为正,磁感线垂直纸面向里时磁通量感线垂直纸面向里时磁通量的方向为正,外力的方向为正,外力

18、F向右为正。线框向右为正。线框中的磁通量中的磁通量、感应电动势、感应电动势E、外力、外力F和电功率和电功率P随时间变化的图象随时间变化的图象正确的是图中的正确的是图中的()图图1031创新设计创新设计解析解析线框运动线框运动L时开始进入磁场,磁通量开始增大,当线框全部进入时,磁通时开始进入磁场,磁通量开始增大,当线框全部进入时,磁通量达到最大,此后向外的磁通量增大,总磁通量减小,当运动到量达到最大,此后向外的磁通量增大,总磁通量减小,当运动到2.5L时,磁通量时,磁通量最小,故选项最小,故选项A错误;当线框进入第一个磁场时,由错误;当线框进入第一个磁场时,由EBLv可知,可知,E保持不变,保持

19、不变,而开始进入第二个磁场时,两边同时切割磁感线,电动势应为而开始进入第二个磁场时,两边同时切割磁感线,电动势应为2BLv,故选项,故选项B错错误;因安培力总是与运动方向相反,故外力误;因安培力总是与运动方向相反,故外力F应一直向右,故选项应一直向右,故选项C错误;外力错误;外力F的功率的功率PFv,因速度不变,而线框进入第一个磁场时,电流为定值,因速度不变,而线框进入第一个磁场时,电流为定值,F也为定也为定值。两边分别在两个磁场中时,电流加倍,回路中总电动势加倍,功率变为原来值。两边分别在两个磁场中时,电流加倍,回路中总电动势加倍,功率变为原来的的4倍,此后从第二个磁场中离开时,安培力应等于

20、线框进入第一个磁场时的安倍,此后从第二个磁场中离开时,安培力应等于线框进入第一个磁场时的安培力,所以功率应等于进入第一个磁场时的功率,故选项培力,所以功率应等于进入第一个磁场时的功率,故选项D正确。正确。答案答案D32创新设计创新设计4.(多选多选)(2020四川模拟四川模拟)如图如图11所示,水平面上固定一个顶角为所示,水平面上固定一个顶角为60的光滑金属导的光滑金属导轨轨MON,导轨处于磁感应强度大小为,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、方向竖直向下的匀强磁场中,质量为m的导体棒的导体棒CD与与MON的角平分线垂直,导轨与棒单位长度的电阻均为的角平分线垂直,导轨

21、与棒单位长度的电阻均为r。t0时时刻,刻,CD在水平外力在水平外力F的作用下从的作用下从O点以恒定速度点以恒定速度v0沿沿MON的角平分线向右滑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()图图1133创新设计创新设计34创新设计创新设计答案答案ABC35创新设计创新设计5.(多选多选)如图如图12甲所示,在水平桌面上放置边长为甲所示,在水平桌面上放置边长为0.20 m的正方形闭合金属线圈的正方形闭合金属线圈abcd,线圈的匝数为,线圈的匝数为10,总电阻为,总电阻为0.10,线圈与水平桌面间的最

22、大静摩擦力为,线圈与水平桌面间的最大静摩擦力为0.2 N。线圈的右半边处于垂直桌面、均匀分布的磁场中,磁场左边界。线圈的右半边处于垂直桌面、均匀分布的磁场中,磁场左边界MN与线圈与线圈ab、cd两边平行且等距。从两边平行且等距。从t0时刻起,磁场的磁感应强度时刻起,磁场的磁感应强度B随时间随时间t的变化规律的变化规律如图乙所示。假设垂直桌面向下为正方向,重力加速度如图乙所示。假设垂直桌面向下为正方向,重力加速度g10 m/s2,下列说法正,下列说法正确的是确的是()图图1236创新设计创新设计A.t1 s时线圈受到的安培力为零时线圈受到的安培力为零B.t6 s时线圈即将向右滑动时线圈即将向右滑动C.线圈滑动前,其导线中的电流一直为线圈滑动前,其导线中的电流一直为0.4 AD.线圈滑动前,其产生的焦耳热为线圈滑动前,其产生的焦耳热为2.4102 J37创新设计创新设计答案答案AD38本节内容结束

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