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高考物理一轮复习第11章专题突破12电磁感应中的电路、图像问题课件
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这是一份高考物理一轮复习第11章专题突破12电磁感应中的电路、图像问题课件，共35页。PPT课件主要包含了细研考点·突破题型，答案见解析等内容，欢迎下载使用。
1．电磁感应中电路知识的关系图
突破一 电磁感应中的电路问题 师生共研
湖南卷 2022·T10
2．“三步走”分析电路为主的电磁感应问题
[典例1] (2023·浙江台州质检)如图所示，两光滑的足够长导轨固定在绝缘水平面上，导轨间距最窄处为一狭缝O，以O为原点、水平向右为x轴正方向建立直线坐标系，两导轨与x轴的夹角均为α＝37°，一阻值R＝100 Ω的电阻和电容为C＝4 000 μF的不带电电容器分别与导轨左端相连。x>0 的区域内分布着垂直于纸面向里的磁场，磁感应强度大小沿y轴不变，沿x轴为B＝ ，
导轨上一金属棒ab与x轴垂直，在外力F作用下从O点开始以速度v＝0.5 m/s向右匀速运动，金属棒在运动过程中与导轨始终保持良好接触，不计金属棒和导轨的电阻，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8。求：
(1)棒ab运动到x1＝0.2 m时，流过电阻R的电流大小；
[解析] 棒ab运动到x1＝0.2 m时，磁感应强度B1＝2 T，有效切割长度为l1＝2x1tan α＝0.3 m则感应电动势E1＝B1l1v＝0.3 V
[答案] 3×10－3 A
(2)棒ab从x1＝0.2 m运动到x2＝0.8 m的过程中，外力F与x的关系；
(3)棒ab从x1＝0.2 m运动到x2＝0.8 m的过程中，流过棒的电荷量。
[跟进训练] 1．(感生电动势电路分析)(多选)如图1，线圈A(图中实线，共100匝)的横截面积为0.3 m2，总电阻r＝2 Ω，A右侧所接电路中，电阻R1＝2 Ω，R2＝6 Ω，电容C＝3 μF，开关S1闭合。A中有横截面积为0.2 m2 的区域D(图中虚线)，D内有如图2所示的变化磁场，t＝0时刻，磁场方向垂直于线圈平面向里。下列判断正确的是( )
图1 图2 A．闭合S2，电路稳定后，通过R2的电流由b流向a B．闭合S2，电路稳定后，通过R2的电流大小为0.4 A C．闭合S2，电路稳定后再断开S1，通过R2的电流由b流向a D．闭合S2，电路稳定后再断开S1，通过R2的电荷量为7.2×10－6 C
2．(动生电动势电路分析)(多选)如图所示，半径为r＝1 m的导体环固定在水平面上，且导体环处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B＝2 T，从上向下看长为1 m的导体棒沿顺时针方向以ω＝4 rad/s的角速度绕导体环的中心O转动，导体棒和导体环始终接触良好，把导体棒的一端和导体环的边缘用导线连接成如图所示的电路，已知定值电阻R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，R3＝15 Ω，导体棒的电阻为r0＝2 Ω，电容器的电容为C＝2×10－6 F，导线、导体环的电阻均可忽略，电流表为理想电流表。则下列说法正确的是( )
A．O点的电势比M点的电势低 B．流过导体棒的电流为 A C．定值电阻R2消耗的电功率为0.54 W D．若切断a、b间的导线，电路稳定后流过电流表的电荷量为6.4×10－6 C
1．题型简述 借助图像考查电磁感应的规律，一直是高考的热点，此类题目一般分为三类： (1)根据给定的电磁感应过程判断、选择有关图像。 (2)根据给定的图像分析电磁感应过程，定性或定量求解有关问题。 (3)电磁感应中图像的转化——根据给定的图像分析、判断其他图像。
突破二 电磁感应中的图像问题 多维探究
2．常见类型及分析方法
3．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。 4．解答选择类图像问题的常用方法 (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像进行分析和判断。
角度1 根据给定的电磁感应过程选择有关图像 [典例2] (多选)(2022·河北卷)如图，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，一根导轨位于x轴上，另一根由ab、bc、cd三段直导轨组成，其中bc段与x轴平行，导轨左端接入一电阻R。导轨上一金属棒MN沿x轴正向以速度v0保持匀速运动，t＝0时刻通过坐标原点O，金属棒始终与x轴垂直。设运动过程中通过电阻的电流强度为i，金属棒受到安培力的大小为F，金属棒克服安培力做功的功率为P，电阻两端的电压为U，导轨与金属棒接触良好，忽略导轨与金属棒的电阻。下列图像可能正确的是( )
A B C D
角度2 根据给定的图像分析电磁感应过程 [典例3] 如图甲所示，在光滑绝缘水平面上的0≤x≤1.0 m区域内存在方向垂直平面向外的匀强磁场。一电阻值R＝0.5 Ω、边长L＝0.5 m的正方形金属框abcd，右边界cd恰好位于磁场边界。若以cd边进入磁场时作为计时起点，线框受到一沿x轴正方向的外力F作用下以v＝1.0 m/s 的速度做匀速运动，直到ab边进入磁场时撤去外力。在0≤t≤1.0 s内磁感应强度B的大小与时间t的关系如图乙所示，在0≤t≤1.3 s内线框始终做匀速运动。
甲 乙
[解析] 根据题意，撤去外力后，线框匀速离开磁场，则线框所受安培力为零，电流为0，磁通量不变，则有Φ1＝Φ，t1＝1.0 s时，B1＝0.5 T，磁通量Φ1＝B1L2，t时刻，磁通量Φ＝BL[L－v(t－t1)] 得B＝ 。
(1)在1.0 s≤t≤1.3 s内存在连续变化的磁场，求磁感应强度B的大小与时间t的关系式；
(2)求在0≤t≤1.3 s内流过导线横截面的电荷量q。
[答案] 0.25 C
角度3 电磁感应中的图像转换 [典例4] (多选)如图甲所示，光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成θ角，M、P两端接一电阻R，整个装置处于方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。t＝0时对金属棒施加一平行于导轨的外力F，使金属棒由静止开始沿导轨向上运动，金属棒电阻为r，导轨电阻忽略不计。已知通过电阻R的感应电流I随时间t变化的关系如图乙所示。下列关于棒的运动速度v、闭合回路中磁通量的变化率 、外力F以及流过R的电荷量q随时间变化的图像正确的是( )
A B C D
1．电磁感应中电路知识的关系图
突破一 电磁感应中的电路问题 师生共研
湖南卷 2022·T10
2．“三步走”分析电路为主的电磁感应问题
[典例1] (2023·浙江台州质检)如图所示，两光滑的足够长导轨固定在绝缘水平面上，导轨间距最窄处为一狭缝O，以O为原点、水平向右为x轴正方向建立直线坐标系，两导轨与x轴的夹角均为α＝37°，一阻值R＝100 Ω的电阻和电容为C＝4 000 μF的不带电电容器分别与导轨左端相连。x>0 的区域内分布着垂直于纸面向里的磁场，磁感应强度大小沿y轴不变，沿x轴为B＝ ，
导轨上一金属棒ab与x轴垂直，在外力F作用下从O点开始以速度v＝0.5 m/s向右匀速运动，金属棒在运动过程中与导轨始终保持良好接触，不计金属棒和导轨的电阻，sin 37°＝0.6，cs 37°＝0.8。求：
(1)棒ab运动到x1＝0.2 m时，流过电阻R的电流大小；
[解析] 棒ab运动到x1＝0.2 m时，磁感应强度B1＝2 T，有效切割长度为l1＝2x1tan α＝0.3 m则感应电动势E1＝B1l1v＝0.3 V
[答案] 3×10－3 A
(2)棒ab从x1＝0.2 m运动到x2＝0.8 m的过程中，外力F与x的关系；
(3)棒ab从x1＝0.2 m运动到x2＝0.8 m的过程中，流过棒的电荷量。
[跟进训练] 1．(感生电动势电路分析)(多选)如图1，线圈A(图中实线，共100匝)的横截面积为0.3 m2，总电阻r＝2 Ω，A右侧所接电路中，电阻R1＝2 Ω，R2＝6 Ω，电容C＝3 μF，开关S1闭合。A中有横截面积为0.2 m2 的区域D(图中虚线)，D内有如图2所示的变化磁场，t＝0时刻，磁场方向垂直于线圈平面向里。下列判断正确的是( )
图1 图2 A．闭合S2，电路稳定后，通过R2的电流由b流向a B．闭合S2，电路稳定后，通过R2的电流大小为0.4 A C．闭合S2，电路稳定后再断开S1，通过R2的电流由b流向a D．闭合S2，电路稳定后再断开S1，通过R2的电荷量为7.2×10－6 C
2．(动生电动势电路分析)(多选)如图所示，半径为r＝1 m的导体环固定在水平面上，且导体环处在竖直向上的匀强磁场中，磁感应强度大小为B＝2 T，从上向下看长为1 m的导体棒沿顺时针方向以ω＝4 rad/s的角速度绕导体环的中心O转动，导体棒和导体环始终接触良好，把导体棒的一端和导体环的边缘用导线连接成如图所示的电路，已知定值电阻R1＝4 Ω，R2＝6 Ω，R3＝15 Ω，导体棒的电阻为r0＝2 Ω，电容器的电容为C＝2×10－6 F，导线、导体环的电阻均可忽略，电流表为理想电流表。则下列说法正确的是( )
A．O点的电势比M点的电势低 B．流过导体棒的电流为 A C．定值电阻R2消耗的电功率为0.54 W D．若切断a、b间的导线，电路稳定后流过电流表的电荷量为6.4×10－6 C
1．题型简述 借助图像考查电磁感应的规律，一直是高考的热点，此类题目一般分为三类： (1)根据给定的电磁感应过程判断、选择有关图像。 (2)根据给定的图像分析电磁感应过程，定性或定量求解有关问题。 (3)电磁感应中图像的转化——根据给定的图像分析、判断其他图像。
突破二 电磁感应中的图像问题 多维探究
2．常见类型及分析方法
3．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。 4．解答选择类图像问题的常用方法 (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像进行分析和判断。
角度1 根据给定的电磁感应过程选择有关图像 [典例2] (多选)(2022·河北卷)如图，两光滑导轨水平放置在竖直向下的匀强磁场中，一根导轨位于x轴上，另一根由ab、bc、cd三段直导轨组成，其中bc段与x轴平行，导轨左端接入一电阻R。导轨上一金属棒MN沿x轴正向以速度v0保持匀速运动，t＝0时刻通过坐标原点O，金属棒始终与x轴垂直。设运动过程中通过电阻的电流强度为i，金属棒受到安培力的大小为F，金属棒克服安培力做功的功率为P，电阻两端的电压为U，导轨与金属棒接触良好，忽略导轨与金属棒的电阻。下列图像可能正确的是( )
A B C D
角度2 根据给定的图像分析电磁感应过程 [典例3] 如图甲所示，在光滑绝缘水平面上的0≤x≤1.0 m区域内存在方向垂直平面向外的匀强磁场。一电阻值R＝0.5 Ω、边长L＝0.5 m的正方形金属框abcd，右边界cd恰好位于磁场边界。若以cd边进入磁场时作为计时起点，线框受到一沿x轴正方向的外力F作用下以v＝1.0 m/s 的速度做匀速运动，直到ab边进入磁场时撤去外力。在0≤t≤1.0 s内磁感应强度B的大小与时间t的关系如图乙所示，在0≤t≤1.3 s内线框始终做匀速运动。
甲 乙
[解析] 根据题意，撤去外力后，线框匀速离开磁场，则线框所受安培力为零，电流为0，磁通量不变，则有Φ1＝Φ，t1＝1.0 s时，B1＝0.5 T，磁通量Φ1＝B1L2，t时刻，磁通量Φ＝BL[L－v(t－t1)] 得B＝ 。
(1)在1.0 s≤t≤1.3 s内存在连续变化的磁场，求磁感应强度B的大小与时间t的关系式；
(2)求在0≤t≤1.3 s内流过导线横截面的电荷量q。
[答案] 0.25 C
角度3 电磁感应中的图像转换 [典例4] (多选)如图甲所示，光滑平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成θ角，M、P两端接一电阻R，整个装置处于方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。t＝0时对金属棒施加一平行于导轨的外力F，使金属棒由静止开始沿导轨向上运动，金属棒电阻为r，导轨电阻忽略不计。已知通过电阻R的感应电流I随时间t变化的关系如图乙所示。下列关于棒的运动速度v、闭合回路中磁通量的变化率 、外力F以及流过R的电荷量q随时间变化的图像正确的是( )
A B C D
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