第2.5讲 电磁感应电路图像问题 (共26张PPT) 高二物理同步课件（人教版2019选择性必修第二册）

(共26张PPT)
第3讲　电磁感应中的电路和图像问题
提能点(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
提能点(一)　电磁感应中的电路问题
2．“三步走”分析电路为主的电磁感应问题
如图所示，一宽2L的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里，一边长为L的正方形导线框abcd位于纸面内，以垂直于磁场边界的恒定速度v通过磁感强强度B的磁场区域，试画出Uab随时间变化规律图
Uab
t
O
t
[例1] (多选)如图所示，由某种粗细均匀的金属条制成的矩形线框abcd固定在纸面内，匀强磁场垂直纸面向里。一导体棒PQ放在线框上，在水平拉力F作用下沿平行ab的方向匀速滑动，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．通过PQ的电流先增大后减小B．PQ两端电压先增大后减小C．拉力F的功率先减小后增大D．通过ad的电流先增大后减小
BC
考法(一)　导体棒平动切割的电路问题
1．(2020·新乡检测)用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导体线框、以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图所示。在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud。下列判断正确的是(　 　)
A．Ua＜Ub＜Uc＜Ud　　　B．Ua＜Ub＜Ud＜UcC．Ua＝Ub＝Uc＝Ud D．Ub＜Ua＜Ud＜Uc
B
考法(二)　导体棒转动切割的电路问题
A
考法(三)　磁场变化引起的电路问题
3．(2020·天津等级考)如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t均匀变化。正方形硬质金属框abcd放置在磁场中，金属框平面与磁场方向垂直，电阻R＝0.1 Ω，边长l＝0.2 m。求：
(1)在t＝0到t＝0.1 s时间内，金属框中的感应电动势E；(2)t＝0.05 s时，金属框ab边受到的安培力F的大小和方向；(3)在t＝0到t＝0.1 s时间内，金属框中电流的电功率P。
提能点(二)　电磁感应中的图像问题
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。
2．电磁感应图像问题的常见种类及分析方法
3．解答选择类图像问题的常用方法
[例1]如图甲所示，矩形线圈abcd位于匀强磁场中，磁场方向垂直线圈所在平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示.以图中箭头所示方向为线圈中感应电流i的正方向，以垂直于线圈所在平面向里为磁感应强度B的正方向，则下列图中能正确表示线圈中感应电流i随时间t变化规律的是（ ）
c
考法(一)　根据给定的电磁感应过程选择有关图像
【例2】如图所示，一宽40cm的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里，一边长为20cm的正方形导线框位于纸面内，以垂直于磁场边界的恒定速度通过磁场区域，在运动过程中，线框有一边始终与磁场区域的边界平行，取它刚进入磁场的时刻，规定电流方向逆时针为正，在如图所示图线中，正确反映感应电流强度随时间变化规律的是（ ）
c
考法(一)　根据给定的电磁感应过程选择有关图像
★线圈进、出方向不变磁场，线圈中感应电流方向反向
[例3]　如图所示，一底边长为L、底边上的高也为L的等腰三角形导体线框以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过长为2L、宽为L的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里.t＝0时刻，三角形导体线框的右边刚进入磁场，取沿逆时针方向的感应电流为正方向，则在三角形导体线框穿过磁场区域的过程中，感应电流i随时间t变化的图线可能是( )
A
三角形导体线框进、出磁场时，有效切割长度L有都变小，则I也变小.
再根据楞次定律及安培定则，可知进、出磁场时感应电流的方向相反，进磁场时感应电流方向为正方向，出磁场时感应电流方向为负方向，
故选A.
t
O
i
如图所示，一宽2L的匀强磁场区域，一边长为L的正方形导线框abcd位于纸面内，以垂直于磁场边界的恒定速度v通过磁感强强度B的磁场区域，规定电流方向逆时针为正，试画出感应电流随时间变化规律图
[针对训练]
2．(多选)如图所示，水平面上固定一个顶角为60°的光滑金属导轨MON，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m的导体棒CD与∠MON的角平分线垂直，导轨与棒单位长度的电阻均为r。t＝0时刻，棒CD在水平外力F的作用下从O点以恒定速度v0沿∠MON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(　　)
ABC
[例3]　(2019·全国卷Ⅱ)(多选)如图，两条光滑平行金属导轨固定，所在平面与水平面夹角为θ，导轨电阻忽略不计。虚线ab、cd均与导轨垂直，在ab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PQ进入磁场时加速度恰好为零。从PQ进入磁场开始计时，到MN离开磁场区域为止，流过PQ的电流随时间变化的图像可能正确的是(　 　)
AD
[解析]　PQ刚进入磁场时，加速度为零，则mgsin θ＝BIL， ，即电流恒定；由题意知，MN刚进入磁场时与PQ刚进入磁场时速度相同。
情形1：若MN刚进入磁场时，PQ已离开磁场区域，则对MN，由mgsin θ＝BIL及右手定则知，通过PQ的电流大小不变，方向相反，故I t图像如选项A所示。
情形2：若MN刚进入磁场时，PQ未离开磁场区域，由于两导体棒速度相等，产生的电动势等大、反向，故电流为0，但两导体棒在重力作用下均加速直至PQ离开磁场，此后MN为电源，由E＝BLv，I＝E/R总，BIL－mgsin θ＝ma知，MN减速，电流减小，可能的I t图像如选项D所示。
[针对训练]
1．(2019·全国卷Ⅲ)(多选)如图，方向竖直向下的匀强磁场中有两根位于同一水平面内的足够长的平行金属导轨，两相同的光滑导体棒ab、cd静止在导轨上。t＝0时，棒ab以初速度v0向右滑动。运动过程中，ab、cd始终与导轨垂直并接触良好，两者速度分别用v1、v2表示，回路中的电流用I表示。下列图像中可能正确的是(　 　)
AC
考法(二)　根据给定的图像分析电磁感应过程
[例2]　(2020·浙江7月选考)如图1所示，在绝缘光滑水平桌面上，以O为原点、水平向右为正方向建立x轴，在0≤x≤1.0 m区域内存在方向竖直向上的匀强磁场。桌面上有一边长L＝0.5 m、电阻R＝0.25 Ω的正方形线框abcd，当平行于磁场边界的cd边进入磁场时，在沿x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。若以cd边进入磁场时作为计时起点，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2所示，在0≤t≤1.3 s内线框始终做匀速运动。
(1)求外力F的大小；(2)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；(3)求在0≤t≤1.3 s内流过导线横截面的电荷量q。
1．(2021·太原模拟) (多选)如图，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，导线框右侧有两个宽度也为L的有界匀强磁场，磁感应强度大小均为B、方向分别竖直向下和竖直向上。t＝0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合，随后导线框在外力作用下，以速度v匀速进入并通过磁场区城。规定电流 i沿逆时针方向时为正，磁感线竖直向下时磁通量Φ为正，安培力的合力F向左为正。则以下关于Φ、i、F和线框中的电功率P随时间变化的图像正确的是(　 　)
BD
[巩固提升]
2．(2020·江苏高考)如图所示，电阻为0.1 Ω的正方形单匝线圈abcd的边长为0.2 m，bc边与匀强磁场边缘重合。磁场的宽度等于线圈的边长，磁感应强度大小为0.5 T。在水平拉力作用下，线圈以8 m/s的速度向右穿过磁场区域。求线圈在上述过程中
[巩固提升]
(1)感应电动势的大小E；(2)所受拉力的大小F；(3)感应电流产生的热量Q。
祝同学们学习愉快