高考物理月刊專版-專題09-交變電流和電磁感應電磁感應與電路問題課件

電磁感應與電路問題1.

電磁感應是電磁學的重點，是高中物理中難度較大、綜合性最強的部分．本專題主要討論電磁感應現象中與電路有關的物理問題，即電學知識部分，如電磁感應定律、楞次定律、直流電路知識、磁場知識等多個知識點．近年來，此專題在高考中出現的頻率極高，如感應電流的產生條件、方向判定、自感現象、電磁感應的圖象和導體切割磁感線產生的感應電動勢的計算，且要求較高，幾乎是年年有考。試題題型全面，選擇題，填空題，計算題都可涉及，尤其是難度大，涉及知識合能力強，多以中檔以上題目出現來增加試題的區(qū)分度，點多綜合能力強，多以2.中檔以上題目出現來增加試題的區(qū)分度，而選擇和填空題多以中檔左右的試題出現．本專題在備考中應給予高度重視，強化訓練．重點是感應電流方向的判定；感應電動勢的產生與計算．難點是結合電路中的圖象問題、電流和電壓問題、能量與功率問題、電量問題、自感問題等，通過典型例題、變式訓練達到鞏固知識的目的，培養(yǎng)考生理解能力、分析綜合能力，尤其從實際問題中抽象概括構建物理模型的創(chuàng)新能力．

3.2010年浙江卷19題考查中涉及了楞次定律、法拉第電磁感應定律，側重與其他知識的綜合考查.2011年熱點是滑軌類問題、線框穿越磁場的圖象和能量問題，側重綜合能力和運用數學知識解決物理問題的能力．4.【例一】如圖8-1-1所示，直角三角形導線框abc固定在勻強磁場中，ab是一段長為l、電阻為R的均勻導線，ac和bc的電阻可不計，ac長度為.磁場的磁感應強度為B，方向垂直紙面向里．現有一段長度為、電阻為均勻導體桿MN架在導線框上，開始時緊靠ac以恒定速度v向b端滑動，滑動中始終與ac平行并與導線框保持良好接觸．當MN滑過的距離為時，導線ac中的電流是多大？方向如何？圖8-1-1

電磁感應中的電流、電壓問題5.【分析】

MN勻速切割磁感線，相當于一個直流電源，直角三角形導線框abc為負載電阻，畫出等效電路圖(如圖所示)，再用E=BLv求出感應電動勢的大小，用右手定則判定感應電流的方向，運用閉合電路歐姆定律求解．

6.【解析】外7.

【評析】本題考查了法拉第電磁感應定律、右手定則、電阻串、并聯、閉合電路歐姆定律，但關鍵是找出等效電源、負載，畫出電路圖。8.如圖8-1-2所示，在磁感應強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中，有一質量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質細桿懸掛在O點，并可繞O點擺動．金屬線框從右側某一位置靜止開始釋放，在擺動到左側最高點的過程中，細桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面．則線框中感應電流的方向是()圖8-1-2【變式題1】(2009·浙江)9.【解析】由楞次定律，一開始磁通量減小，后來磁通量增大，由“增反”“減同”可知電流方向是:d→c→b→a→d.A．a→b→c→d→aB．d→c→b→a→dC．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d

【答案】

B10.【變式題2】(2010·上海物理)如圖8-1-3，一有界區(qū)域內，存在著磁感應強度大小均為B，方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強磁場，磁場寬度均為L，邊長為L的正方形線框abcd的bc邊緊靠磁場邊緣置于桌面上，使線框從靜止開始沿x軸正方向勻加速通過磁場區(qū)域，若以逆時針方向為電流的正方向，能反映線框中感應電流變化規(guī)律的是圖()

圖8-1-311.12.【解析】在0～t1，電流均勻增大；在t1～t2，兩邊感應電流方向相同，大小相加，故電流大；在t2～t3，因右邊離開磁場，只有一邊產生感應電流，故電流小，所以選A，B錯誤．同理，因為C是i-x圖象，不是i-t圖象，所以C中是曲線，C正確D錯誤．【答案】AC13.【變式題3】(2009·廣東新洲中學月考)如圖8-1-4甲所示，水平面上的兩光滑金屬導軌平行固定放置，間距d=0.5m，電阻不計，左端通過導線與阻值R=2的電阻連接，右端通過導線與阻值RL=4

的小燈泡L連接．在CDFE矩形區(qū)域內有豎直向上的勻強磁場，CE長l=2m，有一阻值r=2

的金屬棒PQ放置在靠近磁場邊界CD處．CDFE區(qū)域內磁場的磁感應強度B隨時間變化如圖8-1-4乙所示．在t=0至t=4s內，金屬棒PQ保持靜止，在t=4s時使金屬棒PQ以某一速度進入磁場區(qū)域并14.保持勻速運動．已知從t=0開始到金屬棒運動到磁場邊界EF處的整個過程中，小泡燈的亮度沒有發(fā)生變化，求：(1)通過小燈泡的電流．(2)金屬棒PQ在磁場區(qū)域中運動的速度大?。畧D8-1-415.【解析】總16.(2)當金屬棒在磁場區(qū)域中運動時，由金屬

棒切割磁感線產生電動勢，電路為R與RL并

聯，再與r串聯，此時電路的總電阻

總由于燈泡中電流不變，所以燈泡的電流則流過金屬棒的電流為

解得金屬棒PQ在磁場區(qū)域中的速度v=1m/s

電動勢總17.【例二】如圖8-2-1所示，兩足夠長平行光滑的金屬導軌MN、PQ相距為L，導軌平面與水平面夾角a=30°，導軌電阻不計．磁感應強度為B的勻強磁場垂直導軌平面向上，長為L的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導軌上，且始終與導軌電接觸良好，金屬棒的質量為m、電阻為R.兩金屬導軌的上端連接右端電路，燈泡的電阻RL=4R，定值電阻R1=2R，電阻箱電阻調到使R2=12R，重力加速度為g，現將金屬棒由靜止釋放，試求：電磁感應中的電功、電熱問題18.圖8-2-1(1)金屬棒下滑的最大速度為多少？(2)R2為何值時，其消耗的功率最大？最大的功率為多少？19.【解析】總總20.并并21.【變式題1】(2010·溫州八校聯考)如圖8-2-2所示，金屬棒AB垂直跨擱在位于水平面上的兩條平行光滑金屬導軌上，棒與導軌接觸良好，棒AB和導軌電阻均忽略不計．導軌左端接有電阻R，垂直于導軌平面的勻強磁場向下穿過平面．現以水平向右的恒定外力F拉著棒AB向右移動，t秒末棒AB速度為v，移動的距離為l，且在t秒內速度大小一直在變化，則下列判斷正確的是()22.A．t秒內AB棒所受的安培力方向水平向左，大小逐漸增大B．t秒內外力F做的功等于電阻R釋放的電熱C．t秒內AB棒做加速度逐漸減小的加速運動D．t秒末外力F做功的功率等于圖8-2-223.

【解析】金屬棒向右運動，據安培定則可知，AB棒受到的安培力向左，由于向右運動的速度增大，電流增大，所以安培力也逐漸增大，A對；F對棒做的功轉化為棒的動能和R上的電熱，B錯；t秒末F的功率為Fv，v為瞬時速度，由于不是勻加速運動，所以D錯；因為恒力F不變，向左的安培力不斷增大，合力逐漸減小，所以加速度逐漸減小，C對．【答案】AC24.【變式題2】如圖8-2-3所示，平行光滑導軌豎直放置，勻強磁場方向垂直導軌平面，一質量為m的金屬棒a沿導軌滑下，電阻R上消耗的最大功率為P(不計棒及導軌電阻)，要使R上消耗的最大功率為4P，可行的辦法有()A．將磁感應強度變?yōu)樵瓉淼?倍B．將磁感應強度變?yōu)樵瓉淼?/2C．將電阻R變?yōu)樵瓉淼?倍D．將電阻R變?yōu)樵瓉淼?倍圖8-2-325.【解析】【答案】BC26.【變式題3】(2009·福建)一臺小型發(fā)電機產生的電動勢隨時間變化的正弦規(guī)律圖象如圖8-2-4甲所示．已知發(fā)電機線圈內阻為5.0w，現外接一只電阻為95.0w的燈泡，如圖8-2-4乙所示，則()A．電壓表的示數為220VB．電路中的電流方向每秒鐘改變50次C．燈泡實際消耗的功率為484WD．發(fā)電機線圈內阻每秒鐘產生的焦耳熱為24.2J圖8-2-427.【解析】28.【答案】D29.

【例三】

如圖8-3-1所示，在勻強磁場中固定放置一根串接一電阻R的直角形金屬導軌(在紙面內)，磁場方向垂直紙面朝里，另有兩根金屬導軌c、d分別平行于a、b放置，保持導軌之間接觸良好，金屬導軌的電阻不計．現經歷以下四個過程：①以速率v移動d，使它與Ob的距離增大一倍；②再以速率v移動c，使它與Oa的距離減小一半；③然后，再以速率2v移動c，使它回到原處；④最后以速率2v移動d，使它也回到原處．設上述四個過程中通過電阻R的電荷量的大小依次為Q1、Q2、Q3和Q4，則()電磁感應中的電量問題30.A．Q1=Q2=Q3=Q4B．Q1=Q2=2Q3=2Q4C．2Q1=2Q2=Q3=Q4D．Q1Q2=Q3Q4

圖8-3-131.【分析】設開始導軌d與Ob的距離為x1，導軌c與Oa的距離為x2，由法拉第電磁感應定律知，移動c或d時產生的感應電動勢：，通過導體R的電量為：，由上式可知，通過導體R的電量與導體d或c移動的速度無關，由于B與R為定值，其電量取決于所圍成面積的變化．32.【解析】①若導軌d與Ob距離增大一倍，即由x1變2x1，則所圍成的面積增大了DS1=x1

x2；②若導軌c再與Oa距離減小一半，即由x2變?yōu)?，則所圍成的面積又減小了DS2=2x1=x1x2；

③若導軌c再回到原處，此過程面積的變化為

;④最后導軌d又回到原處，此過程面積的變化為；由于，則通過電阻R的電荷量是相等的，即Q1=Q2=Q3=Q4，所以選A.【答案】A33.【評析】本題難度較大，要求考生對法拉第電磁感應定律熟練掌握，明確電量與導軌運動速度無關，而取決于磁通量的變化，同時結合圖形去分析物理過程，考查了考生綜合分析問題的能力．34.【變式題1】如圖8-3-2所示，匝數N=100匝、截面積S=0.2m2、電阻r=0.5

的圓形線圈MN處于垂直紙面向里的勻強磁場內，磁感應強度隨時間按B=0.6+0.02t(T)的規(guī)律變化．處于磁場外的電阻R1=3.5，R2=6

，電容C=30μF，開關S開始時未閉合，求：

(1)閉合S后，線圈兩端M、N兩點間的電壓UMN和電阻R2消耗的電功率；(2)閉合S一段時間后又打開S，則S斷開后通過R2的電荷量為多少？圖8-3-235.【解析】(1)線圈中感應電動勢通過電源的電流強度線圈兩端M、N兩點間的電壓電阻R2消耗的電功率36.

(2)閉合S一段時間后，電路穩(wěn)定，電器C相當于開路，其兩端電壓UC等于R2兩端的電壓，即:

電容器充電后所帶電荷量為:

當S再斷開后，電容器通過電阻R2放電，通過R2的電荷量為7.2×10-6C.37.圖8-3-3如圖8-3-3所示，單匝矩形閉合導線框abcd全部處于磁感應強度為B的水平勻強磁場中，線框面積為S，電阻為R.線框繞與cd邊重合的豎直固定轉軸以角速度w勻速轉動，線框中感應電流的有效值I=

.線框從中性面開始轉過的過程中，通過導線橫截面的電荷量q=

.【變式題2】(2009·天津)38.

【解析】本題考查交變流電的產生和最大值、有效值、平均值的關系及交變電流中有關電荷量的計算等知識．39.【變式題3】如圖8-3-4所示，兩個電阻的阻值分別為R和2R，其余電阻不計，電容器的電容為C，勻強磁場的磁感應強度為B，方向垂直紙面向里，金屬棒ab、cd的長度均為l，當棒ab以速度v向左切割磁感應線運動，棒cd以速度2v向右切割磁感應線運動時，電容C的電量為多大？哪一個極板帶正電？圖8-3-440.【解析】41.圖8-4-1AD【例4】電磁感應中的自感問題42.【解析】電鍵K閉合時每個燈泡的電流為I，則流過電感L1的電流為2I，流過電感L2的電流為I，斷開電鍵K的瞬間，通過電感上的電流不會發(fā)生突變，L1中的電流從2I減小到零，L2中的電流從I減小到零，bc中電流都從I減小到零，a中電流從2I減小到零，故b、c緩慢變暗，a燈先亮一下然后逐漸變暗，AD正確．【答案】AD43.A．電流表A1的示數比A2的小B．電流表A2的示數比A3的小C．電流表A1和A2的示數相同D．電流表的示數都不為零

圖8-4-2【變式題1】(2010·四川)圖8-4-2甲所示電路中，A1、A2、A3為相同的電流表，C為電容器，電阻R1、R2、R3的阻值相同，線圈L的電阻不計．在某段時間內理想變壓器原線圈內磁場的變化如圖8-4-2乙所示，則在t1～t2時間內( )44.【解析】由B-t圖象知在t1～t2時間內，原線圈中磁場先負向減小后正向增大，則副線圈中磁通量是均勻變化的，根據法拉第電磁感應定律在副線圈中產生的感應電流大小不變，再根據楞次定律可判斷負向減小時和正向增大時感應電流的方向相同，則在t1～t2時間內副線圈中感應電流為穩(wěn)恒電流，所以A1和A2的示數相同，A3的示數為0.【答案】C

45.圖8-4-3【變式題2】如圖8-4-3所示，L1、L2、L3是完全相同的燈泡，L為直流電阻可忽略的自感線圈，開關S原來接通，將開關S斷開時，下面說法正確的是( )A．L1閃亮一下后熄滅B．L2閃亮一下后恢復原來的亮度C．L3變暗一下后恢復原來的亮度D．L3閃亮一下后恢復原來的亮度D

46.圖8-5-1【例5】

abcd固定在勻強磁場中，磁感線的方向與導線框所在平面垂直，規(guī)定磁場的正方向垂直紙面向里，磁感應強度B隨時間變化的規(guī)律如圖8-5-1所示．若規(guī)定順時針方向為感應電流I的正方向，下列各圖中正確的是(

)

電磁感應中的圖像47.48.【分析】解決圖象類問題的關鍵是分析磁通量的變化是否均勻，從而判斷感應電動勢(電流)或安培力的大小是否恒定，然后運用楞次定律或右手定則判斷它們的方向，分析出相關物理量之間的函數關系，確定其大小和方向及在坐標在中的范圍．

49.【解析】0～1s內B垂直紙面向里均勻增大，則由楞次定律及法拉第電磁感應定律可得線圈中產生恒定的感應電流，方向為逆時針方向，排除A、C選項；2s～3s內，B垂直紙面向外均勻增大，同理可得線圈中產生的感應電流方向為順時針方向，排除B選項，D正確．【答案】D50.【評析】考查了電磁感應現象中對圖象問題的分析，要正確理解圖象問題，必須能根據圖象的定義把圖象反映的規(guī)律對應到實際過程中去，又能根據對實際過程的抽象對應到圖象中去，最終根據實際過程的物理規(guī)律判斷．51.【變式題1】(2010·浙江)半徑為r帶缺口的剛性金屬圓環(huán)在紙面上固定放置，在圓環(huán)的缺口兩端引出兩根導線，分別與兩塊垂直于紙面固定放置的平行金屬板連接，兩板間距為d，如圖8-5-2(甲)所示．有一變化的磁場垂直于紙面，規(guī)定向內為正，變化規(guī)律如圖8-5-2(乙)所示．在t=0時刻平板之間中心有一重力不計，電荷量為q的靜止微粒，則以下說法正確的是( )

52.A．第2秒內上極板為正極B．第3秒內上極板為負極C．第2秒末微?；氐搅嗽瓉砦恢肈．第2秒末兩極板之間