第11章 专题突破16 电磁感应中的电路和图像问题-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（教科版 新教材 新高考）

专题突破16　电磁感应中的电路和图像问题 授课提示：对应学生用书第291页 突破点一　电磁感应中的电路问题 1．电磁感应中电路知识的关系图 2．“三步法”解决电磁感应中的电路问题 典例1　如图所示，线圈匝数为n，横截面积为S，线圈电阻为R，处于一个均匀增强的磁场中，磁感应强度随时间的变化率为k，磁场方向水平向右且与线圈平面垂直，电容器的电容为C，两个电阻的阻值均为2R。下列说法正确的是(　　) A．电容器上极板带负电 B．通过线圈的电流强度为 C．电容器所带的电荷量为 D．电容器所带的电荷量为 [解析]　由楞次定律知，电容器上极板带正电，A错误；因E＝nkS，则I＝＝，B错误；又UC＝I×2R＝，则Q＝CUC＝，C错误，D正确。 [答案]　D 典例2　(2020·浙江卷)如图所示，固定在水平面上的半径为r的金属圆环内存在方向竖直向上、磁感应强度大小为B的匀强磁场。长为l的金属棒，一端与圆环接触良好，另一端固定在竖直导电转轴OO′上，随轴以角速度ω匀速转动。在圆环的A点和电刷间接有阻值为R的电阻和电容为C、板间距为d的平行板电容器，有一带电微粒在电容器极板间处于静止状态。已知重力加速度为g，不计其他电阻和摩擦，下列说法正确的是(　　) A．棒产生的电动势为Bl2ω B．微粒的电荷量与质量之比为 C．电阻消耗的电功率为 D．电容器所带的电荷量为CBr2ω [解析]　由法拉第电磁感应定律知棒产生的电动势U＝Br2ω，A错误；对极板间微粒受力分析，如图所示，微粒静止，则mg＝qE＝q，得＝，而电容器两极板间电势差与电源电动势相等，故＝，B正确；电路中的电流I＝＝，则电阻R消耗的电功率P＝I2R＝，C错误；电容器所带的电荷量Q＝CU＝，D错误。 [答案]　B 1.(导体棒平动切割)(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(　　) A．流过导体棒的电流I始终为 B．F随时间t的变化关系为F＝t C．t0时刻导体棒的发热功率为t0 D．撤去F后，导体棒上能产生的焦耳热为mv02 解析：导体棒的有效切割长度L＝2v0ttan 30°，感应电动势E＝BLv0，回路的总电阻R＝(2v0ttan 30°＋)r，联立可得通过导体棒的电流I＝＝，A正确；导体棒受力平衡，则外力F与安培力平衡，即F＝BIL，得F＝t，B正确；t0时刻导体棒的电阻Rx＝2v0t0·tan 30°·r，则导体棒的发热功率P棒＝I2Rx＝t0，C正确；从撤去F到导体棒停下的过程，根据能量守恒定律有Q棒＋Q轨＝mv02－0，得导体棒上能产生的焦耳热Q棒＝mv02－Q轨<mv02，D错误。 答案：ABC 2.(导体棒转动切割)(多选)(2023·重庆沙坪坝区模拟)一种带有闪烁灯的自行车后轮结构如图所示，车轮与轮轴之间均匀地连接4根金属条，每根金属条中间都串接一个小灯，每个小灯阻值恒为R＝0.3 Ω，金属条与车轮金属边框构成闭合回路，车轮半径r＝0.4 m，轮轴半径可以忽略。车架上固定一个强磁体，可形成圆心角θ＝60°的扇形匀强磁场区域，磁感应强度B＝2.0 T，方向如图所示。若自行车正常前进时，后轮顺时针转动的角速度恒为ω＝10 rad/s，不计其他电阻和车轮厚度，下列说法正确的是(　　) A．金属条ab进入磁场时，a端电势高于b端电势 B．金属条ab进入磁场时，a、b间的电压为0.4 V C．运动过程中流经灯泡的电流方向一直不变 D．自行车正常前进时，4个小灯总功率的平均值为 W 解析：当金属条ab进入磁场时，金属条ab相当于电源，由右手定则可知，电流从b流向a，故a端电势高于b端电势，由等效电路图(如图)可知L＝r＝0.4 m，E＝BL2ω＝1.6 V，R总＝＋R＝R＝0.4 Ω，Uab＝·＝0.4 V，通过ab中的电流I＝＝ A＝4 A,4个小灯总功率的平均值P＝EI＝ W，故A、B、D正确；当金属条在磁场运动时，该金属条中流经灯泡的电流方向为从车轮边框流向轮轴，当该金属条离开磁场后，电流方向由轮轴流向车轮边框，故C错误。 答案：ABD 3．(感生电动势电路)(多选)在如图甲所示的虚线框内有均匀磁场，设图甲所示的磁场方向为正，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。边长为l、电阻为R的正方形均匀线框abcd有一半处在磁场中，磁场方向垂直于线框平面，此时线框ab边的发热功率为P，则(　　) A．线框中的感应电动势为 B．线框中感应电流为2 C．线框cd边的发热功率为 D．c