第12章 专题突破十七 电磁感应中的电路、电荷量和图像问题(课件PPT)-【赢在微点·顶层设计】2025年高中物理高考一轮总复习（粤教版2019）

高考复习顶层设计·物理 赢在微点 高考复习顶层设计 物理 第十二章 电磁感应 专题突破十七　电磁感应中的 电路、电荷量和图像问题 1.掌握电磁感应中电路问题的分析方法。2.掌握感应电流、路端电 压、电功率和电荷量的计算方法。3.能通过电磁感应图像,读取相关信息,应用物理规律求解问题。 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 题型1　电磁感应中的电路问题 1.电磁感应中的电源。 (1)做切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的回路相当于电源。 电动势:E=Blv或E=n,这部分电路的阻值为电源内阻。 (2)用右手定则或楞次定律与安培定则结合判断,感应电流流出的一端为电源正极。 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 2.分析电磁感应电路问题的基本思路。 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 3.电磁感应中电路知识的关系图。 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考向1　动生电动势的电路问题 【典例1】　电磁制动原理是通过线圈与磁场的作用使物体做减速运动。某列车车底安装的电磁铁产生磁场可视为匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向竖直向下。同种材料制成的粗细均匀的闭合正方形线框abcd,边长为L1,MN长为L2(L2>L1),若当列车MN部分刚越过ab时,速度大小为v,则ab两端的电势差Uab等于(　　) A.BL1v B.BL2v C.-BL1v D.-BL2v 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　若当列车MN部分刚越过ab时,由楞次定律,正方形线框abcd产生的感应电流方向为abcd方向。ab相当于电源,电源内部电流从负极指向正极。a点电势低于b点电势。线框中产生的感应电动势E=BL1v,ab两端的电势差Uab=-E=-BL1v,C项正确。 答案　C 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例2】　如图所示,一个半径为l的金属圆盘在磁感应强度为B的匀强磁场中以角速度ω匀速转动(从左向右观察为顺时针方向)。这样构成一个法拉第圆盘发电机。假设其电动势为E,等效内阻为r。下列说法正确的是(　　) A.圆盘发电机产生的是交流电 B.法拉第圆盘发电机的电动势为E=Bω2l C.电源的输出功率为 D.流过电阻R的电流方向为C→R→D 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　圆盘发出的是直流电,A项错误;由法拉第电磁感应定律可得,法拉第圆盘发电机的电动势为E=Bl2ω,电源的输出功率为P=I2R=R=,B项错误,C项正确;根据右手定则,流过电阻R的电流方向为D→R→C,D项错误。 答案　C 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考向2　感生电动势的电路问题 【典例3】　某同学用粗细均匀的金属丝弯成如图所示的图形,两个正方形的边长均为L,A、B两点之间的距离远小于L,在右侧正方形区域存在均匀增强的磁场,磁感应强度随时间的变化率=k,则A、B两点之间的电势差UAB为(　　) A.kL2 B. C.-kL2 D.- 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　根据楞次定律可知,金属丝中电流沿逆时针方向,A点电势高于B点;根据法拉第电磁感应定律可知金属丝中电动势E==kL2,由于金属丝粗细均匀,A、B两点间的电势差为电动势的一半,B项正确。 答案　B 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 题型2　电磁感应中电荷量的计算 闭合回路中磁通量发生变化时,电荷发生定向移动而形成感应电流,在Δt内迁移的电荷量(感应电荷量)q=I·Δt=·Δt=n·Δt=。 (1)从上式可知,线圈匝数一定时,感应电荷量仅由回路电阻和磁通量的变化量决定,与时间无关。 (2)求解电路中通过的电荷量时,I、E均为平均值。 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例4】　(2023·北京卷)如图所示,光滑水平面上的正方形导线框,以某一初速度进入竖直向下的匀强磁场并最终完全穿出。线框的边长小于磁场宽度。下列说法正确的是(　　) A.线框进磁场的过程中电流方向为顺时针方向 B.线框出磁场的过程中做匀减速直线运动 C.线框在进和出的两过程中产生的焦耳热相等 D.线框在进和出的两过程中通过导线横截面的电荷量相等 解析　线框进磁场的过程中由楞次定律知电流方向为逆时针方向,A项错误;线框出磁场的过程中,根据E=Blv,I=,联立有F==ma,由于 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 线框出磁场过程中由左手定则可知线框受到的安培力向左,则v减小,线框做加速度减小的减速运动,B项错误;由能量守恒定律得线框产生的焦耳热Q=FL,其中线框进出磁场时均做减速运动,但其进磁场时的速度大,安培力大,产生的焦耳热多,C项错误;线框在进和出的两过程中通过导线横截面的电荷量q=t,其中=,=BL,则联立有q=x,由于线框在进和出的两过程中线框的位移均为L,则线框在进和出的两过程中通过导线横截面的电荷量相等,D项正确。 答案　D 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 【典例5】　(多选)在如图所示的电路中,半径为r的半圆形金属滑轨一端与阻值为R的定值电阻连接,另一端靠近金属棒转轴(但不连接),金属棒的长度略大于2r,可绕O点在竖直面内转动,转动过程中始终保持与滑轨良好接触。t=0时刻,金属棒在外界控制下从竖直位置以角速度ω绕O点顺时针匀速转动,直至水平,整个装置处 在磁感应强度大小为B、方向垂直滑轨所在平面向里的匀强磁场(图中未画出)中。金属棒和滑轨的电阻均不计。下列说法正确的是 (　　) 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 A.通过定值电阻的电流方向发生改变 B.在t=时刻,通过定值电阻的电流为 C.通过定值电阻的电流的最大值为 D.在金属棒从竖直位置转到水平位置的过程中,通过定值电阻某一横截面的电荷量为 解析　根据题意,由右手定则可知,转动过程中,感应电流方向一直为顺时针,A项错误;在t=时刻,金属棒转过,金属棒有效切割长度为r, 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 则感应电动势为E1=B·r·ω·r=Bωr2,通过定值电阻的电流为I1==,B项正确;当金属棒水平时,感应电流最大,则有Em=B×2r×ω×2r=2Bωr2,通过定值电阻的电流的最大值为Im== ,C项正确;根据题意,由=、=和q=t可得q===,D项错误。 答案　BC 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 题型3　电磁感应中的图像问题 1.图像类型。 (1)电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I等随时间变化的图像,即B-t图像、Φ-t图像、E-t图像和I-t图像。 (2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,有时还常涉及感应电动势E和感应电流I等随位移变化的图像,即E-x图像和I-x图像 等。 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 2.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。 3.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。 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考向1　由给定的电磁感应过程选择有关图像 【典例6】　如图所示,一个各短边边长均为L,长边边长为3L的线框,匀速通过宽度为L的匀强磁场区域,磁场方向垂直于纸面向里,线框沿纸面运动,开始时线框右侧短边ab恰好与磁场左边界重合,此过程中最右侧短边两端点a、b两点间电势差Uab随时间t变化关系图像正确的是(　　) 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　由题意可知,在0~L的运动中,ab边切割磁感线产生的感应电动势E1=BLv,a点电势高于b点电势,有Uab=BLv;L~2L的运动中,产生的感应电动势E2=2BLv,a点电势低于b点电势,则有Uab=-×2BLv;2L~3L的运动中,最左边切割磁感线产生的感应电动势E3=3BLv,a点电势高于b点电势,则有Uab=×3BLv=BLv,D项正确。 答案　D 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考向2　由给定的图像分析电磁感应过程 【典例7】　(多选)如图甲所示,粗糙绝缘的水平桌面上,虚线左、右两侧空间均存在与桌面垂直的匀强磁场,右侧匀强磁场的方向垂直桌面向下,磁感应强度大小恒为2B0;左侧匀强磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示,规定垂直桌面向上为磁场的正方向。由硬质细导线绕成的边长为L的正方形线框放在桌面上,对角线MN正好与虚线重合,导线材料的电阻率为ρ、横截面积为S0,左侧磁场变化时线框始终处于静止状态。在0~3T0的时间内,以下说法正确的是(　　) 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 A.在0~2T0线框受到的摩擦力一直向右 B.在T0时刻,线框受到的安培力大小为F= C.在T0时刻,线框受到的摩擦力为0 D.在0~3T0内,通过线框的电荷量q= 解析　根据楞次定律线框内电流方向为顺时针方向,在0~内左侧磁场垂直桌面向下,磁感应强度大于右侧磁场,线框受到安培力向左,受到 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 的摩擦力向右,在~2T0内线框受到安培力向右,受到的摩擦力向左,A 项错误;感应电动势E====,电流I===,MPN受到的安培力F1=B0I·L=,方向向左,MQN受到的安培力F2=2B0I·L=,方向向右,所以线框受到的安培力大小为F= 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 F2-F1=,B项正确;在T0时刻,MPN受到的安培力为0,MQN受到的安培力不为0,则线框受到的摩擦力不为0,C项错误;在0~3T0内,通过线框的电荷量q====,D项正确。 答案　BD 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 考向3　电磁感应中图像的转化 【典例8】　在竖直向上的匀强磁场中,水平放置一个不变形的单匝金属圆线圈,规定线圈中感应电流的正方向如图甲所示,当磁场的磁感应强度B随时间t按图乙变化时,图中能正确表示线圈中感应电动势E变化的是(　　) 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 A B C D 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 解析　由题图乙知,0~1 s内磁通量向上均匀增加,根据楞次定律知,电流方向为正且保持不变;1~3 s内磁通量不变,故感应电动势为0;3~5 s内磁通量向上均匀减少,由楞次定律知,电流方向为负且保持不变。由法拉第电磁感应定律知,感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比,所以3~5 s内的感应电动势是0~1 s内的感应电动势的,A项正确。 答案　A 专题突破十七　电磁感应中的电路、电荷量和图像问题 高考复习顶层设计 物理 第 ‹#› 页 赢在字里行间 本部分内容讲解结束 $$