第12章 专题强化(十八 ) 电磁感应中的电路和图像问题(课件PPT)-【正禾一本通】2026年新高考物理高三一轮总复习高效讲义
2025-11-29
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45页
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教辅
资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | - |
| 年级 | 高三 |
| 章节 | - |
| 类型 | 课件 |
| 知识点 | 电磁感应 |
| 使用场景 | 高考复习-一轮复习 |
| 学年 | 2026-2027 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | PPTX |
| 文件大小 | 6.96 MB |
| 发布时间 | 2025-11-29 |
| 更新时间 | 2025-11-29 |
| 作者 | 山东正禾大教育科技有限公司 |
| 品牌系列 | 正禾一本通·高考一轮总复习高效讲义 |
| 审核时间 | 2025-11-29 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/55164281.html |
| 价格 | 5.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
摘要:
该高中物理课件聚焦电磁感应中的电路和图像问题,依据高考评价体系梳理动生/感生电动势公式、闭合电路分析、能量转化等核心考点,通过考点权重分析明确电路动态分析和图像识别为高频题型,构建系统复习框架。
课件亮点在于结合科学思维培养与应试技巧指导,如通过等效电路模型建构、B-t图像斜率与电动势关系分析等典型题型,训练科学推理能力,提供易错点归纳帮助学生掌握图像转换方法,教师可据此精准开展针对性复习,助力学生高效备考。
内容正文:
专题强化(十八) 电磁感应中的电路和图像问题
强化点一
强化点二
02
04
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备考目标
高三一轮总复习高效讲义(物理)
正禾一本通
强化点一
电磁感应中的电路问题
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高三一轮总复习高效讲义(物理)
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高三一轮总复习高效讲义(物理)
电磁感应中的图像问题
强化点二
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专题强化卷(十八)
电磁感应中的电路和图像问题
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高三一轮总复习高效讲义(物理)
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1.掌握解决电磁感应电路问题的方法。
2.会计算电磁感应中电路的电压、电流、电荷量、热量等物理量。
3.能通过电磁感应的图像,读取相关信息,应用物理规律解决相关问题。
类型(一) 感应电动势的电路问题
分析电磁感应中电路问题的基本思路
[说明]①对电源的理解:在电磁感应现象中,产生感应电动势的那部分导体相当于电源,如切割磁感线的导体棒、有磁通量变化的线圈等。
②对电路的理解:内电路是切割磁感线的导体棒或磁通量发生变化的线圈,除电源外其余部分是外电路。在外电路中,电流从高电势处流向低电势处,内电路则相反。
【例1】 (多选)(2024·湖南长沙检测)手机无线充电技术给用户带来了全新的充电体验,其基本原理是电磁感应现象:给送电线圈中通以变化的电流,就会在邻近的受电线圈中产生感应电流。某次充电过程可简化为如图甲所示的模型,一个阻值为R、匝数为n的圆形金属受电线圈与阻值也为R的电阻R1连接成闭合回路,线圈的半径为r1。在受电线圈中半径为r2的圆形区域内存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图乙所示(规定图甲中B的方向为正方向)。图线与横、纵轴的交点分别为t0和B0,导线的电阻不计。在0~t0时间内,下列说法正确的是( )
A.R1中电流的方向为b→a
B.a、b两点间的电压为
C.线圈中感应电流的大小为
D.电阻R1产生的焦耳热为
解析:选ABD。受电线圈内的磁场强度在变小,磁通量变小,根据楞次定律结合安培定则可判断出线圈中产生顺时针方向的感应电流,即R1中电流的方向为b→a,故A正确;由题图乙可知= ,且S=,则由法拉第电磁感应定律有E=n =nS,联立可得线圈中的感应电动势为E= ,由闭合电路欧姆定律得,线圈中感应电流的大小为I== ,则a、b两点间的电压为Eab=IR1=,故B正确,C错误;根据焦耳定律,在0~t0时间内,电阻R1上产生的焦耳热Q=I2Rt0=,故D正确。
【例2】 (多选)如图所示,虚线圆边界与金属圆环是以O为圆心的同心圆,半径分别是1 m和2 m,在它们之间存在以O1P为理想分界线的有界匀强磁场,磁场的大小都为2 T,方向相反并垂直于圆面;不计电阻的金属杆AC以O为转轴做角速度为2 rad/s的匀速圆周运动,转动过程中两端始终与金属圆环接触,金属圆环的总电阻为48 Ω,则( )
A.金属杆AC转一圈电流的方向改变1次
B.流过金属杆AC的电流大小始终为1 A
C.金属圆环的发热功率为48 W
D.金属杆AC转一圈克服安培力做功约37.68 J
解析:选BD。金属杆AC每经过O1P一次则电流方向改变一次,则转一圈电流的方向改变2次,A错误;由右手定则可以判断,两段金属杆产生的感应电动势的方向相同,所以有E=2B(2r-r)ω=12 V,电路总电阻R= Ω=12 Ω,流过金属杆AC的电流大小始终为I==1 A,B正确;金属圆环的发热功率为P==W=12 W,C错误;金属杆AC转一圈克服安培力做功等于产生的焦耳热W=Q=I2RT=12×12× J≈37.68 J,D正确。
[思维延伸]若金属杆AC顺时针转动,金属杆AC的电阻为2 Ω,则AC两端的电压是多少?
提示:等效电路图如图所示,
则R总=R外+r= Ω+2 Ω=14 Ω
又E=12 V
所以I== A
故UAC=I·R外=×12 V= V。
类型(二) 电磁感应中电荷量的计算
设在时间Δt内通过导体横截面的电荷量为q,则根据电流̅I=及法拉第电磁感应定̅E=n,可得q=I̅Δt=Δt=Δt=,即q=n。电磁感应中通过回路的电荷量只与磁通量的变化有关,与时间无关。
【例3】 如图,导体轨道OPQS固定,其中PQS是半圆弧,Q为半圆弧的中点,O为圆心。轨道的电阻忽略不计。OM是有一定电阻、可绕O转动的金属杆,M端位于PQS上,OM与轨道接触良好。空间存在与半圆所在平面垂直的匀强磁场,磁感应强度的大小为B。现使OM从OQ位置以恒定的角速度逆时针转到OS位置并固定(过程Ⅰ );再使磁感应强度的大小以一定的变化率从B增加到B′(过程Ⅱ)。在过程Ⅰ 、 Ⅱ 中,流过OM的电荷量相等,则等于( )
A. B.
C. D.2
解析:选B。在过程Ⅰ中,根据法拉第电磁感应定律,有E1==,根据闭合电路欧姆定律,有I1=且q1=I1Δt1,在过程 Ⅱ 中,有E2==,I2=,q2=I2Δt2,又q1=q2,即=,解得=,故B正确。
[应考反思]由推论q=n的特点可知,过程Ⅰ 、Ⅱ 中磁通量的变化一定相同,由此可快速确定磁感应强度之比。
图像
类型
(1)各量随时间变化的图像:如Bt图像、Φt图像、Et图像、It图像、Ft图像等。(2)各量随位移变化的图像:如Ex图像、Ix图像等
问题
类型
(1)由给定的电磁感应过程选出或画出相应的图像(画图像)。
(2)由给定的有关图像分析电磁感应中相关量的变化规律(用图像)
常用
方法
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方向,以排除错误的选项
函数法
根据题目所给条件,依据物理规律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
类型(一) 感生电动势的图像问题
【例4】 (多选)(2024·北京朝阳检测)矩形导线框abcd放在匀强磁场中,在外力控制下处于静止状态,如图甲所示。磁感线方向与导线框所在平面垂直,磁感应强度B随时间t变化的图像如图乙所示。t=0时刻,磁感应强度的方向垂直导线框平面向里,在0~4 s时间内,流过导线框的电流I(规定顺时针方向为正方向)与导线框ad边所受安培力
F安随时间t变化的图像(规定向左为安培力正方向)可能是( )
解析:选AD。根据楞次定律得0~2 s内线框中的感应电流为顺时针方向,即为正方向,2~4 s内感应电流为逆时针方向,即为负方向,由E=n,I=知,电流I大小不变,A正确,B错误;由以上分析得,在1~2 s时间内,导线框ad边电流方向由d流向a,空间所加磁场的磁感应强度方向为垂直导线框平面向外,且线性增大,电流I为定值,根据左手定则及F=BIL得,导线框ad边受安培力向右,且线性增大,即安培力为负方向,线性增大,同理可知0~1 s、2~3 s、3~4 s内安培力的变化情况,C错误,D正确。
[规律方法] 在Φ t图像、B t图像中,图线的斜率不仅能反映感应电动势的大小,还能反映感应电流的方向。
类型(二) 动生电动势的图像问题
【例5】 在水平光滑绝缘桌面上有一边长为L的正方形线框abcd,被限制在沿ab方向的水平直轨道上自由滑动。bc边右侧有一直角三角形匀强磁场区域efg,直角边ge和ef的长也等于L,磁场方向竖直向下,其俯视图如图所示,线框在水平拉力作用下向右以速度v匀速穿过磁场区,若图示位置为t=0时刻,设逆时针方向为电流的正方向。则感应电流it图像正确的是(时间单位为)( )
解析:选D。bc边的位置坐标x在0~L的过程中,根据楞次定律可知线框中感应电流方向沿a→b→c→d→a,为正值。线框bc边有效切割长度为l=L-vt,动生电动势为E=Blv=B(L-vt)v,随着t均匀增加,E均匀减小,感应电流i=,可知感应电流均匀减小。同理,x在L~2L的过程中,根据楞次定律判断出感应电流方向沿a→d→c→b→a,为负值,感应电流仍均匀减小,故A、B、C错误,D正确。
【例6】 如图所示,MN和PQ是竖直放置的两根平行光滑金属导轨,导轨足够长且电阻不计,MP间接定值电阻R,金属杆cd保持与导轨垂直且接触良好。杆cd由静止开始下落并计时,杆cd两端的电压U、杆cd所受安培力的大小F随时间t变化的图像,以及通过杆cd的电流I、杆cd加速度的大小a随杆的速率v变化的图像,合理的是( )
解析:选D。设杆长为L,杆下落过程中切割磁感线产生的感应电流大小为
I==∝v,故C错误;根据牛顿第二定律有mg-BIL=ma,即a=
g- ,故D正确;杆所受安培力的大小为F=BIL= ,杆下落过程中先做加速度减小的加速运动,当加速度为零时,速度保持不变,所以安培力随速度(时间)先增大后不变,最终大小为mg,故B错误;杆两端的电压为U=IR=,速度随时间先增大后不变,所以U先增大后不变,故A错误。
【基础落实练】
1.如图甲所示,阻值为R=8 Ω的电阻与阻值为r=2 Ω的单匝圆形金属线圈连接成闭合回路。金属线圈的面积S=1.0 m2,在线圈中存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变化的关系图像如图乙所示,导线的电阻不计,则前2 s时间内( )
A.流过电阻R的电流方向为从E到F
B.流过电阻R的电流大小为0.4 A
C.通过电阻R的电荷量为0.2 C
D.电阻R上产生的热量为0.64 J
解析:选D。由楞次定律可知,通过R的电流方向为F→E,A错误;由法拉第电磁感应定律得,感应电动势E===×1.0 V=2 V,感应电流I== A=0.2 A,B错误;前2 s时间内通过电阻R的电荷量q=It=0.2×2 C=0.4 C,C错误;电阻R上产生的热量Q=I2Rt=0.22×8×2 J=0.64 J,D正确。
2.(2024·江苏南京模拟)如图所示,垂直纸面的正方形匀强磁场区域内,有一位于纸面内的正方形导体框abcd,现将导体框分别朝两个方向以v、3v的速度匀速拉出磁场,则导体框从两个方向移出磁场的过程中( )
A.导体框中产生的感应电流方向相反
B.导体框ad边两端电势差大小之比为1∶3
C.导体框中产生的焦耳热之比为1∶3
D.通过导体框截面的电荷量之比为1∶3
解析:选C。根据楞次定律和安培定则可以判断两次将导体框拉出磁场的过程中产生的感应电流方向均为逆时针方向,A错误;设导体框的边长为l,以速度v拉导体框时,|Uad|=Blv,当以3v拉出时,|Uad|=Bl·3v=Blv,因此两次拉出的过程中,ad边两端的电势差大小之比为1∶9,B错误;导体框移出磁场过程产生的焦耳热Q=t=·=v出,故两次移出过程产生的焦耳热之比为Q1∶Q2=1∶3,C正确;导体框移出磁场过程通过导体框截面的电荷量
q=It= t=,故两次移出过程通过导体框截面的电荷量之比为q1∶q2=1∶1,D错误。
3.(多选)如图甲所示,三角形线圈abc水平放置,在线圈所在区域存在一变化的磁场,其变化规律如图乙所示。线圈在外力作用下处于静止状态,规定垂直于线圈平面向下的磁场方向为正方向,垂直ab边斜向下的受力方向为正方向,线圈中感应电流沿abca方向为正方向,则线圈内电流及ab边所受安培力随时间变化规律的图像是( )
解析:选AD。根据法拉第电磁感应定律有E== S,根据楞次定律可得感应电流的方向,又线圈中感应电流沿abca方向为正方向,结合题图乙可得,1~2 s内通过线圈的电流为零,0~1 s、2~3 s、3~5 s内通过线圈的电流大小恒定,且0~1 s、2~3 s内通过线圈的电流方向为正,3~5 s内通过线圈的电流方向为负,且大小之比为1∶2,A正确,B错误;根据安培力的公式,即F安=BIL,因为每段时间通过线圈的电流大小恒定,磁场均匀变化,可得安培力也均匀变化,根据左手定则可判断出ab边所受安培力的方向,可知C错误,D正确。
4.如图所示,两个宽度均为L的匀强磁场垂直于光滑水平桌面,磁感应强度大小相等、方向相反,高为L、上底和下底长度分别为L和2L的等腰梯形金属线框水平放置,现使其匀速向右穿过磁场区域,速度垂直梯形底边,从图示位置开始x=0,以逆时针方向为电流的正方向。下列四幅图中能够反映线框中电流I随金属框向右移动距离x关系的是( )
解析:选C。x在0~L内,由楞次定律和安培定则判断知感应电流的方向沿逆时针方向,为正,线框的有效切割长度在均匀增大,由公式E=Blv知,产生的感应电动势均匀增大,则感应电流均匀增大;x在L~2L内,线框的左右两边都切割磁感线,均产生感应电动势,两个感应电动势串联,且均匀增大,感应电流方向沿顺时针方向,为负;x在2L~3L内,由楞次定律和安培定则知,感应电流的方向沿逆时针方向,为正,线框的有效切割长度在均匀增大,由公式E=Blv知,产生的感应电动势均匀增大,则感应电流均匀增大,且感应电流变化情况与线框进入磁场的过程相同,故C正确,A、B、D错误。
5.(多选)(2024·河北邯郸模拟)如图所示,有界匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里,有一直径为d、电阻为R的圆形线圈,初始状态线圈直径MN在磁场的竖直边界,现将线圈以M点为轴在纸面内以角速度ω沿逆时针方向匀速旋转90°,则该过程中( )
A.线圈中感应电流的方向为顺时针方向
B.初始状态感应电动势最大
C.感应电动势的最大值为Bd2ω
D.通过导体任意横截面的电荷量为
解析:选BD。根据楞次定律和安培定则可知感应电流为逆时针方向,A错误;初始状态,线圈切割磁感线的有效长度最大,感应电动势最大,为E=Bd=Bd2ω,B正确,C错误;沿逆时针方向匀速旋转90°,磁通量的变化量ΔΦ=πd2B,通过导体任意横截面的电荷量q=Δt= Δt=,解得q=,
D正确。
【综合提升练】
6.一截面积S=0.5 m2,匝数n=100的圆形线圈,处在如图甲所示的磁场中,磁场方向与线圈平面垂直,磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示,已知电路中 R=3 Ω,C=10 μF,线圈电阻r=2 Ω,导线电阻忽略不计,t=0时刻磁场方向垂直线圈平面向里,则有( )
A.电容器两端电压为10 V
B.通过电阻R的感应电流大小为20 A
C.通过电阻R的电流方向为b→R→a
D.电容器所带的电荷量为6×10-5 C
解析:选D。根据法拉第电磁感应定律E=nS=100××0.5 V=10 V,
根据闭合电路欧姆定律得I== A=2 A,电阻R两端电压为UR=IR=2×3 V=6 V,由于电容器与电阻R并联,可知电容器两端电压为UC=UR=6 V,则电容器所带电荷量为Q=CUC=10×10-6×6 C=6×10-5 C,故A、B错误,D正确;在0~1 s时间内,磁场方向垂直纸面向里且减弱,根据楞次定律可知,通过电阻的电流方向为 a→R→b;在1~2 s时间内,磁场方向垂直纸面向外且增强,根据楞次定律可知,通过电阻的电流方向为 a→R→b,故C错误。
7.(2024·陕西西安模拟)如图所示,半径为L的导电圆环(电阻不计)绕垂直于圆环平面、通过圆心O的金属轴以角速度ω逆时针匀速转动。圆环上接有电阻均为r的三根金属辐条OA、OB、OC,辐条互成120°角。在圆环圆心角∠MON=120°的范围内(两条虚线之间)分布着垂直圆环平面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场,圆环的边缘通过电刷P和导线与一个阻值也为r的定值电阻R0相连,定值电阻R0的另一端通过导线接在圆环的中心轴上,在圆环匀速转动过程中,下列说法中正确的是( )
A.金属辐条OA、OB、OC进出磁场前后,辐条中电流的大小不变、方向改变
B.定值电阻R0两端的电压为BL2ω
C.通过定值电阻R0的电流为
D.圆环转动一周,定值电阻R0产生的热量为
解析:选C。由题意知,三根金属辐条始终有一根在磁场中切割磁感线,切割磁感线的金属辐条相当于内阻为r的电源,另外两根金属辐条和定值电阻R0并联,辐条进出磁场前后辐条中电流的大小、方向均改变,故A错误;电路的总电阻R=,圆环匀速转动时感应电动势E=BL=,所以定值电阻R0两端的电压U= · =,通过定值电阻R0的电流I==,故B错误,C正确;圆环转动一周,定值电阻R0产生的热量Q=I2rT=,故D错误。
8.半径为2R的圆形磁场的磁感应强度为B,半径为R的单匝圆形线圈电阻为r,两圆同平面。线圈以速度v沿两圆心连线匀速穿过磁场区域,如图所示。下列说法正确的是( )
A.线圈进入磁场过程中,线圈里先有逆时针方向电流后有顺时针方向电流
B.线圈穿过磁场过程中通过线圈的磁通量变化率的最大值为2BRv
C.线圈位移为R时,线圈中有最大感应电流im=
D.线圈进入磁场到位移为R的过程中,感应电动势均匀增加
[应考反思]在处理导体切割磁感线问题时,要注意导体有效长度的变化。
解析:选B。线圈进入磁场过程中,垂直纸面向里穿过线圈的磁通量增大,根据楞次定律可知线圈里产生逆时针方向的感应电流,故A错误;线圈以速度v匀速向右运动,当线圈与磁场区域相交的弦长达到线圈直径2R时,切割磁感线的有效长度达到最大,此时磁通量的变化率最大,为=B·2R·v=2BRv,故B正确;因磁场区域为圆形,线圈位移为R时圆心在磁场边界上,故此时切割磁感线的有效长度小于2R,线圈中感应电动势未达到最大值,感应电流也不是最大,故C错误;线圈进入磁场到位移为R的过程中,切割磁感线的有效长度为l=2,其中x和线圈运动的时间有关,由E=Blv可知感应电动势非均匀增加,故D错误。
9.(2024·山东菏泽模拟)如图所示,边长为2L的正三角形abc区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,一边长为L的菱形单匝金属线框ABCD的底边与bc在同一直线上,菱形线框的∠ABC=60°。使线框水平向右匀速穿过磁场区域,BC边与磁场边界bc始终共线,以B点刚进入磁场为计时起点,规定导线框中感应电流逆时针方向为正,则下列图像正确的是( )
解析:选A。设线框匀速运动速度大小为v,以B点刚进入磁场为计时起点,在0~ 内,AB边逐渐进入磁场切割磁感线,产生的电动势为E1=Bv·x sin 60°=,线圈中的电流大小为I1==∝t,根据楞次定律可知,线圈中的电流方向为逆时针方向,即电流为正;在~内,整条AB边在磁场中切割磁感线,DC边逐渐进入磁场切割磁感线,线圈产生的电动势为
E2=EAB-EDC=-Bv·(vt-L)sin 60°=BLv-,线圈中的电流大小为I2==-,根据楞次定律可知,线圈中的电流方向为逆时针方向,即电流为正;在~内,整条AB边离开磁场区域,整条DC边在磁场中切割磁感线,产生的电动势恒为E3=,线圈中的电流大小恒为I3== ,根据楞次定律可知,线圈中的电流方向为顺时针方向,即电流为负;之后整个线框离开磁场区域,没有感应电流,故A正确。
10.如图所示,光滑的足够长的平行水平金属导轨MN、PQ相距l,在M、P和N、Q间各连接一个额定电压为U、阻值恒为R的灯泡L1、L2,在两导轨间矩形区域cdfe内有垂直导轨平面竖直向上、宽为d0的有界匀强磁场,磁感应强度大小为B0,且磁场区域可以移动,一电阻也为R、长度大小也刚好为l的导体棒ab垂直固定在磁场左边的导轨上,离灯泡L1足够远。现让匀强磁场在导轨间以某一恒定速度向左移动,当棒ab刚处于磁场时两灯泡恰好正常工作。棒ab与导轨始终保持良好接触,导轨电阻不计。
(1)求磁场移动的速度大小;
(2)若保持磁场不移动(仍在cdfe矩形区域),而使磁感应强度随时间t均匀变化,两灯泡中有一灯泡正常工作且都有电流通过,设t=0时,磁感应强度为B0,垂直纸面向外为正方向。试求出经过时间t时磁感应强度的可能值Bt。
解析:(1)当ab棒刚处于磁场时,ab棒切割磁感线,产生感应电动势,相当于电源,灯泡刚好正常工作,则电路中路端电压U外=U 由电路的分压之比得
U内=2U 则感应电动势为E=U外+U内=3U 由E=B0lv=3U,可得v= 。
(2)由题知,此时电路可视为ab棒与L1并联后再与L2串联,则正常工作的灯泡为L2,所以L2两端的电压为U,电路中的总电动势为E′=U+ =
根据法拉第电磁感应定律得E′==ld0 联立解得=
所以经过时间t时磁感应强度的可能值 Bt=B0±t。
答案:(1) (2)B0±t
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