第12章 专题强化17 电磁感应中的电路和图像问题 课件 -2027届高考物理一轮复习

该高中物理高考复习课件聚焦电磁感应中的电路和图像问题，覆盖电动势计算、电路分析、电荷量求解、图像识别及综合应用等核心考点，依据高考评价体系分析考点权重，归纳动生/感生电动势电路、图像分析等常考题型，体现备考针对性与实用性。 课件亮点在于高考真题训练与应试技巧指导，通过等效电路模型建构、楞次定律科学推理等培养科学思维与物理观念，如电路问题结合电动势公式分析路端电压，图像问题用定性排除+定量解析法突破。助力学生掌握答题技巧，教师可据此高效指导复习。

专题强化十七　电磁感应中的电路和图像问题 1 电磁感应中的电路问题 (能力考点·深度研析) 1．内电路和外电路：切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈相当于电源，相当于内电路，其余部分是外电路。 2．电源电动势和路端电压 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 3．电磁感应中电路知识的关系图 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 4．电磁感应中电路问题的误区 (1)不能正确根据感应电动势或感应电流的方向分析外电路中电势的高低。因产生感应电动势的那部分电路相当于电源，故该部分电路中的电流从低电势处流向高电势处，而外电路中电流的方向是从高电势处到低电势处。 (2)电源两端电压U＝E－Ir＝IR，不是感应电动势E，也不是内电压Ir。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向1　动生电动势电路问题 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 分析电磁感应电路问题的基本思路 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向2　感生电动势电路问题 (多选)在如图甲所示的电路中，电阻R1＝R2＝2R，圆形金属线圈半径为r1，电阻为R，半径为r2(r2<r1)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。其余导线的电阻不计，闭合开关S，至t1时刻，电路中的电流已稳定，下列说法正确的是( ) BD 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 A．电容器上极板带正电 B．电容器下极板带正电 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2 电磁感应中电荷量的计算 (能力考点·深度研析) 推导电磁感应中电荷量的表达式时用到以下三个公式 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 特别提醒：通过导体横截面的电荷量q只决定于n、ΔΦ、R＋r，与发生磁通量变化的时间无关。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 如图甲所示，虚线MN左、右两侧的空间均存在与纸面垂直的匀强磁场，右侧匀强磁场的方向垂直纸面向外，磁感应强度大小恒为B0；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，规定垂直纸面向外为磁场的正方向。一硬质细导线的电阻率为ρ、横截面积为S0，将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在MN上。求： 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 由左手定则知，方向垂直于MN向左。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 根据闭合电路的欧姆定律和法拉第电磁感应定律有 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 【跟踪训练】 如图所示，正方形线圈MOO′N处于匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向与水平面的夹角为30°，线圈的边长为L，电阻为R，匝数为n。线圈从竖直面绕OO′顺时针转至水平面的过程中，通过导线横截面的电荷量为( ) A 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 3 电磁感应中的图像问题 (能力考点·深度研析) 1．解题关键 (1)弄清物理量的初始条件和正负方向； (2)注意物理量进、出磁场的变化； (3)写出函数表达式。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 2．解题方法：先定性排除，再定量解析 (1)定性排除法：用右手定则或楞次定律确定物理量的方向，定性地分析物理量的变化趋势、变化快慢、是否均匀变化等，特别注意物理量的正负和磁场边界处物理量的变化。通过定性分析排除错误的选项。 (2)定量解析法：根据题目所给条件定量地推导出物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图像作出分析，由图像的斜率、截距等求解相应的物理量。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向1　动生图像问题 (多选)如图所示，平面直角坐标系的第一和第二象限分别存在磁感应强度大小相等、方向相反且垂直于坐标平面的匀强磁场，图中虚线方格为等大正方形。一位于Oxy平面内的刚性导体框abcde在外力作用下以恒定速度沿y轴正方向运动(不发生转动)。从图示位置开始计时，4 s末bc边刚好进入磁场。在此过程中，导体框内感应电流的大小为I，ab边所受安培力的大小为Fab，二者与时间t的关系图像可能正确的是( ) BC 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ►考向2　感生图像问题 (多选)如图甲所示，虚线右侧有一垂直纸面的匀强磁场，取磁场垂直于纸面向外的方向为正方向，磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示，固定的闭合导线框abcd一部分在磁场内。取线框中感应电流沿逆时针方向为正方向，安培力向左为正方向。从t＝0时刻开始，下列关于线框中感应电流i、线框cd边所受安培力F分别随时间t变化的图像，可能正确的是( ) AD 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 4 电磁感应中电路与图像的综合问题 (能力考点·深度研析) 解决电路与图像综合问题的思路 (1)电路分析：弄清电路结构，画出等效电路图，明确计算电动势的公式。 (2)图像分析：弄清图像所揭示的物理规律或物理量间的函数关系；挖掘图像中的隐含条件，明确有关图线所包围的面积、图线的斜率、截距所表示的物理意义。 (3)定量计算：运用有关物理概念、公式、定理和定律列式计算。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 如图a所示，水平放置的两根光滑平行金属导轨，间距L＝0.3 m，导轨左端连接R＝0.6 Ω的电阻，区域abcd内存在垂直于导轨平面且B＝0.6 T的匀强磁场，磁场区域宽D＝0.2 m。细金属棒A1和A2用长为2D＝0.4 m的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直，每根金属棒在导轨间的电阻均为r＝0.3 Ω。导轨电阻不计，使金属棒以恒定速度v＝1.0 m/s沿导轨向右穿越磁场，通过计算，在图b中画出从金属棒A1进入磁场(t＝0)到A2离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻R的电流。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 在0～t1时间内，A1产生的感应电动势E1＝BLv＝0.18 V。 其等效电路如图甲所示。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 A2上的感应电动势E2＝0.18 V，其等效电路如图乙所示。 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 由图乙知，电路总电阻R总′＝0.5 Ω，总电流I′＝0.36 A，流过R的电流IR″＝0.12 A，综合以上计算结果，绘制通过R的电流与时间关系如图丙所示。 [答案]　见解析图 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 【跟踪训练】 (多选)如图所示，电阻不计、间距为l的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中，导轨左端接一定值电阻R。质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上，受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动，外力F与金属棒速度v的关系是F＝F0＋kv(F0、k是常量)，金属棒与导轨始终垂直且接触良好。金属棒中感应电流为i，受到的安培力大小为FA，电阻R两端的电压为UR，感应电流的功率为P，它们随时间t变化的图像可能正确的有( ) BC 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 高考一轮总复习 • 物理 返回导航 ①电动势：E＝BLv或E＝n。 ②路端电压：U＝IR＝E－Ir＝·R(外电路为纯电阻电路)。 [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，故A正确；E＝Br2ω＝1.6 V，由等效电路图(如图)可知R总＝＋R＝R，Uab＝·＝0.4 V，I＝＝4 A，故B正确；设车轮运动一周的时间为T，则每根金属条充当电源的时间为t＝T＝，则车轮运动一周电路中有电源的 时间为t′＝4t＝T，可知一个周期内，4个小灯总功率的平均值为P＝ EI＝ W，则自行车正常前进时，4个小灯总功率的平均值为 W，故D正确；当金属条在磁场中时，该金属条中流经灯泡的电流方向为从车轮边框流向轮轴，当该金属条在磁场外时，电流方向由轮轴流向车轮边框，故C错误。 C．线圈两端的电压为 D．线圈两端的电压为 [解析]　由楞次定律知圆形金属线圈内的感应电流沿顺时针方向，金属线圈相当于电源，电源内部的电流从负极流向正极，则电容器的下极板带正电，上极板带负电，A项错误，B项正确；由法拉第电磁感应定律知感应电动势E＝＝S＝×πr，由闭合电路的欧姆定律得感应电流I＝，所以线圈两端的电压U＝I(R1＋R2)＝，C项错误，D项正确。 电流的定义式＝ 闭合电路的欧姆定律＝ 法拉第电磁感应定律＝n 由以上三式可得q＝n (1)t＝时，圆环受到的安培力； (2)在0～t0内，通过圆环的电荷量。 [解析]　(1)根据法拉第电磁感应定律，圆环中产生的感应电动势E＝S 上式中S＝ 由题图乙可知＝ 根据闭合电路的欧姆定律有I＝ 根据电阻定律有R＝ρ t＝t0时，圆环受到的安培力大小F＝B0I·(2r)＋I·(2r) 联立解得F＝ (2)通过圆环的电荷量q＝·Δt ＝ ＝ 在0～t0内，穿过圆环的磁通量的变化量为 ΔΦ＝B0·πr2＋·πr2 联立解得q＝。 [答案]　(1)，垂直于MN向左　(2) A.　　　　 B． C. D． [解析]　根据法拉第电磁感应定律得＝n，＝，q＝·Δt，解得q＝n，又因为ΔΦ＝Φ2－Φ1，Φ2＝BL2sin 30°，Φ1＝－BL2cos 30°，解得q＝，故A正确。 [解析]　设导体框运动速度为v、方格的边长为l、导体框阻值为R，则在第1 s内电流恒为I＝，ab边所受安培力Fab＝BI×vt＝t，从零均匀增大；第2 s内导体框切割磁感线的有效长度由2l均匀增大到3l，电流由I＝均匀增大到I＝，ab边进入磁场的长度由l均匀增大到2l，故安培力由Fab＝随时间按二次函数增大到Fab′＝B××2l＝＝3Fab，由此可判断A、D一定错误，B、C可能正确。 [解析]　由题图乙可知，0～时间内，先是垂直纸面向外的磁感应强度减小，后是垂直纸面向里的磁感应强度增大，根据楞次定律可知，产生沿逆时针方向的感应电流，根据法拉第电磁感应定律可知，感应电 流i∝，则这段时间内感应电流恒定不变；～T时间内，先是垂直纸面向里的磁感应强度减小，后是垂直纸面向外的磁感应强度增大，根据楞次定律可知，产生沿顺时针方向的感应电流，根据法拉第电磁感应定律可知，这段时间内感应电流恒定不变，故A正确，B错误；0～时间内，感应电流恒定不变，根据安培力公式F＝BIL可知，F∝B，根据楞次定律推广含义“增缩减扩”可知，线框cd边所受安培力先向右后向左，同理可知，～T时间内，F∝B，线框cd边所受安培力先向右后向左，C错误，D正确。 [解析]　t1＝＝0.2 s 由图甲知，电路的总电阻R总＝r＋＝0.5 Ω 总电流I＝＝0.36 A 通过R的电流IR＝·I＝0.12 A A1离开磁场(t1＝0.2 s)至A2刚好进入磁场的时间内，回路中无电流，IR′＝0， 从A2进入磁场(t2＝0.4 s)至离开磁场的时间内， [解析]　经受力分析和电路分析知，i＝，FA＝Bil＝v，UR＝iR＝v，P＝i2(R＋r)＝v2，因此i∝FA∝UR∝∝v，i－t、 FA－t、UR－t图像的形状与v－t图像相同。对金属棒由牛顿第二定律得F－FA＝ma，得F0＋v＝ma。若k＝，则a＝，金属棒做匀加速运动，A项错误；若k>，a逐渐增大，B项正确；若k<，a逐渐减小，最后趋向于零，C项正确；由以上分析知P－t图像的形状不应是直线，D项错误。 $