高考物理第十章第3节电磁感应中的电路和图像问题学案

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1、第3节　电磁感应中的电路和图像问题高考对本节内容的考查主要以选择题的形式呈现，难度中等，其中电磁感应中的电路问题涉及的内容除“三定则、两定律”外，通常还包括闭合电路的欧姆定律、电流、电荷量、焦耳定律、电功率等内容；而解答电磁感应中的图像问题时则需要在掌握电磁感应知识的基础上，把分析力学图像、电磁场图像以及电路图像的方法技巧迁移过来应用。考点一　电磁感应中的电路问题[师生共研类]1．电磁感应中电路知识的关系图2．“三步走”分析电路为主的电磁感应问题[典例]　(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

2、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＝tC．t0时刻导体棒的发热功率为t0D．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＝2v0ttan30°，感应电动势E＝BLv0，回路的总电阻R＝r，联立可得通过导体棒的电流

3、I＝＝，选项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，选项B正确；t0时刻导体棒的电阻为Rx＝2v0t0tan30°·r，则导体棒的发热功率P棒＝I2Rx＝t0，选项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

4、路中电流I＝为定值，R＝tan30°＋2v0tr，可得P＝t，图像如图甲所示。(2)(1)中Pt图线与t轴所围面积表示回路中产生的焦耳热Q，则Q＝Pt＝t2。图像如图乙、丙所示。　　　　　[题点全练]1．[电路的电势差分析](多选)如图所示，两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置，间距为l＝1m，cd间、de间、cf间分别接着阻值R＝10Ω的电阻。一阻值R＝10Ω的导体棒ab以速度v＝4m/s匀速向左运动，导体棒与导轨接触良好。导轨所在平面存在磁感应强度大小B＝0.5T、方向竖直向下的匀强磁场。下列说法正确的是(　　)A．导体棒ab中

5、电流的方向为由b到aB．cd两端的电压为1VC．de两端的电压为1VD．fe两端的电压为1V解析：选BD　由右手定则可知ab中电流方向为a→b，A错误；导体棒ab切割磁感线产生的感应电动势E＝Blv，ab为电源，cd间电阻R为外电路负载，de和cf间电阻中无电流，de和cf间无电压，因此cd和fe两端电压相等，即U＝×R＝＝1V，B、D正确，C错误。2．[含容电路分析](多选)在如图甲所示的电路中，螺线管匝数n＝1500匝，横截面积S＝20cm2。螺线管导线电阻r＝1Ω，R1＝4Ω，R2＝5Ω，C＝30μF。在一段时间内，穿过螺线管

6、的磁场的磁感应强度B按如图乙所示的规律变化。下列说法正确的是(　　)A．螺线管中产生的感应电动势为1.2VB．闭合S，电路中的电流稳定后电容器上极板带正电C．电路中的电流稳定后，电阻R1的电功率为5×10－2WD．S断开后，通过R2的电荷量为1.8×10－5C解析：选AD　由法拉第电磁感应定律可知，螺线管内产生的电动势为E＝nS＝1500××20×10－4V＝1.2V，故A正确；根据楞次定律，当穿过螺线管的磁通量增加时，螺线管下部可以看成电源的正极，则电容器下极板带正电，故B错误；电流稳定后，电流为I＝＝A＝0.12A，电阻R1上消

7、耗的功率为P＝I2R1＝0.122×4W＝5.76×10－2W，故C错误；开关断开后通过电阻R2的电荷量为Q＝CU＝CIR2＝30×10－6×0.12×5C＝1.8×10－5C，故D正确。3．[电功率的分析]如图所示，导体杆OP在作用于OP中点且垂直于OP的力作用下，绕O轴沿半径为r的光滑的半圆形框架在匀强磁场中以一定的角速度转动。磁场的磁感应强度为B，AO间接有电阻R，杆和框架电阻不计，回路中的总电功率为P，则(　　)A．外力的大小为2BrB．外力的大小为BrC．导体杆旋转的角速度为D．导体杆旋转的角速度为解析：选C　设导体杆转动

8、的角速度为ω，则导体杆转动切割磁感线产生的感应电动势E＝Br2ω，I＝，根据题述回路中的电功率为P，则P＝EI；设维持导体杆匀速转动的外力为F，则有P＝，v＝rω，联立解得F＝Br，ω＝，选项C正确，A、B、D错误。考点二　电磁感应中