（全国版）2019版高考物理一轮复习 第11章 电磁感应 第42课时 电磁感应中的电路和图象问题学案.doc

第42课时　电磁感应中的电路和图象问题考点1　电磁感应中的电路问题 1．内电路和外电路 (1)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。 (2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的(内阻，其余部分的电阻相当于(外阻。 2．电源电动势和路端电压 (1)电动势：E＝(n或E＝(Blv。 (2)路端电压：U＝(IR＝(E－Ir。 3．电磁感应中物理量的关系图 [例1](2017·福建莆田三模)为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了一种“闪烁”装置。如图所示，自行车后轮由半径r1＝5.0×10－2 m的金属内圈、半径r2＝0.40 m的金属外圈和绝缘辐条构成。后轮的内、外圈之间等间隔地接有4根金属条，每根金属条的中间均串联有一电阻值为R的小灯泡。在支架上装有磁铁，形成了磁感应强度B＝0.10 T、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场，其内半径为r1、外半径为r2、张角θ＝。后轮以角速度ω＝2π rad/s相对于转轴转动。若不计其他电阻，忽略磁场的边缘效应。 (1)当金属条ab进入“扇形”磁场时，求感应电动势E，并指出ab上的电流方向； (2)当金属条ab进入“扇形”磁场时，画出“闪烁”装置的电路图； (3)从金属条ab进入“扇形”磁场时开始，经计算画出轮子转一圈过程中，内圈与外圈之间电势差Uab随时间t变化的Uab-t图象； (4)若选择的是“1.5 V 0.3 A”的小灯泡，该“闪烁”装置能否正常工作？有同学提出，通过改变磁感应强度B、后轮外圈半径r2、角速度ω和张角θ等物理量的大小，优化前同学的设计方案，请给出你的评价。 解析　(1)金属条ab在磁场中切割磁感线时，平均速度 ＝ω E＝B(r2－r1)＝Bω(r－r)≈4.9×10－2 V 根据右手定则，可得感应电流方向为b→a。 (2)通过分析，可得电路图如图所示。 (3)设电路中的总电阻为R总，根据电路图可知 R总＝R＋R＝R a、b两端电势差 Uab＝E－IR＝E－R＝E≈1.2×10－2 V 设ab离开磁场区域的时刻为t1，下一根金属条进入磁场区域的时刻为t2，则t1＝＝ s, t2＝＝ s 设轮子转一圈的时间为T，则T＝＝1 s 在T＝1 s内，金属条有4次进出，后3次与第1次相同。 根据以上分析可画出如下图象。 (4)金属条的感应电动势只有4.9×10－2 V，远小于灯泡的额定电压1.5 V，因此无法正常工作，“闪烁”装置不能正常工作。 评价：B增大，E增大，但有限度；r2增大，E增大，但有限度；ω同样有限度；改变θ只能改变“闪烁”时间的长短。 答案　(1)4.9×10－2 V　b→a　(2)(3)(4)见解析 1．基本思路 2．注意事项 (1)电磁感应现象中磁通量发生变化的回路或做切割磁感线运动的导体相当于电源，其电阻相当于电源的内阻，其余部分为外电路。等效电源内部的电流，方向由负极到正极，即电流的流出端为高电势，而外电路中的电流方向仍是从高电势到低电势。 (2)应用欧姆定律分析求解电路时，一定要先画等效电路图，明确电路结构，同时要注意等效电源的内阻对电路的影响。 (3)在闭合回路中，等效电源两端的电压为路端电压，而不是感应电动势，除非切割磁感线的导体或线圈的电阻为零。 (2018·河南周口期末)匝数n＝100匝的圆形金属线圈的电阻R＝2 Ω，线圈与R1＝2 Ω的电阻连成闭合回路，其简化电路如图甲所示，A、B为线圈两端点。线圈的半径r1＝15 cm，在线圈中半径r2＝10 cm的圆形区域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变化的图象如图乙所示。则下列说法正确的是(　　) A．A点电势比B点电势低 B．线圈中产生的感应电动势为4.5π V C．R1两端电压为π V D．0～2 s内通过R1的电荷量为1.125π C 答案　C 解析　根据法拉第电磁感应定律有E＝n··S＝100××π×0.12 V＝2π V，B错误；根据楞次定律可知，线圈中的磁通量均匀增大，感应电流沿逆时针方向，因此A点电势比B点电势高，A错误；回路中的电流I＝＝ A＝ A，R1两端的电压为U1＝IR1＝×2 V＝π V, C正确；0～2 s 内通过R1的电荷量为q＝It＝×2 C＝π C，D错误。考点2　电磁感应的图象问题 1．磁场感应类图象问题 (1)分析方法： 电动势大小：E＝(n，取决于(线圈匝数和磁通量的(变化率； 电动势方向：注意感应电流的实际方向是否与规定情况一致，同向取(正，反向取(负。 (2)注意问题： 关注初始时刻：如初始时刻感应电流是否为零，是正方向还是负方向。 关注变化过程：看电磁感应发生过程分为几个阶段，这几个阶段是否和图象变化相对应。 关注大小、方向的变化趋势，看图象斜率大小、图象的曲直和物理过程是否相对应。 求F-t图象时，不但要