高中物理第1章电磁感应与现代社会学案6习题课：电磁感应中的电路问题和图像问题同步备课学案沪科版
电磁感应中的图像问题
电磁感应中的图像问题电磁感应的图象问题是高考中的热点问题，它要求考生做到三会：会识图——认识图象，理解图象的物理意义；会作图——依据物理现象、物理过程、物理规律画出相应的图象；会用图——能用图象分析、描述电磁感应过程，用图象法解决问题。
电磁感应的图象主要涉及磁感强度B、磁通量Φ、感应电动势e和感应电流i随时间t 变化的图象，即B-t图像、Φ-t图象、e-t图象、i-t图象等。
对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况还常涉及感应电动势ε和感应电流i随位移变化的图象，即e-x 图象、i-x图象等。
在研究这些图象时，主要弄清坐标轴表示的物理量、截距、斜率等的物理意义，要注意相关规律的应用，如右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等，有时还需要应用力学规律来分析加速度、速度等。
通常我们遇到的电磁感应图象问题可以分为图象的选择、描绘、关联和计算。
一、四类题型：图象问题大体上可分为两类：由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象，或由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量具体题型有:图象的选择、描绘、关联和计算不管是何种类型，电磁感应中的图象常需利用右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解决感应电流的方向和感应电流的大小1.图象的选择题目中有对物理过程或物理规律的叙述，给出备选图象，让考生选出符合题意的图像。
解决这类问题可以有两种方法：一种是“排除法”，即排除与题目要求相违背的图象，选出正确图象；另一种是“对照法”，即按照题目要求应用相关规律画出正确的草图，再与选项对照解决。
2.图象的描绘题目中给出物理过程、物理现象或规律，要求考生作出符合实际或题意的图象。
解决这类问题的方法是，首先应仔细分析物理现象，弄清物理过程，求解有关物理量或分析其与相关物理量间的变化关系，尽可能求出相关物理量之间的关系式（解析式），然后作出图象。
在描绘图象时，要注意物理量的单位、坐标轴标度、函数图象的特征及变化趋势等。
高考物理考点《电磁感应中的图像问题》真题练习含答案
高考物理考点《电磁感应中的图像问题》真题练习含答案1．如图甲所示，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上，若线圈ab中电流i与时间t的关系图线如图乙所示，则在这段时间内，下列关于线圈cd中产生的感应电流i cd与时间t的关系图线，正确的是()答案：D解析：由图乙可知，在t＝0时刻，图线的斜率最大，即ab线圈中的电流变化最快，电流产生的磁场变化最快，cd线圈中的磁通量变化最快，所以此时在cd线圈中产生的感应电流最大；t＝T4时，图线的斜率为零，即ab线圈中的电流变化为零，电流产生的磁场变化为零，cd线圈中的磁通量变化为零，所以此时在cd线圈中无感应电流；t＝T4之后，感应电流改变方向；T2到T时间内c、d线圈产生的感应电流为零，由上述分析可知，D正确．2．(多选)如图甲所示，在垂直纸面向里的匀强磁场中，一个线圈与一个电容器相连，线圈平面与匀强磁场垂直，电容器的电容C＝60 μF，穿过线圈的磁通量Φ随时间t的变化如图乙所示，下列说法不正确的是()A.电容器下极板电势高于上极板B ．线圈中磁通量的变化率为3 Wb/sC ．电容器两极板间电压为2.0 VD ．电容器所带电荷量为120 C答案：ABD解析：根据楞次定律可以判断出感应电流方向为逆时针方向，所以电容器下极板电势低于上极板，A 错误；线圈中磁通量的变化率为ΔΦΔt ＝6－22Wb/s ＝2 Wb/s ，B 错误；根据法拉第电磁感应定律，有E ＝ΔΦΔt＝2.0 V ，C 正确；电容器所带电荷量为Q ＝CU ＝60×10－6×2.0 C ＝1.2×10－4 C ，D 错误．3．[2024·黑龙江省哈尔滨市重点三校期末联考]如图所示，两个有界匀强磁场的磁感应强度大小均为B ，方向分别垂直纸面向里和向外，磁场宽度均为L .距磁场区域的左侧L 处，有一边长为L 的正方形导体线框，总电阻为R ，且线框平面与磁场方向垂直．现用水平外力F 使线框以速度v 匀速穿过磁场区域，以初始位置为计时起点．规定：电流沿逆时针方向时电动势E 为正，磁感线垂直纸面向里时磁通量Φ为正，水平外力F 向右为正．则下列关于线框中的感应电动势E 、所受外力F 、消耗的电功率P 和通过线框的磁通量Φ随时间变化的图像正确的是( )答案：B解析：进入磁场时磁通量随时间变化为ΔΦ＝BL v t，完全进入左边磁场后再运动0.5L时磁通量减为零，再运动0.5L磁通量变为反向的BL2，因此中间图像斜率是两端的2倍，D错误；进入磁场时感应电动势E1＝BL v，而运动到两磁场交接处时感应电动势E2＝2BL v，A 错误；根据F＝BIL运动到两个磁场交接处时，回路中的电动势为刚进入磁场时的2倍，电流为刚进入磁场时的2倍，并且在两个磁场交接处时，左右两边都受到向左的安培力，因此在中间时，安培力是在两端时的4倍，根据P＝F v，则在中间安培力的功率也是两端的4倍，C错误，B正确．4.如图所示，宽度为d的两条平行虚线之间存在一垂直纸面向里的匀强磁场，一直径小于d的圆形导线环沿着水平方向匀速穿过磁场区域，规定逆时针方向为感应电流的正方向，由圆形导线环刚进入磁场开始计时，则关于导线环中的感应电流i随时间t的变化关系，下列图像中可能的是()答案：A解析：由楞次定律易知，圆形导线环进入磁场时，电流方向为逆时针，即正方向，圆形导线环全进入磁场时，电流为零，圆形导线环离开磁场时，电流方向为顺时针，即负方向，选项D错误；设经过时间t圆形导线环的位置如图所示，圆形导线环运动速度大小为v，半径为R，电阻为r，此时圆形导线切割磁场的有效长度为L＝2R2－（R－v t）2，产生的感应电动势e＝BL v，电流大小为i＝er，联立三式变化可得i2（2B v Rr）2＋（t－R v）2（R v）2＝1.可见，圆形导线环匀速进入磁场时的i t图像是椭圆的一部分，同样，圆形导线匀速离开磁场时的i t图像也是椭圆的一部分，选项A正确，B、C错误．5.如图所示，等腰直角三角形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，左边有一形状与磁场边界完全相同的闭合导线框，线框斜边长为l，线框从图示位置开始水平向右匀速穿过磁场区域，规定线框中感应电流逆时针方向为正方向，其感应电流i随位移x变化的图像正确的是()答案：B解析：闭合导线框穿过磁场的过程中，磁通量先增加后减小，根据楞次定律和安培定则，感应电流先逆时针后顺时针，即先正后负，A、D错误；导线框切割的有效长度是先增加后减小，由E＝BL v，感应电动势的大小是先增加后减小，所以感应电流先增加后减小，B正确，C错误．6.(多选)如图所示，在竖直平面内有四条间距均为L的水平虚线L1、L2、L3、L4，在L1、L2之间和L3、L4之间存在磁感应强度大小相等且方向均垂直纸面向里的匀强磁场．现有一矩形金属线圈abcd，ad边长为3L.t＝0时刻将其从图示位置(cd边与L1重合)由静止释放，cd边经过磁场边界线L3时开始做匀速直线运动，cd边经过磁场边界线L2、L3、L4时对应的时刻分别为t 1、t 2、t 3，整个运动过程线圈平面始终处于竖直平面内．在0～t 3时间内，线圈的速度v 、通过线圈横截面的电量q 、通过线圈的电流i 和线圈产生的热量Q 随时间t 变化的关系图像可能正确的是( )答案：BD解析：线圈cd 边在L 1、L 2之间的磁场切割磁感线，则有E ＝BL v ，I ＝E R，F 安＝BIL ，解得F 安＝B 2L 2v R ，根据牛顿第二定律a ＝mg －F 安m可知随着速度的增加，安培力也逐渐增大，加速度逐渐减小，根据题意，cd 边经过磁场边界线L 3时开始做匀速直线运动，说明从0时刻到t 1的过程，线圈做加速度减小的加速运动，从t 1到t 2的过程，线圈做加速度为g 的匀加速直线运动，从t 2到t 3的过程，线圈做匀速直线运动，根据v t 图像的切线斜率表示加速度，A 错误；从0时刻到t 1的过程，线圈做加速度减小的加速运动，线圈中的电流逐渐增大，从t 1到t 2的过程，线圈做加速度为g 的匀加速直线运动，但此过程线圈没有切割磁感线，感应电流为零，从t 2到t 3的过程，线圈做匀速直线运动，线圈中的电流保持不变，根据q t 图像的切线斜率表示电流，B 正确，C 错误；从0时刻到t 1的过程，线圈中的电流逐渐增大，从t 1到t 2的过程，线圈中的电流为零，从t 2到t 3的过程，线圈中的电流保持不变，根据Q ＝I 2Rt 可知Q t 图像的切线斜率表示电流的平方，D 正确．7．如图所示的匀强磁场中有一根弯成45°的金属线POQ ，其所在平面与磁场垂直，长直导线MN与金属线紧密接触，起始时OA＝l0，且MN⊥OQ，所有导线单位长度电阻均为r，MN水平向右匀速运动的速度为v，使MN匀速运动的外力为F，则外力F随时间变化的规律图像正确的是()答案：C8．[2024·山东省青岛市模拟]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间接有一定值电阻R，电阻为r的金属杆cd保持与导轨垂直且接触良好．杆cd由静止开始下落并开始计时，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，合理的是()答案：A解析：设杆长为L，杆下落过程中速度增大，切割磁感线产生的感应电流增大，杆所受安培力的大小为F＝BIL＝B2L2v，根据牛顿第二定律有mg－F＝ma，杆下落过程中先做加R＋r速度减小的加速运动，当加速度为零时，速度保持不变，所以安培力随速度先增大，后不变，其大小为mg，B错误，A正确；导体杆两端的电压为U＝IR＝BLR v，速度先增大，后不R＋r变，所以U先增大，后不变，且U增大的越来越慢，即图线的斜率减小，C、D错误．9．[2024·辽宁省十校联合体调研]如图所示，xOy平面的第一、三象限内充满垂直纸面向外的匀强磁场．边长为L 的正方形金属框始终在O 点的顶点环绕，在xOy 平面内以角速度ω顺时针匀速转动，t ＝0时刻，金属框开始进入第一象限，已知匀强磁场的磁感应强度为B ，金属框的总电阻为R ，规定顺时针方向为电流的正方向，不考虑自感影响，关于金属框中感应电流i 随时间t 变化的图像正确的是( )答案：A解析：如图所示，在t ＝0到t ＝π2ω的过程中，即金属框顺时针转过90°的过程中，金属框切割磁感线的有效切割长度先变大后变小，根据转动切割感应电动势的计算公式E ＝12Bω2l 可知E 先增大后减小，感应电流先增加后减小，根据楞次定律可知，电流方向为顺时针方向，即正方向；在t ＝0到t ＝π4ω的过程中，由圆周运动公式可知θ＝ωt ，根据几何关系和三角形的面积公式可得S ＝L ·L tan θ2 ，则穿过线圈的磁通量为Φ＝12BL 2tan ωt ，对上述的表达式由数学知识得ΔE Δt ＝BL 2ω2·tan ωt cos 2ωt ，由此可知，在t ＝0到t ＝π4ω的过程中，E 的变化率一直增大，感应电流的变化率一直增加；同理可得在t＝π4ω到t＝π2ω的过程中，E的变化率一直减小，感应电流的变化率一直减小，A正确，B、C、D错误．。
专题16 电磁感应中的电路问题(解析版)
专题十六 电磁感应中的电路问题基本知识点解决电磁感应电路问题的基本步骤：1．用法拉第电磁感应定律算出E 的大小，用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向：感应电流方向是电源内部电流的方向，从而确定电源正、负极，明确内阻r .2．根据“等效电源”和电路中其他各元件的连接方式画出等效电路图．3．根据E ＝Blv 或E ＝n ΔΦΔt结合闭合电路欧姆定律、串并联电路知识和电功率、焦耳定律等关系式联立求解．例题分析一、电磁感应中的简单电路问题例1 如图所示，足够长的平行光滑金属导轨水平放置，宽度L ＝0.4 m ，一端连接R ＝1 Ω的电阻，导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度B ＝1 T 。
导体棒MN 放在导轨上，其长度恰好等于导轨间距，与导轨接触良好。
导轨和导体棒的电阻均可忽略不计。
在平行于导轨的拉力F 作用下，导体棒沿导轨向右匀速运动，速度v ＝5 m/s 。
(1)求感应电动势E 和感应电流I ；(2)若将MN 换为电阻r ＝1 Ω的导体棒，其他条件不变，求导体棒两端的电压U 。
(对应训练)如图所示，MN、PQ为平行光滑金属导轨(金属导轨电阻忽略不计)，MN、PQ 相距L＝50 cm，导体棒AB在两轨道间的电阻为r＝1 Ω，且可以在MN、PQ上滑动，定值电阻R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，整个装置放在磁感应强度为B＝1.0 T的匀强磁场中，磁场方向垂直于整个导轨平面，现用外力F拉着AB棒向右以v＝5 m/s的速度做匀速运动。
求：(1)导体棒AB产生的感应电动势E和AB棒上的感应电流方向；(2)导体棒AB两端的电压U AB。
二、电磁感应中的复杂电路问题例2如图所示，ab、cd为足够长、水平放置的光滑固定导轨，导体棒MN的长度为L＝2 m，电阻r＝1 Ω，有垂直abcd平面向下的匀强磁场，磁感强度B＝1.5 T，定值电阻R1＝4 Ω，R2＝20 Ω，当导体棒MN以v＝4 m/s的速度向左做匀速直线运动时，电流表的示数为0.45 A，灯泡L正常发光。
2024届高考一轮复习物理教案(新教材粤教版)：电磁感应中的电路及图像问题
专题强化二十三电磁感应中的电路及图像问题目标要求 1.掌握电磁感应中电路问题的求解方法.2.会计算电磁感应电路问题中电压、电流、电荷量、热量等物理量.3.能够通过电磁感应图像，读取相关信息，应用物理规律求解问题．题型一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＝BL v或E＝n ΔΦΔt，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．2．分析电磁感应电路问题的基本思路3．电磁感应中电路知识的关系图考向1感生电动势的电路问题例1如图所示，单匝正方形线圈A边长为0.2m，线圈平面与匀强磁场垂直，且一半处在磁场中，磁感应强度随时间变化的规律为B＝(0.8－0.2t)T．开始时开关S未闭合，R1＝4Ω，R2＝6Ω，C＝20μF，线圈及导线电阻不计．闭合开关S，待电路中的电流稳定后．求：(1)回路中感应电动势的大小；(2)电容器所带的电荷量．答案(1)4×10－3V(2)4.8×10－8C解析(1)由法拉第电磁感应定律有E ＝ΔB Δt S ，S ＝12L 2，代入数据得E ＝4×10－3V (2)由闭合电路的欧姆定律得I ＝ER 1＋R 2，由部分电路的欧姆定律得U ＝IR 2，电容器所带电荷量为Q ＝CU ＝4.8×10－8C.考向2动生电动势的电路问题例2(多选)如图所示，光滑的金属框CDEF 水平放置，宽为L ，在E 、F 间连接一阻值为R的定值电阻，在C 、D 间连接一滑动变阻器R 1(0≤R 1≤2R )．框内存在着竖直向下的匀强磁场．一长为L 、电阻为R 的导体棒AB 在外力作用下以速度v 匀速向右运动．金属框电阻不计，导体棒与金属框接触良好且始终垂直，下列说法正确的是()A ．ABFE 回路的电流方向为逆时针，ABCD 回路的电流方向为顺时针B ．左右两个闭合区域的磁通量都在变化且变化率相同，故电路中的感应电动势大小为2BL vC ．当滑动变阻器接入电路中的阻值R 1＝R 时，导体棒两端的电压为23BL vD ．当滑动变阻器接入电路中的阻值R 1＝R2时，滑动变阻器的电功率为B 2L 2v 28R 答案AD解析根据楞次定律可知，ABFE 回路电流方向为逆时针，ABCD 回路电流方向为顺时针，故A 正确；根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势E ＝BL v ，故B 错误；当R 1＝R 时，外电路总电阻R 外＝R 2，因此导体棒两端的电压即路端电压应等于13BL v ，故C 错误；该电路电动势E ＝BL v ，电源内阻为R ，当滑动变阻器接入电路中的阻值R 1＝R2时，干路电流为I ＝3BL v 4R ，滑动变阻器所在支路电流为23I ，容易求得滑动变阻器电功率为B 2L 2v 28R，故D 正确．例3(多选)如图所示，ab 为固定在水平面上的半径为l 、圆心为O 的金属半圆弧导轨，Oa间用导线连接一电阻M .金属棒一端固定在O 点，另一端P 绕过O 点的轴，在水平面内以角速度ω逆时针匀速转动，该过程棒与圆弧接触良好．半圆弧内磁场垂直纸面向外，半圆弧外磁场垂直纸面向里，磁感应强度大小均为B ，已知金属棒由同种材料制成且粗细均匀，棒长为2l 、总电阻为2r ，M 阻值为r ，其余电阻忽略不计．当棒转到图中所示的位置时，棒与圆弧的接触处记为Q 点，则()A ．通过M 的电流方向为O →aB ．通过M 的电流大小为Bl 2ω6r C ．QO 两点间电压为Bl 2ω4D ．PQ 两点间电压为3Bl 2ω2答案CD解析根据右手定则可知金属棒O 端为负极，Q 端为正极，则通过M 的电流方向从a →O ，A 错误；金属棒转动产生的电动势为E ＝Bl ·ωl2，则有I ＝E R 总＝Bl 2ω4r ，B 错误；由于其余电阻忽略不计，则QO 两点间电压，即电阻M 上的电压，根据欧姆定律有U ＝Ir ＝Bl 2ω4，C 正确；金属棒PQ 转动产生的电动势为E ′＝Bl 2lω＋lω2＝3Bl 2ω2，由于PQ 没有连接闭合回路，则PQ 两点间电压，即金属棒PQ 转动产生的电动势，为3Bl 2ω2，D 正确．题型二电磁感应中电荷量的计算计算电荷量的导出公式：q ＝nΔФR 总在电磁感应现象中，只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就会产生感应电流，设在时间Δt 内通过导体横截面的电荷量为q ，则根据电流定义式I ＝qΔt 及法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt ，得q ＝I Δt ＝E R 总Δt ＝n ΔΦR 总Δt Δt ＝n ΔΦR 总，即q ＝n ΔΦR 总.例4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，线圈所围的面积为0.1m 2，线圈电阻为1Ω.规定线圈中感应电流I 的正方向从上往下看是顺时针方向，如图甲所示．磁场的磁感应强度B 随时间t 的变化规律如图乙所示．以下说法正确的是()A ．在0～2s 时间内，I 的最大值为0.02AB ．在3～5s 时间内，I 的大小越来越小C ．前2s 内，通过线圈某横截面的总电荷量为0.01CD ．第3s 内，线圈的发热功率最大答案C解析0～2s 时间内，t ＝0时刻磁感应强度变化率最大，感应电流最大，I ＝E R ＝ΔB ·SΔtR＝0.01A ，A 错误；3～5s 时间内电流大小不变，B 错误；前2s 内通过线圈的电荷量q ＝ΔΦR ＝ΔB ·S R＝0.01C ，C 正确；第3s 内，B 没有变化，线圈中没有感应电流产生，则线圈的发热功率最小，D 错误．例5(2018·全国卷Ⅰ·17)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B ′B等于()A.54B.32C.74D ．2答案B解析在过程Ⅰ中，根据法拉第电磁感应定律，有E 1＝ΔΦ1Δt 1＝B (12πr 2－14πr 2)Δt 1，根据闭合电路的欧姆定律，有I 1＝E 1R ，且q 1＝I 1Δt 1在过程Ⅱ中，有E 2＝ΔΦ2Δt 2＝(B ′－B )12πr 2Δt 2I 2＝E 2R，q 2＝I 2Δt 2又q1＝q2，即B(12πr2－14πr2)R＝(B′－B)12r2R所以B′B＝32，故选B.题型三电磁感应中的图像问题1．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．2．解题步骤(1)明确图像的种类，即是B－t图还是Φ－t图，或者E－t图、I－t图等；对切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及E－x图像和i－x图像；(2)分析电磁感应的具体过程；(3)用右手定则或楞次定律确定方向的对应关系；(4)结合法拉第电磁感应定律、闭合电路的欧姆定律、牛顿运动定律等知识写出相应的函数关系式；(5)根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率的变化、截距等；(6)画图像或判断图像．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正负，增大还是减小，以及变化快慢，来排除错误选项．(2)函数法：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．考向1感生问题的图像例6(多选)(2023·广东湛江市模拟)如图甲所示，正方形导线框abcd放在范围足够大的匀强磁场中静止不动，磁场方向与线框平面垂直，磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示．t ＝0时刻，磁感应强度B的方向垂直纸面向外，感应电流以逆时针为正方向，cd边所受安培力的方向以垂直cd边向下为正方向．下列关于感应电流i和cd边所受安培力F随时间t变化的图像正确的是()答案BD解析设正方形导线框边长为L ，电阻为R ，在0～2s ，垂直纸面向外的磁场减弱，由楞次定律可知，感应电流的方向为逆时针方向，为正方向，感应电流大小i ＝ΔΦΔt ·R ＝ΔBS Δt ·R ＝2B 0S2R＝B 0SR，电流是恒定值．由左手定则可知，cd 边所受安培力方向向下，为正方向，大小为F ＝BiL ，安培力与磁感应强度成正比，数值由2F 0＝2B 0iL 减小到零.2～3s 内，垂直纸面向里的磁场增强，由楞次定律可知，感应电流的方向为逆时针方向，为正方向，感应电流大小i ＝ΔΦΔt ·R ＝B 0SR，电流是恒定值．由左手定则可知，cd 边所受安培力方向向上，为负方向，大小为F ＝BiL ，安培力与磁感应强度成正比，由零变化到－F 0＝－B 0iL .3～4s 内垂直纸面向里的磁场减弱，由楞次定律可知，感应电流的方向为顺时针方向，为负方向，感应电流大小i ＝ΔΦΔt ·R＝B 0SR，电流是恒定值．由左手定则可知，cd 边所受安培力方向向下，为正方向，大小为F ＝BiL ，安培力与磁感应强度成正比，数值由F 0＝B 0iL 减小到零.4～6s 内垂直纸面向外的磁场增强，由楞次定律可知，感应电流的方向为顺时针方向，为负方向，感应电流大小i ＝ΔΦΔt ·R＝B 0SR，电流是恒定值．由左手定则可知，cd 边所受安培力方向向上，为负方向，大小为F ＝BiL ，安培力与磁感应强度成正比，数值由零变化到－2F 0＝－2B 0iL ，由以上分析计算可得A 、C 错误，B 、D 正确．考向2动生问题的图像例7如图所示，将一均匀导线围成一圆心角为90°的扇形导线框OMN ，圆弧MN 的圆心为O 点，将O 点置于直角坐标系的原点，其中第二和第四象限存在垂直纸面向里的匀强磁场，其磁感应强度大小为B ，第三象限存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为2B .t ＝0时刻，让导线框从图示位置开始以O 点为圆心沿逆时针方向做匀速圆周运动，规定电流方向ONM 为正，在下面四幅图中能够正确表示电流i 与时间t 关系的是()答案C解析在0～t 0时间内，线框沿逆时针方向从题图所示位置开始(t ＝0)转过90°的过程中，产生的感应电动势为E 1＝12BωR 2，由闭合电路的欧姆定律得，回路中的电流为I 1＝E 1r ＝BR 2ω2r ，根据楞次定律判断可知，线框中感应电流方向为逆时针方向(沿ONM 方向)．在t 0～2t 0时间内，线框进入第三象限的过程中，回路中的电流方向为顺时针方向(沿OMN 方向)，回路中产生的感应电动势为E 2＝12Bω·R 2＋12·2BωR 2＝32BωR 2＝3E 1，感应电流为I 2＝3I 1.在2t 0～3t 0时间内，线框进入第四象限的过程中，回路中的电流方向为逆时针方向(沿ONM 方向)，回路中产生的感应电动势为E 3＝12Bω·R 2＋12·2Bω·R 2＝32BωR 2＝3E 1，感应电流为I 3＝3I 1，在3t 0～4t 0时间内，线框出第四象限的过程中，回路中的电流方向为顺时针方向(沿OMN 方向)，回路中产生的感应电动势为E 4＝12BωR 2，回路电流为I 4＝I 1，故C 正确，A 、B 、D 错误．例8(2023·广东珠海市模拟)图中两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为L ，磁场方向垂直纸面向里．abcd 是位于纸面内的直角梯形线圈，ab 与dc 间的距离也为L .t ＝0时刻，ab 边与磁场区域边界重合(如图)．现令线圈以恒定的速度v 沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域．取沿a →d →c →b →a 的感应电流为正，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流I 随时间t 变化的图线可能是()答案A解析线圈移动0～L ，即在0～Lv时间内，线圈进磁场，垂直纸面向里通过线圈的磁通量增大，线圈中产生逆时针方向的感应电流(正)，线圈切割磁感线的有效长度l 均匀增大，感应电流I ＝E R ＝B v lR 均匀增大；线圈移动L ～2L ，即在L v ～2L v 时间内，线圈出磁场，垂直纸面向里通过线圈的磁通量减少，线圈中产生顺时针方向的感应电流(负)，线圈切割磁感线的有效长度l 均匀增大，感应电流I ＝E R ＝B v lR均匀增大，因此A 正确，B 、C 、D 错误．课时精练1.如图所示是两个相互连接的金属圆环，小金属环的电阻是大金属环电阻的二分之一，匀强磁场垂直穿过大金属环所在区域，当磁感应强度随时间均匀变化时，在大环内产生的感应电动势为E ，则a 、b 两点间的电势差为()A.12EB.13EC.23E D ．E答案B解析a 、b 间的电势差等于路端电压，而小环电阻占电路总电阻的13，故a 、b 间电势差为U＝13E ，选项B 正确．2．如图甲所示，在线圈l 1中通入电流i 1后，在l 2上产生的感应电流随时间变化的规律如图乙所示，l 1、l 2中电流的正方向如图甲中的箭头所示．则通入线圈l 1中的电流i 1随时间t 变化的图像是图中的()答案D解析因为l 2中感应电流大小不变，根据法拉第电磁感定律可知，l 1中磁场的变化是均匀的，即l 1中电流的变化也是均匀的，A 、C 错误；根据题图乙可知，0～T4时间内l 2中的感应电流产生的磁场方向向左，所以线圈l 1中感应电流产生的磁场方向向左并且减小，或方向向右并且增大，B 错误，D 正确．3．(多选)(2023·广东省华南师大附中模拟)如图所示，在磁感应强度大小为B 、方向竖直向下的匀强磁场中，有两根光滑的平行导轨，间距为L ，导轨两端分别接有电阻R 1和R 2，导体棒以某一初速度从ab 位置向右运动距离x 到达cd 位置时，速度为v ，产生的电动势为E ，此过程中通过电阻R 1、R 2的电荷量分别为q 1、q 2.导体棒有电阻，导轨电阻不计．下列关系式中正确的是()A ．E ＝BL vB ．E ＝2BL vC ．q 1＝BLx R 1D.q 1q 2＝R 2R 1答案AD解析导体棒做切割磁感线的运动，速度为v 时产生的感应电动势E ＝BL v ，故A 正确，B错误；设导体棒的电阻为r ，根据法拉第电磁感应定律得E ＝ΔΦΔt ＝BLxΔt ，根据闭合电路欧姆定律得I ＝Er ＋R 1R 2R 1＋R 2，通过导体棒的电荷量为q ＝I Δt ，导体棒相当于电源，电阻R 1和R 2并联，则通过电阻R 1和R 2的电流之比I 1I 2＝R 2R 1，通过电阻R 1、R 2的电荷量之比q 1q 2＝I 1Δt I 2Δt ＝R2R 1，结合q ＝q 1＋q 2，解得q 1＝BLxR 2(R 1＋R 2)r ＋R 1R 2，故C 错误，D 正确．4．(多选)如图甲所示，单匝正方形线框abcd 的电阻R ＝0.5Ω，边长L ＝20cm ，匀强磁场垂直于线框平面向里，磁感应强度的大小随时间变化规律如图乙所示，则下列说法中正确的是()A ．线框中的感应电流沿逆时针方向，大小为2.4×10－2AB ．0～2s 内通过ab 边横截面的电荷量为4.8×10－2CC ．3s 时ab 边所受安培力的大小为1.44×10－2ND ．0～4s 内线框中产生的焦耳热为1.152×10－3J 答案BD解析由楞次定律判断感应电流为顺时针方向，由法拉第电磁感应定律得电动势E ＝SΔB Δt＝1.2×10－2V ，感应电流I ＝E R＝2.4×10－2A ，故选项A 错误；电荷量q ＝I Δt ，解得q ＝4.8×10－2C ，故选项B 正确；安培力F ＝BIL ，由题图乙得，3s 时B ＝0.3T ，代入数值得：F ＝1.44×10－3N ，故选项C 错误；由焦耳定律得Q ＝I 2Rt ，代入数值得Q ＝1.152×10－3J ，故D 选项正确．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 边右侧有一正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i －t 图像正确的是(时间单位为L v)()答案D 解析bc 边的位置坐标x 从0～L 的过程中，根据楞次定律判断可知线框中感应电流方向沿a →b →c →d →a ，为正值．线框bc 边有效切线长度为l ＝L －v t ，感应电动势为E ＝Bl v ＝B (L－v t )·v ，随着t 均匀增加，E 均匀减小，感应电流i ＝E R，即知感应电流均匀减小．同理，x 从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．6.如图所示，线圈匝数为n ，横截面积为S ，线圈电阻为R ，处于一个均匀增强的磁场中，磁感应强度随时间的变化率为k ，磁场方向水平向右且与线圈平面垂直，电容器的电容为C ，两个电阻的阻值均为2R .下列说法正确的是()A ．电容器上极板带负电B ．通过线圈的电流大小为nkS 2RC ．电容器所带的电荷量为CnkS 2D ．电容器所带的电荷量为2CnkS 3答案D解析由楞次定律和右手螺旋定则知，电容器上极板带正电，A 错误；因E ＝nkS ，I ＝E 3R ＝nkS 3R，B 错误；又U ＝I ×2R ＝2nkS 3，Q ＝CU ＝2CnkS 3，C 错误，D 正确．7．如图甲所示，一长为L 的导体棒，绕水平圆轨道的圆心O 匀速顺时针转动，角速度为ω，电阻为r ，在圆轨道空间存在有界匀强磁场，磁感应强度大小为B .半径小于L 2的区域内磁场竖直向上，半径大于L 2的区域内磁场竖直向下，俯视图如图乙所示，导线一端Q 与圆心O 相连，另一端P 与圆轨道连接给电阻R 供电，其余电阻不计，则()A ．电阻R 两端的电压为BL 2ω4B ．电阻R 中的电流方向向上C ．电阻R 中的电流大小为BL 2ω4(R ＋r )D ．导体棒的安培力做功的功率为0答案C 解析半径小于L 2的区域内，E 1＝B L 2·ωL 22＝BL 2ω8，半径大于L 2的区域，E 2＝B L 2·ωL 2＋ωL 2＝3BL 2ω8，根据题意可知，两部分电动势相反，故总电动势E ＝E 2－E 1＝BL 2ω4，根据右手定则可知圆心为负极，圆环为正极，电阻R 中的电流方向向下，电阻R 上的电压U ＝R R ＋r E ＝RBL 2ω4(R ＋r )，故A 、B 错误；电阻R 中的电流大小为I ＝E R ＋r ＝BL 2ω4(R ＋r )，故C 正确；回路有电流，则安培力不为零，故导体棒的安培力做功的功率不为零，故D 错误．8.(多选)如图，PAQ 为一段固定于水平面上的光滑圆弧导轨，圆弧的圆心为O ，半径为L .空间存在垂直导轨平面、磁感应强度大小为B 的匀强磁场．电阻为R 的金属杆OA 与导轨接触良好，图中电阻R 1＝R 2＝R ，其余电阻不计．现使OA 杆在外力作用下以恒定角速度ω绕圆心O 顺时针转动，在其转过π3的过程中，下列说法正确的是()A ．流过电阻R 1的电流方向为P →R 1→OB ．A 、O 两点间电势差为BL 2ω2C ．流过OA 的电荷量为πBL 26RD ．外力做的功为πωB 2L 418R答案AD 解析由右手定则判断出OA 中电流方向由O →A ，可知流过电阻R 1的电流方向为P →R 1→O ，故A 正确；OA 产生的感应电动势为E ＝BL 2ω2，将OA 当成电源，外部电路R 1与R 2并联，则A 、O 两点间的电势差为U ＝ER ＋R 2·R 2＝BL 2ω6，故B 错误；流过OA 的电流大小为I ＝E R ＋R 2＝BL 2ω3R ，转过π3弧度所用时间为t ＝π3ω＝π3ω，流过OA 的电荷量为q ＝It ＝πBL 29R ，故C 错误；转过π3弧度过程中，外力做的功为W ＝EIt ＝πωB 2L 418R，故D 正确．9.(多选)(2019·全国卷Ⅱ·21)如图，两条光滑平行金属导轨固定，所在平面与水平面夹角为θ，导轨电阻忽略不计．虚线ab 、cd 均与导轨垂直，在ab 与cd 之间的区域存在垂直于导轨所在平面的匀强磁场．将两根相同的导体棒PQ 、MN 先后自导轨上同一位置由静止释放，两者始终与导轨垂直且接触良好．已知PQ 进入磁场时加速度恰好为零．从PQ 进入磁场开始计时，到MN 离开磁场区域为止，流过PQ 的电流随时间变化的图像可能正确的是()答案AD 解析根据题述，PQ 进入磁场时加速度恰好为零，两导体棒从同一位置释放，则两导体棒进入磁场时的速度相同，产生的感应电动势大小相等，PQ 通过磁场区域后MN 进入磁场区域，MN 同样匀速直线运动通过磁场区域，故流过PQ 的电流随时间变化的图像可能是A ；若释放两导体棒的时间间隔较短，在PQ 没有出磁场区域时MN 就进入磁场区域，则两棒在磁场区域中运动时回路中磁通量不变，感应电动势和感应电流为零，两棒不受安培力作用，二者在磁场中做加速运动，PQ 出磁场后，MN 切割磁感线产生感应电动势和感应电流，且感应电流一定大于刚开始仅PQ 切割磁感线时的感应电流I 1，则MN 所受的安培力一定大于MN 的重力沿导轨平面方向的分力，所以MN 一定做减速运动，回路中感应电流减小，流过PQ 的电流随时间变化的图像可能是D.10．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B 0；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S 0，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：(1)t ＝t 02时，圆环受到的安培力；(2)在0～320内，通过圆环的电荷量．答案(1)3B 02r 2S 04ρt 0，垂直于MN 向左(2)3B 0rS 08ρ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 ＝ΔB Δt S 上式中S ＝πr 22由题图乙可知ΔB Δt ＝B 0t 0根据闭合电路的欧姆定律有I ＝ER 根据电阻定律有R ＝ρ2πrS 0t ＝12t 0时，圆环受到的安培力大小F ＝B 0I ·(2r )＋B 02I ·(2r )联立解得F ＝3B 02r 2S 04ρt 0由左手定则知，方向垂直于MN 向左．(2)通过圆环的电荷量q ＝I ·Δt根据闭合电路的欧姆定律和法拉第电磁感应定律有I ＝E R ，E ＝ΔΦΔt在0～32t 0内，穿过圆环的磁通量的变化量为ΔΦ＝B 0·12πr 2＋B 02·12πr 2联立解得q ＝3B 0rS 08ρ.11.(2023·广东广州市模拟)在同一水平面中的光滑平行导轨P 、Q 相距L ＝1m ，导轨左端接有如图所示的电路．其中水平放置的平行板电容器两极板M 、N 间距离d ＝10mm ，定值电阻R 1＝R 2＝12Ω，R 3＝2Ω，金属棒ab 电阻r ＝2Ω，其他电阻不计．磁感应强度B ＝1T 的匀强磁场竖直穿过导轨平面，当金属棒ab 沿导轨向右匀速运动时，悬浮于电容器两极板之间、质量m ＝1×10－14kg 、带电荷量q ＝－1×10－14C 的微粒(图中未画出)恰好静止不动．取g ＝10m/s 2，在整个运动过程中金属棒与导轨接触良好．且运动速度保持恒定．求：(1)匀强磁场的方向；(2)ab 两端的电压；(3)金属棒ab 运动的速度大小．答案(1)竖直向下(2)0.4V (3)0.5m/s 解析(1)带负电的微粒受到重力和电场力处于静止状态，因重力竖直向下，则电场力竖直向上，故M 板带正电．ab 棒向右切割磁感线产生感应电动势，ab 棒相当于电源，感应电流方向由b →a ，其a 端为电源的正极，由右手定则可判断，磁场方向竖直向下；(2)由平衡条件，得mg ＝EqE ＝U MNd所以MN 间的电压U MN ＝mgd q ＝1×10－14×10×10×10－31×10－14V ＝0.1VR 3两端电压与电容器两端电压相等，由欧姆定律得通过R 3的电流I ＝U MN R 3＝0.12A ＝0.05A ab 棒两端的电压为U ab＝U MN＋R1R2·I＝0.1V＋0.05V×6V＝0.4VR1＋R2(3)由闭合电路欧姆定律得ab棒产生的感应电动势为E感＝U ab＋Ir＝0.4＋0.05×2V＝0.5V由法拉第电磁感应定律得感应电动势E＝BL v感联立解得v＝0.5m/s.。
高中物理 第一章 电磁感应 习题课(二)法拉第电磁感应定律、愣次定律的综合应用学案 教科版选修3-2.doc
习题课（二）法拉第电磁感应定律、愣次定律的综合应用[目标定位] 1.进一步理解公式E ＝n ΔΦΔt 与E ＝BLv 的区别和联系.能够应用两个公式求解感应电动势.2.掌握电磁感应现象中电路问题的分析方法和解题基本思路.3.综合运用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决电磁感应中的图像问题.一、电磁感应中的电路问题电磁感应问题常与电路知识综合考查，解决此类问题的基本方法是：(1)明确部分电路或导体产生感应电动势，该电路或导体就相当于电源，其他部分是外电路. (2)画等效电路图，分清内、外电路.(3)用法拉第电磁感应定律E ＝n ΔΦΔt 或E ＝BLv 确定感应电动势的大小，用楞次定律或右手定则确定感应电流的方向，在等效电源内部，方向从负极指向正极.(4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立求解.例1 把总电阻为2R 的均匀电阻丝焊接成一半径为a 的圆环，水平固定在竖直向下的磁感应强度为B 的匀强磁场中，如图1所示，一长度为2a ，电阻等于R ，粗细均匀的金属棒MN 放在圆环上，它与圆环始终保持良好接触，当金属棒以恒定速度v 向右移动经过环心O 时，求：图1(1)棒上电流的大小和方向及棒两端的电压U MN ； (2)在圆环和金属棒上消耗的总热功率.解析 本题综合考查电磁感应及电路中功率的计算.关键是要分析清楚电路结构，画出等效电路图.(1)把切割磁感线的金属棒看成一个具有内阻为R ，电源电动势为E 的电源，两个半圆环看成两个并联电阻，画出等效电路如图所示.等效电源电动势为：E ＝BLv ＝2Bav . 外电路的总电阻为R 外＝R 1R 2R 1＋R 2＝12R . 棒上电流大小为I ＝E R 总＝2Bav 12R ＋R＝4Bav 3R. 电流方向从N 流向M .根据分压原理，棒两端的电压为U MN ＝R 外R 外＋R ·E ＝23Bav .(2)圆环和金属棒上消耗的总热功率为 P ＝IE ＝8B 2a 2v 23R.答案 (1)4Bav 3R N →M 23Bav (2)8B 2a 2v23R电磁感应中电路问题的分析方法：(1)明确电路结构，分清内、外电路，画出等效电路图.(2)根据产生感应电动势的方式计算感应电动势的大小，如果是磁场变化，由E ＝n ΔΦΔt 计算；如果是导体切割磁感线，由E ＝BLv 计算. (3)根据楞次定律或右手定则判断感应电流的方向. (4)根据电路组成列出相应的方程式.针对训练 固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd ，边长为l ，其中ab 是一段电阻为R 的均匀电阻丝，其余三边均为电阻可忽略的铜线.磁场的磁感应强度为B ，方向垂直纸面向里，现有一段与ab 段的材料、粗细、长度均相同的电阻丝PQ 架在导线框上，如图2所示，若PQ 以恒定的速度v 从ad 滑向bc ，当其滑过13l 的距离时，通过aP 的电阻的电流是多大？方向如何？图2答案6Blv11R方向由P 到a 解析PQ 向右移动切割磁感线，产生感应电动势，相当于电源，外电路由Pa 与Pb 并联而成，PQ 滑过13l 时的等效电路如图所示.PQ 切割磁感线产生的感应电动势大小为E ＝Blv ，方向由Q 指向P .外电路总电阻为R 外＝13R ·23R 13R ＋23R ＝29R电路总电流为I ＝ER ＋R 外＝BlvR ＋29R ＝9Blv 11R aP 段电流大小为I aP ＝23I ＝6Blv11R，方向由P 到a . 二、电磁感应中的图像问题1.明确图像的种类，即是B －t 图像还是Φ－t 图像，或者是E －t 图像、I －t 图像、F －t 图像等.2.分析电磁感应的具体过程.3.确定感应电动势(或感应电流)的大小和方向，有下列两种情况(1)若回路面积不变，磁感应强度变化时，用楞次定律确定感应电流的方向，用E ＝n ΔΦΔt 确定感应电动势大小的变化.(2)若磁场不变，导体切割磁感线，用右手定则判断感应电流的方向，用E ＝BLv 确定感应电动势大小的变化.4.画图像或判断图像.特别注意分析斜率的变化、截距等.5.涉及受力问题，可由安培力公式F ＝BIL 和牛顿运动定律等规律写出有关函数关系式.例2 如图3甲所示，矩形导线框abcd 固定在磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直纸面向里，磁感应强度B 随时间变化的规律如图乙所示，若规定顺时针方向为感应电流的正方向，下列各图中正确的是( )图3解析 0～1s 内，磁感应强度B 均匀增大，由法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电动势E ＝n ΔΦΔt 恒定，电流I ＝E R 恒定；由楞次定律可知，电流方向为逆时针方向，即负方向，在i－t 图像上，是一段平行于t 轴的直线，且方向为负，可见，A 、C 不正确.在1～2s 内B 、D 中电流情况相同，在2～3s 内，负向的磁感应强度均匀增大，由法拉第电磁感应定律知，产生的感应电动势E ＝n ΔΦΔt 恒定，电流I ＝E R 恒定，由楞次定律知，电流方向为顺时针方向，即正方向，在I －t 图像上，是一段平行于t 轴的直线，且方向为正，只有D 符合，选D. 答案 D本类题目线圈面积不变而磁场发生变化，可根据E ＝n ΔBΔt S 判断E 的大小及变化，由楞次定律判断感应电流的方向，即图像的“＋”、“－”.其中ΔBΔt 为B －t 图像的斜率，特别注意1～3s 内斜率不变，I 感的大小、方向都不变.例3 如图4所示，一底边为L ，底边上的高也为L 的等腰三角形导体线框以恒定的速度v 沿垂直于磁场区域边界的方向穿过长为2L ，宽为L 的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里.t ＝0时刻，三角形导体线框的底边刚进入磁场，取沿逆时针方向的感应电流为正，则在三角形导体线框穿过磁场区域的过程中，感应电流i 随时间t 变化的图线可能是( )图4解析 根据E ＝BLv ，I ＝E R ＝BLvR，三角形导体线框进、出磁场时，有效长度L 都变小.再根据右手定则，进、出磁场时感应电流方向相反，进磁场时感应电流方向为正，出磁场时感应电流方向为负，故选A. 答案 A线框进、出匀强磁场，可根据E ＝BLv 判断E 大小变化，再根据右手定则判断方向.特别注意L 为切割的有效长度.1.(电磁感应中的电路问题)粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行.现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如下图所示，则在移出过程中线框的一边a 、b 两点间电势差绝对值最大的是( )答案 B解析 磁场中切割磁感线的边相当于电源，外电路由三个相同电阻串联形成，A 、C 、D 中a 、b 两点间电势差为外电路中一个电阻两端的电压为：U ＝14E ＝Blv4，B 图中a 、b 两点间电势差为路端电压为：U ′＝34E ＝3Blv4，所以a 、b 两点间电势差绝对值最大的是B 图，故A 、C 、D错误，B 正确.2.(电磁感应中的电路问题)如图5所示，竖直平面内有一金属圆环，半径为a ，总电阻为R (指拉直时两端的电阻)，磁感应强度为B 的匀强磁场垂直穿过环平面，与环的最高点用铰链连接长度为2a 、电阻为R2的导体棒AB ，AB 由水平位置紧贴环面摆下，当摆到竖直位置时，B 点的线速度为v ，则这时AB 两端的电压大小为( )图5A.Bav3B.Bav6C.2Bav3D.Bav答案 A解析 摆到竖直位置时，导体棒AB 切割磁感线的瞬时感应电动势E ＝B ·2a ·12v ＝Bav .由闭合电路欧姆定律有U AB ＝－ER 2＋R 4·R 4＝－13Bav ，故选A. 3.(电磁感应中的图像问题)如图6所示，在x ≤0的区域内存在匀强磁场，磁场的方向垂直于xOy 平面(纸面)向里，具有一定电阻的矩形线框abcd 位于xOy 平面内，线框的ab 边与y 轴重合，令线框从t ＝0的时刻起由静止开始沿x 轴正方向做匀加速运动，则线框中的感应电流I (取逆时针方向的电流为正)随时间t 的变化图线正确的是( )图6答案 D解析因为导体棒做匀加速直线运动，所以感应电动势为E＝BLv＝BLat，因此感应电流大小与时间成正比，方向为顺时针.4.(电磁感应中的图像问题)(多选)如图7所示，一个闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中，设磁场方向向里为磁感应强度B的正方向，线圈中的箭头为电流I的正方向，线圈及线圈中感应电流I随时间变化的图线如图乙所示，则磁感应强度B随时间变化的图线可能是( )图7答案CD题组一电磁感应中的电路问题1.用均匀导线做成的正方形线框边长为0.2m，正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中，如图1所示.当磁场以10T/s的变化率增强时，线框中a、b两点间的电势差是( )图1A.U ab ＝0.1VB.U ab ＝－0.1VC.U ab ＝0.2VD.U ab ＝－0.2V 答案 B解析 题中正方形线框的左半部分磁通量变化而产生感应电动势，从而在线框中有感应电流产生，把左半部分线框看成电源，其电动势为E ，内阻为r2，画出等效电路如图所示，则a 、b两点间的电势差即为电源的路端电压，设l是边长，且依题意知ΔB Δt ＝10T/s.由E ＝ΔΦΔt 得E＝ΔBS Δt ＝ΔB Δt ·l 22＝10×0.222V ＝0.2V ，所以U ＝IR ＝E r 2＋r 2·r2＝0.1V ，由于a 点电势低于b 点电势，故U ab ＝－0.1V ，故B 选项正确.2.如图2所示，用粗细相同的铜丝做成边长分别为L 和2L 的两只闭合线框a 和b ，以相同的速度从磁感应强度为B 的匀强磁场区域中匀速地拉到磁场外，不考虑线框的重力，若闭合线框的电流分别为I a 、I b ，则I a ∶I b 为( )图2A.1∶4B.1∶2C.1∶1D.不能确定答案 C解析 产生的感应电动势为E ＝Blv ，由闭合电路欧姆定律得I ＝BlvR，又L b ＝2L a ，由电阻定律知R b ＝2R a ，故I a ∶I b ＝1∶1.3.如图3所示，是两个相连的金属圆环，小金属圆环的电阻是大金属圆环电阻的二分之一，磁场垂直穿过金属圆环所在区域，当磁感应强度随时间均匀变化时，在大金属圆环内产生的感应电动势为E ，则a 、b 两点间的电势差为( )图3A.12EB.13E C.23E D.E答案 B解析 ab 两点间的电势差等于路端电压，而小金属圆环电阻占电路总电阻的13，故U ab ＝13E ，B 正确.4.在图4中，EF 、GH 为平行的金属导轨，其电阻不计，R 为电阻，C 为电容器，AB 为可在EF 和GH 上滑动的导体棒，有匀强磁场垂直于导轨平面，若用I 1和I 2分别表示图中该处导线中的电流，则当棒AB ( )图4A.匀速滑动时，I 1＝0，I 2＝0B.匀速滑动时，I 1≠0，I 2≠0C.加速滑动时，I 1＝0，I 2＝0D.加速滑动时，I 1≠0，I 2≠0 答案 D解析 导体棒水平运动时产生感应电动势，对整个电路，可把AB 棒看做电源，等效电路如图所示，当棒匀速滑动时，电动势E 不变，故I 1≠0，I 2＝0.当棒加速滑动时，电动势E 不断变大，电容器不断充电，故I 1≠0，I 2≠0.5．(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图5所示．铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P 、Q 分别与圆盘的边缘和铜轴接触．圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B 中．圆盘旋转时，关于流过电阻R 的电流，下列说法正确的是( )图5A．若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定B．若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动C．若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化D．若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2倍答案AB解析将圆盘看成无数幅条组成，它们都在切割磁感线从而产生感应电动势和感应电流，根据右手定则可知圆盘上感应电流从边缘流向中心，则当圆盘顺时针(俯视)转动时，流过电阻的电流方向从a到b，B对；由法拉第电磁感应定律得感生电动势E＝BL v＝12BL2ω，I＝ER＋r，ω恒定时，I大小恒定，ω大小变化时，I大小变化，方向不变，故A对，C错；由P＝I2R＝B2L4ω2R4(R＋r)2知，当ω变为2倍时，P变为原来的4倍，D错．题组二电磁感应中的图像问题6.如图6甲所示，闭合的圆线圈放在磁场中，t＝0时刻磁感线垂直线圈平面向里穿过线圈，磁感应强度随时间变化的关系图线如图乙所示，则在0～2s内线圈中感应电流的大小和方向为( )图6A.逐渐增大，逆时针方向B.逐渐减少，顺时针方向C.大小不变，顺时针方向D.大小不变，先顺时针方向后逆时针方向答案 C解析因为B－t图像的斜率不变，所以感应电流恒定，根据楞次定律判断电流方向为顺时针方向.7.如图7所示，平行导轨间有一矩形的匀强磁场区域，细金属棒PQ沿导轨从MN处匀速运动到M ′N ′的过程中，棒上感应电动势E 随时间t 变化的图像，可能正确的是( )图7答案 A解析 在金属棒PQ 进入磁场区域之前或离开磁场后，棒上均不会产生感应电动势，D 选项错误.在磁场中运动时，感应电动势E ＝BLv 与时间无关，保持不变，故A 选项正确，B 、C 选项错误.8.如图8所示，一宽40cm 的匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向里，一边长为20cm 的正方形导线框位于纸面内，以垂直于磁场边界的速度v ＝20cm/s 匀速通过磁场区域.在运动过程中，线框有一边始终与磁场区域的边界平行，取它刚进入磁场的时刻t ＝0，正确反映感应电流随时间变化规律的图像是( )图8答案 C解析 线框在进入磁场的过程中，由楞次定律可知感应电流方向是逆时针的，E ＝Blv ，感应电流i ＝E R ＝BlvR，是一个恒定的值.线框全部进入磁场后在磁场中运动的过程中，线框的磁通量不变，所以无感应电流.离开磁场的过程中，由楞次定律可知感应电流方向是顺时针的，其大小与进入时相等，综合上述三个过程，选项C 正确.9.一矩形线框位于一随时间t 变化的磁场内，磁场方向垂直线框所在的平面(纸面)向里，如图9甲所示，磁感应强度B 随时间t 的变化规律如图乙所示.以I 表示线框中的感应电流，以图甲中线框上箭头所示方向的电流为正方向(即顺时针方向为正方向)，则以下的I －t 图中正确的是( )图9答案 C10.如图10所示，在水平面(纸面)内有三根相同的均匀金属棒ab 、ac 和MN ，其中ab 、ac 在a 点接触，构成“V”字型导轨，空间存在垂直于纸面的匀强磁场，用力使MN 向右匀速运动，从图示位置开始计时，运动中MN 始终与∠bac 的平分线垂直且和导轨保持良好接触，下列关于回路中电流I 与时间t 的关系图线，可能正确的是( )图10答案 A解析 设MN 在匀速运动中切割磁感线的有效长度为L ，∠bac ＝2θ，感应电动势为E ＝BLv ，三角形的两边长相等且均为L ′＝L2sin θ，由R ＝ρlS 可知三角形的总电阻R ＝ρl S ＝ρL ＋2L ′S＝kL (k 为常数)，再由闭合电路欧姆定律得I ＝E R ＝BLv kL ＝Bvk是一个常量，与时间t 无关，所以选项A 正确.11.将一段导线绕成图11甲所示的闭合回路，并固定在水平面(纸面)内.回路的ab 边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中.回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ，以向里为磁场Ⅱ的正方向，其磁感应强度B 随时间t 变化的图像如图乙所示.用F 表示ab 边受到的安培力，以水平向右为F 的正方向，能正确反应F 随时间t 变化的图像是( )图11答案 B解析 0～T2时间内，回路中产生顺时针方向、大小不变的感应电流，根据左手定则可以判定ab 边所受安培力向左，大小恒定不变.T2～T 时间内，回路中产生逆时针方向、大小不变的感应电流，根据左手定则可以判定ab 边所受安培力向右，大小恒定不变，故B 正确.题组三 综合应用12．面积S ＝0.2 m 2、n ＝100匝的圆形线圈，处在如图12所示的磁场内，磁感应强度随时间t 变化的规律是B ＝0.02 t (T)，R ＝3 Ω，C ＝30 μF，线圈电阻r ＝1 Ω，求：图12(1)通过R 的电流方向和4 s 内通过导线横截面的电荷量； (2)电容器的电荷量．答案 (1)b →a 0.4 C (2)9×10－6C解析 (1)由法拉第电磁感应定律可得出线圈中的感应电动势，由欧姆定律可求得通过R 的电流．由楞次定律可求得电流的方向为逆时针，通过R 的电流方向为b →a ，Q ＝It ＝E R ＋r t ＝n ΔBS t (R ＋r )t ＝n ΔBS R ＋r ＝100×0.02×4×0.23＋1C ＝0.4 C(2)由E ＝n ΔΦΔt ＝nS ΔBΔt＝100×0.2×0.02 V＝0.4 V ，I ＝E R ＋r ＝0.43＋1 A ＝0.1 A ， U C ＝U R ＝IR ＝0.1×3 V＝0.3 V ， Q ＝CU C ＝30×10－6×0.3C＝9×10－6C13.如图13(a)所示，水平放置的两根平行金属导轨，间距L ＝0.3m ，导轨左端连接R ＝0.6Ω的电阻，区域abcd 内存在垂直于导轨平面B ＝0.6T 的匀强磁场，磁场区域宽D ＝0.2m.细金属棒A 1和A 2用长为2D ＝0.4m 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 ＝0.3Ω.导轨电阻不计.使金属棒以恒定速度v ＝1.0m/s 沿导轨向右穿越磁场.计算从金属棒A 1进入磁场(t ＝0)到A 2离开磁场的时间内，不同时间段通过电阻R 的电流强度，并在图(b)中画出.图13答案 见解析 解析 t 1＝D v＝0.2s在0～t 1时间内，A 1产生的感应电动势E 1＝BLv ＝0.18V其等效电路如图甲所示.甲由图甲知，电路的总电阻R 总＝r ＋rRr ＋R＝0.5Ω总电流为I ＝E 1R 总＝0.36A通过R 的电流为I R ＝I3＝0.12AA 1离开磁场(t 1＝0.2s)至A 2刚好进入磁场(t 2＝2Dv ＝0.4s)的时间内，回路无电流，I R ＝0，从A 2进入磁场(t 2＝0.4s)至离开磁场t 3＝2D ＋Dv＝0.6s 时间内，A 2上的感应电动势E 2＝E 1＝0.18V ，其等效电路如图乙所示.乙由图乙知，电路总电阻R 总′＝0.5Ω，总电流I ′＝0.36A ，流过R 的电流I R ′＝0.12A ，综合以上计算结果，绘制出过R 的电流强度与时间的关系图像如图所示.。
【高中教育】最新高中物理第一章电磁感应习题课：电磁感应中的综合应用学案粤教版选修3_2
——教学资料参考参考范本——【高中教育】最新高中物理第一章电磁感应习题课：电磁感应中的综合应用学案粤教版选修3_2______年______月______日____________________部门——电磁感应中的电路问题和动力学问题[学习目标] 1。
能综合应用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决电磁感应中的图象问题。
2。
掌握电磁感应中动力学问题的分析方法。
3。
能解决电磁感应中的动力学与能量结合的综合问题．一、电磁感应中的图象问题1．问题类型(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象．(2)由给定的图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量．2．图象类型(1)各物理量随时间t变化的图象，即B－t图象、Φ－t图象、E－t 图象和I－t图象．(2)导体切割磁感线运动时，还涉及感应电动势E和感应电流I随导体位移变化的图象，即E－x图象和I－x图象．3．解决此类问题需要熟练掌握的规律：安培定则、左手定则、楞次定律、右手定则、法拉第电磁感应定律、欧姆定律等．例1 将一段导线绕成图1甲所示的闭合回路，并固定在纸面内，回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中．回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ，以向里为磁场Ⅱ的正方向，其磁感应强度B随时间t 变化的图象如图乙所示．用F表示ab边受到的安培力，以水平向右为F的正方向，能正确反映F随时间t变化的图象是 ( )图1答案B解析由题图乙可知0～时间内，磁感应强度随时间线性变化，即＝k(k是一个常数)，圆环的面积S不变，由E＝＝可知圆环中产生的感应电动势大小不变，则回路中的感应电流大小不变，ab边受到的安培力大小不变，从而可排除选项C、D；0～时间内，由楞次定律可判断出流过ab边的电流方向为由b至a，结合左手定则可判断出ab边受到的安培力的方向向左，为负值，故选项A错误，B正确．本类题目线圈面积不变而磁场发生变化，可根据E＝nS判断E的大小及变化，其中为B－t图象的斜率，且斜率正、负变化时对应电流的方向发生变化．例2 如图2所示，在x≤0的区域内存在匀强磁场，磁场的方向垂直于xOy平面(纸面)向里．具有一定电阻的矩形线框abcd位于xOy平面内，线框的ab边与y轴重合．令线框从t＝0时刻起由静止开始沿x 轴正方向做匀加速运动，则线框中的感应电流i(取逆时针方向的电流为正)随时间t的变化图象正确的是( )图2答案D解析因为线框做匀加速直线运动，所以感应电动势为E＝Blv＝Blat，因此感应电流大小与时间成正比，由楞次定律可知电流方向为顺时针．二、电磁感应中的动力学问题1．电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法是：(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向．(2)求回路中的感应电流的大小和方向．(3)分析研究导体受力情况(包括安培力)．(4)列动力学方程或平衡方程求解．2．两种状态处理(1)导体处于平衡状态——静止或匀速直线运动状态．处理方法：根据平衡条件——合力等于零列式分析．(2)导体处于非平衡状态——加速度不为零．处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析．例3 如图3甲所示，两根足够长的直金属导轨MN、PQ平行放置在倾角为θ的绝缘斜面上，两导轨间距为L，M、P两点间接有阻值为R的电阻，一根质量为m的均匀直金属杆ab放在两导轨上，并与导轨垂直，整套装置处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于斜面向下，导轨和金属杆的电阻可忽略，让ab杆沿导轨由静止开始下滑，导轨和金属杆接触良好，不计它们之间的摩擦．图3(1)在加速下滑过程中，当ab杆的速度大小为v时，求此时ab杆中的电流及其加速度的大小；(2)求在下滑过程中，ab杆可以达到的速度最大值．答案(1) gsinθ－(2)mgRsinθB2L2解析(1)如图所示，ab杆受重力mg，竖直向下；支持力FN，垂直于斜面向上；安培力F安，沿斜面向上．当ab杆的速度大小为v时，感应电动势E＝BLv，此时电路中的电流I＝＝BLvRab杆受到安培力F安＝BIL＝B2L2vR根据牛顿第二定律，有mgsinθ－F安＝ma联立解得a＝gsinθ－。
高中物理第一章电磁感应微型专题练3电磁感应中的电路及图像问题课件教科版选修3_2
√
解析
答案
例2 固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd边长为L，其中ab是一段电
阻为R的均匀电阻丝，其余三边均为电阻可以忽略的铜线.磁感应强度为
B，方向垂直纸面向里.现有一段与ab段的材料、粗细、长度均相同的电
阻丝PQ架在导线框上(如图1所示).若PQ以恒定的
速度v从ad滑向bc，当其滑过
L 3
的距离时，通过
例3 如图2甲所示，矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向 与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直纸面向里，磁感应强度 B随时间t变化的规律如图乙所示，若规定 顺时针方向为感应电流的正方向，下列各 图中正确的是
图2
√
解析
答案
总结提升
本类题目线圈面积不变而磁场发生变化，可根据E＝n
ΔB Δt
1 A.2E
√B.13E
2 C.3E
D.E
图5
解析 a、b两点间的电势差等于路端电压，而小金属圆环电阻占电路总
电阻的
1 3
，故Uab＝13
E，B正确.
1234
解析
答案
3.(电磁感应中的图像问题)一矩形线框位于一随时间t变化的匀强磁场内， 磁场方向垂直线框所在的平面(纸面)向里，如图6甲所示，磁感应强度B 随时间t的变化规律如图乙所示.以i表示线框中的感应电流，以图甲中线框 上箭头所示方向为电流的正方向(即顺 时针方向为正方向)，则以下的i－t图 中正确的是
A. 2BRv
图4
B. 22BRv
C. 42BRv
1234
√3
D.
4 2BRv
解析
答案
2.(电磁感应中的电路问题)如图5所示，是两个相连的金属圆环，小金属 圆环的电阻是大金属圆环电阻的二分之一，磁场垂直穿过金属圆环所在 区域，当磁感应强度随时间均匀变化时，在大金属圆环内产生的感应电 动势为E，则a、b两点间的电势差为
课件5：专题九 电磁感应中的电路和图象问题
一题一得 解决本题的关键是将电磁感应与电路的分析
与计算结合起来，弄清电路结构，应用电路的相关规律求解．
迁移训练1 如图9－3－7甲所示，水平放置的两根平行金属 导轨(不计电阻)，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．计算从金属棒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 流强度，并在图9－3－7乙中画出．
答案 CD
一题一得
用图象的斜率来分析，根据线圈中感应电流的方向来判断 线圈所在处的磁场的变化率，再反过来应用图象的变化率来判 断感应电流的方向，这个方法很重要．它说明了感应电流的方 向只与磁场的变化率有关，而与磁场的磁感应强度的大小和方 向无关，就像速度与位移的大小和方向无关，只与位移的变化 率有关一样．
例2 (多选)如图9－3－8甲所示，一个闭合线圈固定在垂直 纸面的匀强磁场中，设磁场方向向里为磁感应强度B的正方向， 线圈中的箭头(顺时针)为电流I的正方向．线圈及线圈中感应电 流I随时间变化的图线如图9－3－8 乙所示，则磁感应强度B随 时间变化的图线可能是( )
图 9－3－8
解析 依题意，根据感应电流的图象，可知线圈中开始的 感应电流的大小不变，由法拉第电磁感应定律可知原磁场是均 匀变化的；又线圈中开始的电流是逆时针方向，感应电流的磁 场是垂直于纸面向外的，若原磁场是垂直于纸面向里的，由楞 次定律可知原磁场应是加强的，并且在 B－t 图象上的斜率为正 值．经过T4后，感应电流反向，说明原磁场是减弱的，图象的 斜率为负值，再过T2，图象的斜率为正值．所以选项 C、D 正 确．
电磁感应现象中的电路和图像问题(核心考点精讲精练)(解析版)—2025年高考物理一轮复习
电磁感应现象中的电路和图像问题（核心考点精讲精练）1. 高考真题考点分布题型考点考查考题统计选择题图像问题2024年全国甲卷计算题电路问题2024年浙江卷2. 命题规律及备考策略【命题规律】高考对电磁感应现象中的电路和图像的考查较为频繁，对于图像问题的考查大多以选择题的形式出现，难度不是太大，电路问题的考查多在计算题中出现，题目多与功能动量等问题结合。
【备考策略】1.结合闭合电路欧姆定律，能够处理电磁感应现象中的电路问题。
2.结合法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律，能够分析电磁感应现象中的各类图像问题。
【命题预测】重点关注电磁感应现象中的图像问题。
一、电磁感应中电路知识的关系图二、电磁感应中的图像问题图像类型随时间变化的图像，如B-t 图像、Φ-t 图像、E-t 图像、I-t 图像；随位移变化的图像，如E-x图像、I-x图像(所以要先看坐标轴：哪个物理量随哪个物理量变化要弄清)问题类型(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像(画图像)(2)由给定的有关图像分析电磁感应过程，求解相应的物理量(用图像)四个规律左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律应用知识六类公式(1)平均电动势E ＝nΔΦΔt 2)平动切割电动势E ＝Blv(3)转动切割电动势E ＝12Bl 2ω(4)闭合电路欧姆定律I ＝E R ＋r(5)安培力F ＝BIl(6)牛顿运动定律的相关公式等考点一 电磁感应中的电路问题“三步走”分析电路为主的电磁感应问题1．如图，一个半径为L 的半圆形硬导体AB 以速度v ，在水平U 型框架上匀速滑动，匀强磁场的磁感应强度为B ，回路中的电阻为0R ，半圆形硬导体AB 的电阻为r ，其余电阻不计，则半圆形导体AB 切割磁感线产生感应电动势的大小及AB 之间的电势差分别为（ ）A ．BLv ，00BLvR R r+B ．2BLv ，BLv C ．BLv ，2BL D ．2BLv ，002BLvR R r+【答案】D【详解】半圆形硬导体切割磁感线的有效长度为2L ，则感应电动势大小为：2E BLv =根据闭合电路的欧姆定律可得，感应电流大小为：002E BLvI R r R r==++AB 之间的电势差为：0002AB BLvR U IR R r==+故选D 。
高中物理第一章电磁感应习题课二法拉第电磁感应定律愣次定律的综合应用课件教科版选修3_2
习题课(二)：法拉第电磁感应定律、 楞次定律的综合应用
目标 定位
ΔΦ 1.进一步理解公式 E＝n Δt 与 E＝BLv 的区别和联系.能够应用两个公 式求解感应电动势.
2.掌握电磁感应现象中电路问题的分析方法和解题基本思路. 3.综合运用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决电磁感应中的图像 问题.
图2
解析答案 返回
二、电磁感应中的图像问题 知识梳理
1.明确图像的种类，即是B－t图像还是Φ－t图像，或者是E－t图像、I－t 图像、F－t图像等. 2.分析电磁感应的具体过程. 3.确定感应电动势(或感应电流)的大小和方向，有下列两种情况 (1)若回路面积不变，磁感应强度变化时，用楞次定律确定感应电流的方 向，用E＝n ΔΦ确定感应电动势大小的变化. Δt (2)若磁场不变，导体切割磁感线，用右手定则判断感应电流的方向，用 E＝BLv确定感应电动势大小的变化.
图6 框中的感应电流I(取逆时针方向的电流为正 )随时间t的变化图线正确的
解析答案
1
2
3
4
4.(电磁感应中的图像问题)(多选)如图7所示，一个 闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中，设磁场方 向向里为磁感应强度B的正方向，线圈中的箭头为 电流I的正方向，线圈及线圈中感应电流I随时间变 化的图线如图乙所示，则磁感应强度B随时间变化
图1
解析答案
(2)在圆环和金属棒上消耗的总热功率. 解析 圆环和金属棒上消耗的总热功率为
8B a v P＝IE＝ 3R .
2 2 2
答案
8B2a2v2 3R
总结提升
解析答案
针对训练
固定在匀强磁场中的正方形导线框 abcd，边长为l，其中ab是
一段电阻为R的均匀电阻丝，其余三边均为电阻可忽略的铜线.磁场的磁 感应强度为 B ，方向垂直纸面向里，现有一段与 ab 段的材料、粗细、长 度均相同的电阻丝 PQ架在导线框上，如图 2 所示，若 PQ以恒定的速度 v 1 从ad滑向bc，当其滑过 l的距离时， 3 通过aP的电阻的电流是多大？方向如何？
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1 / 15 学案6 习题课：电磁感应中的电路问题和图像问题
[目标定位] 1.掌握电磁感应现象中电路问题的分析方法和解题基本思路.2.综合应用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决电磁感应中的图像问题．
一、电磁感应中的电路问题 在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势．若回路闭合，则产生感应电流，所以电磁感应问题常与电路知识综合考查． 解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是： (1)明确哪部分导体或电路产生感应电动势，该导体或电路就是电源，其他部分是外电路． (2)画等效电路图．分清内外电路，画出等效电路图是解决此类问题的关键． (3)感应电动势的大小由法拉第电磁感应定律E＝BLv或E＝nΔΦΔt确定，感应电动势的方向由楞次定律或右手定则确定，在等效电源内部从负极指向正极． (4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立求解． 例1 用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图1所示．在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是( ) 2 / 15
图1 A．UaC．Ua＝Ub答案 B 解析 Ua＝34BLv，Ub＝56BLv，Uc＝34·B·2Lv＝32BLv，Ud＝46B·2L·v＝43BLv，故选B. 3 / 15
例2 如图2所示，有一范围足够大的匀强磁场，磁感应强度B＝0.2 T，磁场方向垂直纸面向里．在磁场中有一半径r＝0.4 m的金属圆环，磁场与圆环面垂直，圆环上分别接有灯L1、L2，两灯的电阻均为R0＝2 Ω.一金属棒MN与圆环接触良好，棒与圆环的电阻均忽略不计．
图2 (1)若棒以v0＝5 m/s的速率在环上向右匀速滑动，求棒滑过圆环直径的瞬间MN中的电动势和流过灯L1的电流； (2)撤去金属棒MN，若此时磁场的磁感应强度随时间均匀变化，磁感应强度的变化率为ΔBΔt＝4π T/s，求回路中的电动势和灯L1的电功率．
答案 (1)0.8 V 0.4 A (2)0.64 V 5.12×10－2 W
解析 (1)等效电路如图所示． MN中的电动势E1＝B·2r·v0＝0.8 V
MN中的电流I＝2E1R0＝0.8 A
流过灯L1的电流I1＝I2＝0.4 A
(2)等效电路如图所示 回路中的电动势E2＝ΔBΔt·πr2 ＝0.64 V 回路中的电流I′＝E22R0＝0.16 A 灯L1的电功率P1＝I′2R0＝5.12×10－2 W. 4 / 15
二、电磁感应中的图像问题 1．对于图像问题，搞清物理量之间的函数关系、变化范围、初始条件、斜率的物理意义等，往往是解题的关键． 2．解决图像问题的一般步骤 (1)明确图像的种类，即是B－t图像还是Φ－t图像，或者E－t图像、I－t图像等． (2)分析电磁感应的具体过程． (3)确定感应电动势(或感应电流)的大小和方向，有下列两种情况． ①若回路面积不变，磁感应强度变化时，用楞次定律确定感应电流的方向，用E＝nΔΦΔt确定感应电动势大小的变化． ②若磁场不变，导体垂直切割磁感线，用右手定则判断感应电流的方向，用E＝BLv确定感应电动势大小的变化． (4)涉及受力问题，可由安培力公式F＝BIL和牛顿运动定律等规律写出有关函数关系式． (5)画图像或判断图像．特别注意分析斜率的变化、截距等． 例3 在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形导体环．规定导体环中电流的正方向如图3甲所示，磁场的磁感应强度向上为正．当磁感应强度B随时间t按图乙所示规律变化时，下列能正确表示导体环中感应电流变化情况的是 ( )
图3
答案 C 解析 根据法拉第电磁感应定律有：E＝nΔΦΔt＝nSΔBΔt，因此在面积、匝数不变的情况下，感应电动势与磁场的变化率成正比，即与B－t图像中的斜率成正比，由图像可知：0～2 s，斜5 / 15
率不变，故感应电流不变，根据楞次定律可知感应电流方向顺时针即为正值，2～4 s斜率不变，电流方向为逆时针，整个过程中的斜率大小不变，所以感应电流大小不变，故A、B、D错误，C正确． 例4 如图4所示，一个由导体做成的矩形线圈，以恒定速率v运动，从无磁场区进入匀强磁场区，磁场宽度大于矩形线圈的宽度da，然后出来，若取逆时针方向的电流为正方向，那么下列图中的哪一个图能正确地表示回路中的电流与时间的函数关系( )
图4
答案 C 解析 根据楞次定律，线圈进入磁场的过程，穿过线圈的磁通量垂直线圈向里且增加，产生逆时针的感应电流，因为速度恒定，所以电流恒定，故A、D错误；离开磁场时，穿过线圈的磁通量垂直线圈向里且减少，产生顺时针的感应电流，B错误，故选C.
1．(电磁感应中的电路问题)由粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行．现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图所示，则在移出过程中线框一边a、b两点间的电势差绝对值最大的是( ) 6 / 15
答案 B 解析 本题在磁场中的线框与速度垂直的边等效为切割磁感线产生感应电动势的电源．四个选项中的感应电动势大小均相等，回路电阻也相等，因此电路中的电流相等，B中a、b两点间电势差为路端电压，为电动势的34倍，而其他选项则为电动势的14倍．故B正确． 2．(电磁感应中的图像问题)如图5所示，两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为L，磁场方向垂直纸面向里，abcd是位于纸面内的梯形线圈，ad与bc间的距离也为L，t＝0
时刻bc边与磁场区域边界重合．现令线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域，取沿a—b—c—d—a方向为感应电流正方向，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流I随时间t变化的图线可能是 ( )
图5
答案 B 7 / 15
解析 由于bc进入磁场时，根据右手定则判断出其感应电流的方向是沿adcba的方向，其方向与电流的正方向相反，故是负的，所以A、C错误；当逐渐向右移动时，切割磁感线的条数在增加，故感应电流在增大；当bc边穿出磁场区域时，线圈中的感应电流方向变为abcda，是正方向，故其图像在时间轴的上方，所以B正确，D错误． 3．(电磁感应中的电路问题)如图6所示，在磁感应强度B＝2 T的匀强磁场中，有一个半径r＝0.5 m的金属圆环．圆环所在的平面与磁感线垂直，OA是一个金属棒，它沿着顺时针方向
以20 rad/s的角速度绕圆心O匀速转动．A端始终与圆环良好接触，OA棒的电阻R＝0.1 Ω，图中定值电阻R1＝100 Ω、R2＝4.9 Ω，电容器的电容C＝100 pF.圆环和连接导线的电阻忽略不计，则：
图6 (1)电容器所带的电荷量是多少？哪个极板带正电？ (2)电路中消耗的电功率是多少？ 答案 (1)4.9×10－10 C 上极板带正电 (2)5 W 解析 (1)等效电路如图所示
金属棒OA产生的感应电动势为： E＝Blv＝Brωr2＝5 V，I＝ER＋R2＝1 A.
则Q＝CUC＝CIR2＝4.9×10－10 C. 根据右手定则，感应电流的方向由O→A，但金属棒切割磁感线相当于电源，在电源内部电流从电势低处流向电势高处，故A点电势高于O点电势，所以电容器上极板与A点相接为正极，带正电，同理电容器下极板与O点相接为负极，带负电． (2)电路中消耗的电功率P消＝I2(R＋R2)＝5 W，或P消＝IE＝5 W. 8 / 15
题组一 电磁感应中的图像问题 1．(多选)如图1甲所示，一个闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中，设向里为磁感应强度B的正方向，线圈中的箭头为电流I的正方向．线圈中感应电流I随时间变化的图线如图乙
所示，则磁感应强度B随时间变化的图线可能是下图中的( )
图1
答案 CD 2．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2甲所示，当磁场的磁感应强度B随时间t按如图乙所示规律变化时，下图中能正确表示线圈中感应电动势E变化的是 ( )
图2 9 / 15
答案 A 解析 在第1 s内，由楞次定律可判定电流为正，其产生的感应电动势E1＝ΔΦ1Δt1＝ΔB1Δt1S，在第2 s和第3 s内，磁感应强度B不变，线圈中无感应电流，在第4 s和第5 s内，B减小，由楞次定律可判定，其电流为负，产生的感应电动势E2＝ΔΦ2Δt2＝ΔB2Δt2S，由于ΔB1＝ΔB2，Δt2＝2Δt1，故E1＝2E2，由此可知，A选项正确． 3．如图3甲所示，光滑导轨水平放置在竖直方向的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B随时间的变化规律如图乙所示(规定向下为正方向)，导体棒ab垂直导轨放置，除电阻R的阻值外，其余电阻不计，导体棒ab在水平外力F的作用下始终处于静止状态．规定a→b的方向为电流的正方向，水平向右的方向为外力的正方向，则在0～2t0时间内，能正确反映流过导体棒ab的电流与时间或外力与时间关系的图线是 ( )
图3
答案 D 解析 在0～t0时间内磁通量为向上减少，t0～2t0时间内磁通量为向下增加，两者等效，且根据B－t图线可知，两段时间内磁通量的变化率相等，根据楞次定律可判断0～2t0时间内