2020版高考物理新设计一轮复习江苏专版讲义：第九章 第3节 电磁感应中的电路和图像问题 含答案.docVIP

第3节电磁感应中的电路和图像问题 突破点(一)　电磁感应中的电路问题 1．电磁感应中电路知识的关系图 2．分析电磁感应电路问题的基本思路 求感应电动势 E＝Blv或 E＝neq \f(ΔΦ,Δt)eq \x(\a\al(画等效,电路图))eq \x(求感应电流,I＝\f(E,R＋r))eq \x(\a\al(两端,电压))U内＝Ir U外＝E－Ireq \x(\a\al(电路,功率))eq \x(\a\al(P外＝IU外,P总＝IE)) [典例]　如图，由某种粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的匀强磁场中。一接入电路电阻为R的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程PQ始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦。在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中(　　) A．PQ中电流先增大后减小 B．PQ两端电压先减小后增大 C．PQ上拉力的功率先减小后增大 D．线框消耗的电功率先减小后增大 [思路点拨] (1)导体棒PQ相当于电源，等效电路如图所示。 (2)在闭合电路中，外电阻上功率最大的条件是外电阻＝内电阻。 [解析]　导体棒产生的电动势E＝BLv，根据其等效电路图知，总电阻R总＝R＋eq \f(R左·R右,R左＋R右)＝R＋eq \f(R左?3R－R左?,3R)，在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中，总电阻先增大后减小，总电流先减小后增大，故A错误；PQ两端的电压为路端电压U＝E－IR，即先增大后减小，B错误；拉力的功率等于克服安培力做功的功率，有P安＝IE，先减小后增大，故C正确；线框消耗的电功率即为外电阻消耗的功率，因外电阻最大值为eq \f(3,4)R，小于内阻R；根据电源的输出功率与外电阻大小的变化关系，外电阻越接近内电阻时，输出功率越大，可知线框消耗的电功率先增大后减小，选项D错误。 [答案]　C [方法规律] 电磁感应中电路问题的题型特点 闭合电路中磁通量发生变化或有部分导体做切割磁感线运动，在回路中将产生感应电动势和感应电流。从而考题中常涉及电流、电压、电功等的计算，也可能涉及电磁感应与力学、电磁感应与能量的综合分析。 [集训冲关] 1.[多选]如图所示，一个匝数n＝100匝的圆形线圈，面积S1＝0.4 m2，电阻r＝1 Ω。在线圈中存在面积S2＝0.3 m2，垂直线圈平面向外的匀强磁场区域，磁感应强度B＝0.3＋0.15t(T)。将线圈两端a、b与一个阻值R＝2 Ω的电阻相连接，b端接地。下列说法正确的是(　　) A．通过电阻R的电流方向向上 B．回路中的电流大小逐渐增大 C．电阻R消耗的电功率为6.75 W D．a端的电势φa＝－3 V 解析：选AD　由题可知，磁场逐渐增强，即原磁场磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知，产生感应电流的磁场与原磁场方向相反，根据安培定则可知通过电阻R的电流方向向上，故选项A正确；由B＝0.3＋0.15t(T)，可知：eq \f(ΔB,Δt)＝0.15 T/s，根据法拉第电磁感应定律可知：E＝neq \f(ΔB,Δt)S2＝100×0.15×0.3 V＝4.5 V，根据闭合电路欧姆定律可知：I＝eq \f(E,R＋r)＝eq \f(4.5,2＋1) A＝1.5 A，恒定不变，故选项B错误；根据功率公式可知电阻R消耗的电功率为：P＝I2R＝1.52×2 W＝4.5 W，故选项C错误；根据欧姆定律可知电阻R两端电压为Uba＝IR＝1.5×2 V＝3.0 V＝φb－φa，由题可知：φb＝0，则φa＝－3 V，故选项D正确。 2.[多选]如图所示，AB、CD是间距为l＝1 m的足够长的光滑平行金属导轨，导轨平面与水平面夹角为α。在虚线下方的导轨平面内存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场，导轨电阻不计。长为1 m的导体棒ab垂直AB、CD放置在导轨上，导体棒电阻R＝1 Ω；AB、CD右侧连接一电路，已知灯泡L的规格是“3 V　3 W”，定值电阻R1＝10 Ω，R2＝15 Ω。在t＝0时，将导体棒ab从某一高度由静止释放，以5 m/s2的加速度下滑，进入磁场后一段时间，导体棒达到最大速度为10 m/s，并且此时灯泡L已正常发光。假设灯泡的电阻恒定不变，重力加速度g＝10 m/s2，则下列说法正确的是(　　) A．α＝30° B．匀强磁场的磁感应强度大小B0为2 T C．导体棒的质量为0.2 kg D．导体棒的质量为0.1 kg 解析：选AC　由题意可知导体棒在磁场外运动时的加速度：a1＝gsin θ＝5 m/s2，可得θ＝30°，选项A正确；小灯泡正常发光时，I＝eq \f(P,U)＝1 A，此时导体棒中电流也为I＝1 A，对导体棒达到最大速度时满足：I＝eq \f(B0lvm,R灯＋R12＋R)，其中R灯＝eq \f(U2,