高中物理 第1章 電磁感應(yīng)與現(xiàn)代生活 微型專題3 電磁感應(yīng)中的電路問題和圖像問題課件 滬科版選修32

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1、微型專題3電磁感應(yīng)中的電路問題和圖像問題第1章電磁感應(yīng)與現(xiàn)代生活目標(biāo)定位1.掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電路問題的分析方法和解題基本思路.2.綜合應(yīng)用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律解決電磁感應(yīng)中的圖像問題.內(nèi)容索引知識(shí)探究新知探究 點(diǎn)點(diǎn)落實(shí)達(dá)標(biāo)檢測(cè)當(dāng)堂檢測(cè) 鞏固反饋知識(shí)探究知識(shí)探究電磁感應(yīng)問題常與電路知識(shí)綜合考查，解決此類問題的基本方法是：(1)明確哪部分電路或?qū)w產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該部分電路或?qū)w就相當(dāng)于電源，其他部分是外電路.(2)畫等效電路圖，分清內(nèi)、外電路.(3)用法拉第電磁感應(yīng)定律En 或EBLv確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，用楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電流的方向.在等效電源內(nèi)部，電流方向從負(fù)極流向正極.

2、(4)運(yùn)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點(diǎn)、電功率、電熱等公式聯(lián)立求解.一、電磁感應(yīng)中的電路問題例例1粗細(xì)均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線框平面，其邊界與正方形線框的邊平行.現(xiàn)使線框以同樣大小的速度沿四個(gè)不同方向平移出磁場(chǎng)，如圖所示，則在移出過程中線框的一邊a、b兩點(diǎn)間電勢(shì)差的絕對(duì)值最大的是答案解析例例2固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的正方形導(dǎo)線框abcd邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，其中ab是一段電阻為R的均勻電阻絲，其余三邊均為電阻可以忽略的銅線.磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里.現(xiàn)有一段與ab段的材料、粗細(xì)、長(zhǎng)度均相同的電阻絲PQ架在導(dǎo)線框上(如圖1所示).若PQ以恒定的速度v從ad滑向b

3、c，當(dāng)其滑過 的距離時(shí)，通過aP段的電流是多大？方向如何？答案解析圖11.“電源”的確定方法：“切割”磁感線的導(dǎo)體(或磁通量發(fā)生變化的線圈)相當(dāng)于“電源”，該部分導(dǎo)體(或線圈)的電阻相當(dāng)于“內(nèi)電阻”.2.電流的流向：在“電源”內(nèi)部電流從負(fù)極流向正極，在“電源”外部電流從正極流向負(fù)極.技巧點(diǎn)撥技巧點(diǎn)撥二、電磁感應(yīng)中的圖像問題1.對(duì)于圖像問題，搞清物理量之間的函數(shù)關(guān)系、變化范圍、初始條件、斜率的物理意義等，往往是解題的關(guān)鍵.2.解決圖像問題的一般步驟(1)明確圖像的種類，即是Bt圖像還是t圖像，或者是Et圖像、It圖像等.(2)分析電磁感應(yīng)的具體過程.(3)確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(或感應(yīng)電流)的大小和方向

4、，有下列兩種情況：若回路面積不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化時(shí)，用楞次定律確定感應(yīng)電流的方向，用En 確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的變化.若磁場(chǎng)不變，導(dǎo)體垂直切割磁感線，用右手定則判斷感應(yīng)電流的方向，用EBLv確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的變化.(4)涉及受力問題，可由安培力公式FBIL和牛頓運(yùn)動(dòng)定律等規(guī)律寫出有關(guān)函數(shù)關(guān)系式.(5)畫圖像或判斷圖像.特別注意分析斜率的變化、截距等.例例3在豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，水平放置一圓形導(dǎo)體環(huán).規(guī)定導(dǎo)體環(huán)中電流的正方向如圖2甲所示，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度向上為正.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t按圖乙所示規(guī)律變化時(shí)，下列能正確表示導(dǎo)體環(huán)中感應(yīng)電流變化情況的是圖2答案解析解析解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有：

5、 ，因此在面積、匝數(shù)不變的情況下，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁場(chǎng)的變化率成正比，即與Bt圖像中的斜率成正比，由題圖乙可知：02 s，斜率不變，故感應(yīng)電流不變，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針(從上向下看)即為正值，24 s斜率不變，電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針(從上向下看)，整個(gè)過程中的斜率大小不變，所以感應(yīng)電流大小不變，故A、B、D錯(cuò)誤，C正確.解析例例4如圖3所示，一底邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，底邊上的高也為L(zhǎng)的等腰三角形導(dǎo)體線框以恒定的速度v沿垂直于磁場(chǎng)區(qū)域邊界的方向穿過長(zhǎng)為2L、寬為L(zhǎng)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里.t0時(shí)刻，三角形導(dǎo)體線框的底邊剛進(jìn)入磁場(chǎng)，取沿逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流為正方向，則在三角形導(dǎo)體線框穿過磁場(chǎng)區(qū)域

6、的過程中，感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖線可能是圖3答案線框進(jìn)、出勻強(qiáng)磁場(chǎng)，可根據(jù)EBLv判斷E的大小變化，再根據(jù)楞次定律判斷方向.特別注意L為切割的有效長(zhǎng)度.總結(jié)總結(jié)提升提升達(dá)標(biāo)檢測(cè)達(dá)標(biāo)檢測(cè)1.(電磁感應(yīng)中的圖像問題電磁感應(yīng)中的圖像問題)(多選)如圖4甲所示，一個(gè)閉合線圈固定在垂直紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，設(shè)向里為磁感應(yīng)強(qiáng)度B的正方向，線圈中的箭頭為電流I的正方向.線圈中感應(yīng)電流I隨時(shí)間變化的圖線如圖乙所示，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的圖線可能是下圖中的答案1234圖42.(電磁感應(yīng)中的圖像問題電磁感應(yīng)中的圖像問題)如圖5所示，兩條平行虛線之間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，虛線間的距離為L(zhǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，abcd

7、是位于紙面內(nèi)的梯形線圈，ad與bc間的距離也為L(zhǎng)，t0時(shí)刻bc邊與磁場(chǎng)區(qū)域邊界重合.現(xiàn)令線圈以恒定的速度v沿垂直于磁場(chǎng)區(qū)域邊界的方向穿過磁場(chǎng)區(qū)域，取沿abcda方向?yàn)楦袘?yīng)電流正方向，則在線圈穿越磁場(chǎng)區(qū)域的過程中，感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖線可能是答案解析圖512341234解析解析由于bc進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，根據(jù)右手定則判斷出其感應(yīng)電流的方向是沿adcba的方向，其方向與電流的正方向相反，故是負(fù)的，所以A、C錯(cuò)誤；當(dāng)逐漸向右移動(dòng)時(shí)，線圈切割磁感線的有效長(zhǎng)度在增加，故感應(yīng)電流在增大；當(dāng)bc邊穿出磁場(chǎng)區(qū)域時(shí)，線圈中的感應(yīng)電流方向變?yōu)閍bcda，是正方向，故其圖像在時(shí)間軸的上方，所以B正確，D錯(cuò)誤.3.(電

8、磁感應(yīng)中的電路問題電磁感應(yīng)中的電路問題)如圖6所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)半徑r0.5 m的金屬圓環(huán).圓環(huán)所在的平面與磁感線垂直，OA是一個(gè)金屬棒，它沿著順時(shí)針方向以20 rad/s的角速度繞圓心O勻速轉(zhuǎn)動(dòng).A端始終與圓環(huán)良好接觸，OA棒的電阻R0.1 ，圖中定值電阻R1100 、R24.9 ，電容器的電容C100 pF.圓環(huán)和連接導(dǎo)線的電阻忽略不計(jì)，則：(1)電容器所帶的電荷量是多少？哪個(gè)極板帶正電？1234圖6答案解析答案答案4.91010 C上極板帶正電解析解析等效電路如圖所示1234金屬棒OA產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：則QCUCCIR24.91010 C.根據(jù)右手定則，感應(yīng)

9、電流的方向由OA，但金屬棒切割磁感線相當(dāng)于電源，在電源內(nèi)部電流從電勢(shì)低處流向電勢(shì)高處，故A點(diǎn)電勢(shì)高于O點(diǎn)電勢(shì)，所以電容器上極板與A點(diǎn)相接為正極，帶正電，同理電容器下極板與O點(diǎn)相接為負(fù)極，帶負(fù)電.(2)電路中消耗的電功率是多少？1234答案解析答案答案5 W解析解析電路中消耗的電功率P消I2(RR2)5 W，或P消IE5 W.4.(電磁感應(yīng)中的電路問題電磁感應(yīng)中的電路問題)如圖7所示，有一范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.2 T，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里.在磁場(chǎng)中有一半徑r0.4 m的金屬圓環(huán)，磁場(chǎng)與圓環(huán)面垂直，圓環(huán)上分別接有燈L1、L2，兩燈的電阻均為R02 .一金屬棒MN與圓環(huán)接觸良好，棒與圓環(huán)的電阻均忽略不計(jì).解析圖7答案1234(1)若棒以v05 m/s的速率在環(huán)上向右勻速滑動(dòng)，求棒滑過圓環(huán)直徑的瞬間MN中的電動(dòng)勢(shì)和流過燈L1的電流；答案答案0.8 V0.4 A解析解析等效電路如圖所示.解析答案1234MN中的電動(dòng)勢(shì)E1B2rv00.8 V(2)撤去金屬棒MN，若此時(shí)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率 T/s，求回路中的電動(dòng)勢(shì)和燈L1的電功率.解析答案1234答案答案0.64 V5.12102 W解析解析等效電路如圖所示1234燈L1的電功率P1I2R05.12102 W.