【金榜夺冠】高三物理第一轮复习 第十章 第二单元 第3课时　电磁感应中的电路与图象问题课件 选修32.ppt

第二单元电磁感应综合问题研究第3课时电磁感应中的电路与图象问题 选修3 2第十章电磁感应 基础回顾 在电磁感应中 的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势 该导体或回路相当于 与其他导体构成闭合电路 因此 电磁感应问题往往又和电路问题联系在一起 答案 切割磁感线电源 要点深化 1 电磁感应中的电路问题几点说明 1 导体切割磁感线产生感应电动势时该导体等效为电源 而导体两端就是路端 这两个端之外就是外电路 2 某条导线围成的面内磁通量发生变化而产生感应电动势 则这条导线等效为电源 而导线两端之外就是外电路 3 切割磁感线的导体两端的电压是指电源的外电压 与切割磁感线的导体相连的电压表 测得的是电源的外电压 对 2 也一样 2 解决电路问题的基本步骤 1 确定电源 首先明确产生电磁感应的电路就是等效电源 其次利用e n或e blvsin 求感应电动势的大小 再利用右手定则或楞次定律判断感应电流的方向 2 正确分析电路的结构 画出等效电路图 3 利用闭合电路欧姆定律 串并联电路的性质 电功率等公式联立求解 基础回顾 电磁感应中常涉及 磁通量 感应电动势e 感应电流i 安培力f安或外力f外随时间t变化的图象 即 t图 e t图 i t图 f安 t图等 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e和感应电流i随位移s变化的图象 即e s图 i s图等 答案 磁感应强度bb t图 要点深化 电磁感应中的图象问题大体上可分为两类 1 由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象 2 由给定的有关图象分析电磁感应过程 求解相应的物理量 不管是何种类型 电磁感应中的图象问题常需利用左手定则 右手定则 楞次定律和法拉第电磁感应定律等规律分析解答 如右图 a 所示 粗细均匀的金属环的电阻为r 可绕轴o转动的金属杆的电阻为 杆长为l a端与环相接触 一阻值为的定值电阻分别与杆的端点o及环边缘连接 杆oa在垂直于环面向里 磁感应强度为b的匀强磁场中 以角速度 顺时针转动 求电路中电流的变化范围 解析 设oa杆转至图示位置时 金属环a d间的两部分电阻分别为rx ry 其等效电路如右图 b 所示 则电路中总电流上式中 因为rx ry r为定值 故当rx ry时 r并有最大值 当rx 0或ry 0时 r并有最小值为零 故所以 答案 点评 解决电磁感应电路问题的关键是借鉴或利用相似原形来启发理解和变换物理模型 即把电磁感应电路问题等效转换成稳恒直流电路 把产生感应电动势的那部分等效为内电路 感应电动势的大小相当于电源电动势 其余部分相当于外电路 并画出等效电路图 此时 处理问题的方法与闭合电路求解基本一致 题型训练 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 如右图所示 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的电接触 当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心o时 求 1 棒上电流的大小和方向 2 棒两端的电压umn 3 在圆环和金属棒上消耗的总热功率 解析 1 棒mn右移时 切割磁感线 产生感应电动势 棒mn相当于一个电源 流过棒的电流即电源内的电流 当棒过圆心o时 棒两端的电压即为路端电压 其等效电路如右图所示 金属棒经过圆心时 棒中产生的感应电动势为e b 2av 2bav 此时 圆环的两部分构成并联连接 且r左 r右 r 故并联部分的电阻为r并 由闭合电路欧姆定律得流过金属棒的电流为由右手定则可判断出金属棒上的电流方向由n m 2 棒两端的电压 3 圆环和金属棒上消耗的总功率等于电路中感应电流的电功率 即答案 1 方向由n m 如图所示 磁感应强度为b的匀强磁场仅存在于边长为2l的正方形abcd中 在这个正方形的同一平面内 有一电阻为r0 边长为l的正方形线圈abcd 以速度v匀速地通过磁场 从bc边进入磁场开始计时 试通过列表回答下列问题 并用图象表示出来 1 穿过线圈的磁通量 随时间t如何变化 2 线圈中的电流强度i随时间t如何变化 3 线圈所受安培力f随时间t如何变化 解析 列表及回答问题如下 答案 见解析点评 处理电磁感应中的图象常需利用左手定则 右手定则 楞次定律和法拉第电磁感应定律 欧姆定律 牛顿定律 相关数学知识等分析解决 还经常利用类比法 即每一个物理规律在确定研究某两个量有关系后 都能类比成数学函数方程进行分析和研究 如一次函数 二次函数 三角函数等 题型训练 2 图中a是一边长为l的方形线框 电阻为r 今维持线框以恒定的速度v沿x轴运动 并穿过图中所示的匀强磁场b区域 若以x轴正方向作为力的正方向 线框在图示位置的时刻作为时间的零点 则磁场对线框的作用力f随时间t的变化图线为下图中的图 解析 在0 内 线圈未进入磁场 没有感应电流 没有安培力 在 2内 前边做切割磁感线运动产生逆时针方向的感应电流 右手定则 该边所受的安培力向x轴负方向 左手定则 在2 4内 线圈全部在磁场 没有感应电流 没有安培力 在4 5内 后边做切割磁感线运动产生顺时针方向的感应电流 右手定则 该边所受的安培力向x轴负方向 左手定则 答案 b 如右图所示 在磁感应强度b 2t的匀强磁场中 有一个半径r 0 5m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12rad s的角速度绕圆心o匀速转动 a端始终与圆环相接触 oa棒的电阻r 1 0 图中定值电阻r1 5 r2 20 电压表为理想电压表 圆环和连接导线的电阻忽略不计 求 理想电压表的读数 错解一 理想电压表的读数等于导体棒做切割磁感线运动产生的感应电动势 即uv e br2 3v 错解二 导体棒做切割磁感线运动产生的感应电动势为e br2 3v r2和r1并联的电阻r并 r1r2 r1 r2 4 根据闭合电路欧姆定律 电路的总电流为 i e r r并 0 6a所以 理想电压表的读数为uv ir并 2 4v 分析纠错 甲同学没有掌握好电压表只能测出电源的路端电压 而乙同学没有掌握好与理想电压表串联的电阻相当于导线看待 电路分析出错 正确的解法是 由于理想电压表电阻