高中物理第1章电磁感应习题课电磁感应中的电路及图像问题同步备课课件教科版选修3_2

第一章电磁感应 习题课电磁感应中的电路及图像问题 学习目标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 内容索引 题型探究 达标检测 1 题型探究 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 明确哪部分电路或导体产生感应电动势 该部分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 电流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 当其滑过的距离时 通过aP段的电流是多大 方向如何 答案 解析 图1 PQ在磁场中做切割磁感线运动产生感应电动势 由于是闭合回路 故电路中有感应电流 可将电阻丝PQ视为有内阻的电源 电阻丝aP与bP并联 方向由P到a 1 电源 的确定方法 切割 磁感线的导体 或磁通量发生变化的线圈 相当于 电源 该部分导体 或线圈 的电阻相当于 内电阻 2 电流的流向 在 电源 内部电流从负极流向正极 在 电源 外部电流从正极流向负极 针对训练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纸面向里的匀强磁场中 如图2所示 当磁场以10T s的变化率增强时 线框上a b两点间的电势差是A Uab 0 1VB Uab 0 1VC Uab 0 2VD Uab 0 2V 图2 答案 解析 穿过正方形线框左半部分的磁通量变化而产生感应电动势 从而在线框中产生感应电流 把左半部分线框看成电源 设其电动势为E 正方形线框的总电阻为r 则内电阻为 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 由于a点电势低于b点电势 故Uab 0 1V 即B选项正确 二 电磁感应中的图像问题 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像 2 由给定的图像分析电磁感应过程 求解相应的物理量 2 图像类型 1 各物理量随时间t变化的图像 即B t图像 t图像 E t图像和I t图像 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像 即E x图像和I x图像 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2将一段导线绕成图3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 中 回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场 以向里为磁场 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 能正确反映F随时间t变化的图像是 答案 解析 图3 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 例3如图4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的变化图像正确的是 图4 答案 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 达标检测 2 1 如图5所示 由均匀导线制成的半径为R的圆环 以速度v匀速进入一磁感应强度大小为B的匀强磁场 当圆环运动到图示位置 aOb 90 时 a b两点的电势差为 答案 解析 图5 1 2 3 1 2 3 2 如图6 直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中 磁感应强度大小为B 方向平行于ab边向上 当金属框绕ab边以角速度 逆时针转动时 a b c三点的电势分别为 a b c 已知bc边的长度为l 下列判断正确的是A a c 金属框中无电流B b c 金属框中电流方向沿a b c aC bc Bl2 金属框中无电流D bc Bl2 金属框中电流方向沿a c b a 答案 解析 图6 1 2 3 金属框abc平面与磁场平行 转动过程中磁通量始终为零 所以无感应电流产生 选项B D错误 转动过程中bc边和ac边均切割磁感线 产生感应电动势 由右手定则判断 a c b c 选项A错误 由转动切割产生感应电动势的公式得Ubc Bl2 选项C正确 1 2 3 3 如图7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