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课件沪科版选修3_2

6习题课 电磁感应中的电路问题和图像问题 第1章电磁感应与现代生活 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 内容索引 知识探究 达标检测 1 知识探究 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 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A Ua Ub Uc UdB Ua Ub Ud UcC Ua Ub Uc UdD Ub Ua Ud Uc 图1 答案 解析 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 2T 磁场方向垂直纸面向里 在磁场中有一半径r 0 4m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 一金属棒MN与圆环接触良好 棒与圆环的电阻均忽略不计 1 若棒以v0 5m 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 答案 解析 0 8V0 4A 图2 等效电路如图所示 MN中的电动势E1 B 2r v0 0 8V 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 求回路中的电动势和灯L1的电功率 答案 解析 0 64V5 12 10 2W 图2 等效电路如图所示 灯L1的电功率P1 I 2R0 5 12 10 2W 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 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 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 确定感应电动势大小的变化 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 解析 根据法拉第电磁感应定律有 E 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 2s 斜率不变 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 4s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 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 达标检测 2 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 答案 解析 1 2 3 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 为电动势的倍 而其他选项则为电动势的倍 故B正确 1 2 3 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 1 2 3 答案 解析 1 2 3 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 1 2 3 3 电磁感应中的电路问题 如图6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20rad 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 图中定值电阻R1 100 R2 4 9 电容器的电容C 100pF 圆环和连接导线的电阻忽略不计 则 1 电容器所带的电荷量是多少 哪个极板带正电 答案 解析 图6 4 9 10 10C上极板带正电 1 2 3 等效电路如图所示金属棒OA产生的感应电动势为 则Q CUC CIR2 4 9 10 10C 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