人教版高中物理选择性必修第二册第二章素养提升课(四)电磁感应中的电路及图像问题课件

素养提升课(四)电磁感应中的电路及图像问题第二章

电磁感应学习任务

探究重构·关键能力达成探究1

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．解决电磁感应中的电路问题三部曲【典例1】如图所示，用相同的均匀导线制成的两个圆环a和b，已知b的半径是a的两倍。若在a内存在随时间均匀变化的磁场，b在磁场外，M、N两点间的电势差为U；若该磁场存在于b内，a在磁场外，M、N两点间的电势差为多大？(M、N在连接两环的导线的中点，该连接导线的长度不计)

[答案]

2U[针对训练]1．粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于正方形的有界匀强磁场中，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的一边a、b两点间电势差绝对值最大的是(

)√A

B

C

D

√2．在如图甲所示的电路中，螺线管匝数n＝1000匝，横截面积S＝20cm2，螺线管导线电阻r＝1.0Ω，R1＝4.0Ω，R2＝5.0Ω，C＝30μF。在一段时间内，垂直穿过螺线管的磁场的磁感应强度B的方向如图甲所示，大小按如图乙所示的规律变化，则下列说法中正确的是(

)A．螺线管中产生的感应电动势为1.2VB．闭合S，电路中的电流稳定后，电容器下极板带负电C．闭合S，电路中的电流稳定后，电阻R1的电功率为2.56×10-2WD．S断开后，流经R2的电量为

1.8×10-2

C

探究2

电磁感应中的图像问题1．电磁感应中常见的图像问题图像类型(1)磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图像，即B-t图像、Φ-t图像、E-t图像和I-t图像(2)对于导体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随导体位移x变化的图像，即E-x图像和I-x图像问题类型(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，求解相应的物理量应用知识安培定则、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、牛顿运动定律及数学知识注意事项(1)电磁感应中的图像能够定性或定量地表示出所研究问题的函数关系(2)在图像中E、I、B等物理量的方向通过物理量的正负来反映(3)画图像时要注意横、纵坐标的单位长度定义或表达2．处理图像问题要做到“四明确”“一理解”【典例2】如图甲所示，固定在水平桌面上的光滑平行金属导轨cd、eg处于竖直向下的匀强磁场中，长为l的金属杆ab与金属导轨接触良好。在两根导轨的端点d、e之间连接一电阻，其阻值为R，其他部分电阻不计。现用一水平向右的外力F作用在金属杆ab上，使金属杆由静止开始向右在导轨上滑动，运动中金属杆ab始终垂直于导轨。图乙为一段时间内金属杆受到的安培力F安随时间t的变化关系图像，则下列选项可以表示外力F随时间t变化的图像是(

)

A

B

C

D√[针对训练]3．如图甲所示，水平面内虚线MN的右侧存在竖直向下的匀强磁场，现有一个闭合的金属线框以恒定速度从MN左侧沿垂直MN的方向进入匀强磁场区域，线框中的电流随时间变化的i-t图像如图乙所示，则线框的形状可能是下图中的(

)√A

B

C

D

4．如图所示，一边长为a，电阻为R的等边三角形线框在外力作用下以速度v匀速穿过宽度均为a的两个匀强磁场区域，两磁场磁感应强度的大小均为B，方向相反，线框运动方向与底边平行且与磁场边缘垂直。以逆时针方向为电流正方向，从图示位置开始线框中感应电流I与沿运动方向的位移s的关系图像为(

)A

BC

D√

总结提升

题号135246879101112√

素养提升练(四)电磁感应中的电路及图像问题

题号213456879101112√2．(多选)如图所示，两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置，间距为l＝1m，cd间、de间、cf

间分别接着阻值R＝10Ω的电阻。一阻值R＝10Ω的导体棒ab以速度v＝4m/s匀速向左运动，导体棒与导轨接触良好；导轨所在平面存在磁感应强度大小B＝0.5T、方向竖直向下的匀强磁场。下列说法正确的是(

)A．导体棒ab中电流的流向为由b到aB．cd两端的电压为1VC．de两端的电压为1VD．fe两端的电压为1V√题号213456879101112

题号324568791011121√

题号324568791011121

题号423568791011121√

题号423568791011121

题号245368791011121√5．(多选)如图所示，在水平桌面上有一边长为l的正方形导线框abcd，四个边的电阻相等。桌面所在的空间存在一个竖直向下、磁感应强度大小为B的有界匀强磁场。导线框在水平外力作用下从边界处以速度v向右匀速进入磁场区域。已知速度方向垂直于导线框的ab边。在导线框进入磁场的过程中，下列关于a和b两点间的电势差Uab和bc边受到的安培力大小Fbc随导线框运动位移x变化图像正确的是(

)A

B

C

D√题号245368791011121

题号2453687910111216．如图甲所示，一根电阻R＝4Ω的导线绕成半径d＝2m的圆，在圆内部分区域存在变化的匀强磁场，中间S形虚线是两个直径均为d的半圆，磁感应强度随时间变化图像如图乙所示(磁场垂直于纸面向外为正，电流逆时针方向为正)，关于圆环中的感应电流—时间图像，下列选项正确的是(

)题号245368791011121√

A

BC

D题号245376891011121√

√题号245376891011121

题号245386791011121√8．(多选)如图所示，空间分布着宽为l，方向垂直于纸面向里的匀强磁场。一金属线框从磁场左边界匀速向右通过磁场区域。规定顺时针方向为电流的正方向，则感应电流随位移变化的关系图像(i-x)、ab两端电势差随位移变化的关系图像(Uab-x)，可能正确的是(

)A

BC

D√题号245386791011121

题号9245386710111219．(多选)(2023·全国甲卷)一有机玻璃管竖直放在水平地面上，管上有漆包线绕成的线圈，线圈的两端与电流传感器相连，线圈在玻璃管上部的5匝均匀分布，下部的3匝也均匀分布，下部相邻两匝间的距离大于上部相邻两匝间的距离。如图甲所示。现让一个很小的强磁体在玻璃管内沿轴线从上端口由静止下落，电流传感器测得线圈中电流I随时间t的变化如图乙所示。则(

)题号924538671011121A．小磁体在玻璃管内下降速度越来越快B．下落过程中，小磁体的N极、S极上下颠倒了8次C．下落过程中，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变D．与上部相比，小磁体通过线圈下部的过程中，磁通量变化率的最大值更大√√题号924538671011121AD

[在小磁体下落的过程中，它经过的每匝线圈的磁通量都先增大后减小，但由上到下每匝线圈都依次充当电源，由电流的最大值逐渐增大可以判断小磁体的下落速度一定越来越大，故A正确；电流变化的原因是线圈的磁通量先增大后减小，而不是小磁体的N、S极上下颠倒，故B错误；小磁体下落过程中线圈中的电流不断变化，所以线圈受到的安培力也不断变化，可知小磁体受到的电磁阻力也不断变化，故C错误；由题图乙可知当小磁体通过线圈下部时线圈电流的最大值大于小磁体通过线圈上部时线圈电流的最大值，由闭合电路欧姆定律可知，当小磁体通过线圈下部时线圈中产生的电动势的最大值大于小磁体通过线圈上部时线圈中产生的电动势的最大值，由法拉第电磁感应定律可知，当小磁体通过线圈下部时线圈中磁通量变化率的最大值大于小磁体通过线圈上部时线圈中磁通量变化率的最大值，故D正确。]题号92453867101112110．(多选)如图所示，匀强磁场垂直纸面向里，磁感应强度的大小为B，磁场在y轴方向足够宽，在x轴方向宽度为a。一直角三角形导线框ABC(BC边的长度为a)从图示位置向右匀速穿过磁场区域，以逆时针方向为电流的正方向，在下图中感应电流i、BC两端的电压UBC与线框移动的距离x的关系图像正确的是(

)题号924538671011121A

BC

D√√

题号924538671011121

题号924538671011121题号924538671011121二、非选择题11．饭卡是学校等单位常用的辅助支付手段，其内部主要部分是一个多匝线圈，当刷卡机发出电磁信号时，置于刷卡机上的饭卡线圈的磁通量发生变化，发生电磁感应，产生电信号，其原理可简化为如图甲所示。设线圈的匝数为1200匝，每匝线圈面积均为S＝10-4m2，线圈的总电阻为r＝0.1Ω，线圈连接一电阻R＝0.3Ω，其余部分电阻不计。线圈所处的磁场的方向不变，其大小按如图乙所示的规律变化(垂直纸面向里为正)，求：(1)t＝0.05s时线圈产生的感应电动势大小；(2)0～0.1s时间内，电阻R产生的焦耳热；(3)0.1～0.4s时间内，通过电阻R的电荷量。题号924538671011121

题号924538671011121

[答案]

(1)0.024V

(2)1.08×10-4J

(3)0.006C题号92453867101112112．在磁感应强度B＝0.4T的匀强磁场中，放一个半径r0＝50cm的圆形导轨，圆形导轨上面有通过圆形导轨中心且互相