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2022年高二物理《電磁感應(yīng)中的圖像問題》教案 (I)

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1、2022年高二物理《電磁感應(yīng)中的圖像問題》教案 (I) A.圖①中,回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定不變 B.圖②中,回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一直在變大 C.圖③中,回路在0~t1時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小于在t1~t2時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) D.圖④中,回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先變小再變大 二、思想方法題組 4.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),如下圖所示,則在移出過程中線框的一邊a、b兩點(diǎn)間電勢(shì)差絕對(duì)值最大的是(  ) 5.如圖4甲所示,光滑導(dǎo)軌水平放置在斜向下且

2、與水平方向夾角為60°的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示(規(guī)定斜向下為正方向),導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置,除電阻R的阻值外,其余電阻不計(jì),導(dǎo)體棒ab在水平外力作用下始終處于靜止?fàn)顟B(tài).規(guī)定a→b的方向?yàn)殡娏鞯恼较颍较蛴业姆较驗(yàn)橥饬Φ恼较?,則在0~t時(shí)間內(nèi),能正確反映流過導(dǎo)體棒ab的電流i和導(dǎo)體棒ab所受水平外力F隨時(shí)間t變化的圖象是(  ) 圖4 一、電磁感應(yīng)中的電路問題 1.內(nèi)電路和外電路 (1)切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線圈都相當(dāng)于電源,該部分導(dǎo)體的電阻或線圈的電阻相當(dāng)于電源的內(nèi)阻(r). (2)除電源外其余部分是外電

3、路. 2.解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問題的基本方法 (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律(或右手定則)確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向. (2)畫等效電路圖. (3)運(yùn)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的性質(zhì)、電功率等公式求解. 3.與上述問題相關(guān)的幾個(gè)知識(shí)點(diǎn) (1)電源電動(dòng)勢(shì):E=n或E=Blv. (2)閉合電路歐姆定律:I=. 部分電路歐姆定律:I=. 電源的內(nèi)電壓:U內(nèi)=Ir. 電源的路端電壓:U外=IR=E-Ir. (3)消耗功率:P外=IU,P總=IE. (4)通過導(dǎo)體的電荷量:q=IΔt=n. 【例1】 (xx·廣東單科·18)如圖5(a)所示,水平放置的兩根平行金

4、屬導(dǎo)軌,間距L=0.3 m,導(dǎo)軌左端連接R=0.6 Ω 的電阻.區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面向外、B=0.6 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)區(qū)域?qū)扗=0.2 m.細(xì)金屬棒A1和A2用長(zhǎng)為2D=0.4 m的輕質(zhì)絕緣桿連接,放置在導(dǎo)軌平面上,并與導(dǎo)軌垂直,每根金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻均為r=0.3 Ω,導(dǎo)軌電阻不計(jì).使金屬棒以恒定速度v=1.0 m/s沿導(dǎo)軌向右穿越磁場(chǎng),計(jì)算從金屬棒A1進(jìn)入磁場(chǎng)(t=0)到A2離開磁場(chǎng)的時(shí)間內(nèi),不同時(shí)間段通過電阻R的電流強(qiáng)度,并在圖1(b)中畫出. 圖5 二、電磁感應(yīng)中的圖象問題 1.圖象問題可以綜合法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律或右手定則、安培定

5、則和左手定則,還有與之相關(guān)的電路知識(shí)和力學(xué)知識(shí)等. 2.對(duì)于圖象問題,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. 3.解決圖象問題的一般步驟 (1)明確圖象的種類,即是B-t圖象還是Φ-t圖象,或者E-t圖象、I-t圖象等. (2)分析電磁感應(yīng)的具體過程. (3)用右手定則或楞次定律確定方向?qū)?yīng)關(guān)系. (4)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等規(guī)律寫出函數(shù)關(guān)系式. (5)根據(jù)函數(shù)關(guān)系式,進(jìn)行數(shù)學(xué)分析,如分析斜率的變化、截距等. (6)畫圖象或判斷圖象. 【例2】 圖6 (xx·山東·22)如圖6所示,兩固定的豎直光

6、滑金屬導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì).兩質(zhì)量、長(zhǎng)度均相同的導(dǎo)體棒c、d,置于邊界水平的勻強(qiáng)磁場(chǎng)上方同一高度h處.磁場(chǎng)寬為3h,方向與導(dǎo)軌平面垂直.先由靜止釋放c,c剛進(jìn)入磁場(chǎng)即勻速運(yùn)動(dòng),此時(shí)再由靜止釋放d,兩導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌始終保持良好接觸.用ac表示c的加速度,Ekd表示d的動(dòng)能,xc、xd分別表示c、d相對(duì)釋放點(diǎn)的位移.下列圖中正確的是(  ) [規(guī)范思維]   圖7 【例3】 (xx·上海單科)如圖7所示,一有界區(qū)域內(nèi),存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B,方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)寬度均為L(zhǎng).邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線框abcd的bc邊緊靠磁場(chǎng)邊緣置于桌面上.使線框從靜止

7、開始沿x軸正方向勻加速通過磁場(chǎng)區(qū)域,若以逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较?,能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是圖(  ) [規(guī)范思維]   【基礎(chǔ)演練】 1.用相同導(dǎo)線繞制的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)或2L的四個(gè)閉合導(dǎo)線框,以相同的速度勻速進(jìn)入右側(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng),如圖8所示.在每個(gè)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過程中,M、N兩點(diǎn)間的電壓分別為Ua、Ub、Uc和Ud.下列判斷正確的是(  ) 圖8 A.Ua

8、所示.設(shè)垂直于紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)檎?,垂直于紙面向外的磁感?yīng)強(qiáng)度方向?yàn)樨?fù).線圈中順時(shí)針方向的感應(yīng)電流為正,逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流為負(fù).已知圓形線圈中感應(yīng)電流I隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示,則線圈所處的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖象可能是下圖中哪一個(gè)(  ) 圖9 3.如圖10甲所示,矩形導(dǎo)線框abcd放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,在外力控制下靜止不動(dòng),磁感線方向與線圈平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示.t=0時(shí)刻,磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里.在0~4 s時(shí)間內(nèi),線框ab邊受安培力隨時(shí)間變化的圖象(力的方向規(guī)定以向左為正方向)可能是下圖中的(  ) 圖10

9、4.如圖11所示,圓環(huán)a和圓環(huán)b的半徑之比為2∶1,兩環(huán)用同樣粗細(xì)、同種材料制成的導(dǎo)線連成閉合回路,連接兩環(huán)的導(dǎo)線電阻不計(jì),勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率恒定.則在a、b環(huán)分別單獨(dú)置于磁場(chǎng)中的兩種情況下,M、N兩點(diǎn)的電勢(shì)差之比為(  ) 圖11 A.4∶1 B.1∶4 C.2∶1 D.1∶2 圖12 5.(xx·山東泰安二模)如圖12所示,邊長(zhǎng)為2l的正方形虛線框內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),一個(gè)邊長(zhǎng)為l的正方形導(dǎo)線框所在平面與磁場(chǎng)方向垂直,導(dǎo)線框和虛線框的對(duì)角線重合.從t=0開始,使導(dǎo)線框從圖示位置開始以恒定速度沿對(duì)角線方向移動(dòng)進(jìn)入磁場(chǎng),直到整個(gè)導(dǎo)線框離開磁場(chǎng)區(qū)

10、域.用I表示導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流,取逆時(shí)針方向?yàn)檎畡t下列表示I-t關(guān)系的圖線中,可能正確的是(  ) 6.(xx·江蘇·5)如圖13所示,水平面內(nèi)有一平行金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌光滑且電阻不計(jì),勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直.阻值為R的導(dǎo)體棒垂直于導(dǎo)軌靜止放置,且與導(dǎo)軌接觸良好.t=0時(shí),將開關(guān)S由1擲到2.q、i、v和a分別表示電容器所帶的電荷量、棒中的電流、棒的速度和加速度.下列圖象正確的是(  ) 圖13 題號(hào) 1 2 3 4 5 6 答案 圖14 7.(xx·四川·24)如圖14所示,間距l(xiāng)=0.3 m的平行金屬導(dǎo)軌a1b1c1

11、和a2b2c2分別固定在兩個(gè)豎直面內(nèi).在水平面a1b1b2a2區(qū)域內(nèi)和傾角θ=37°的斜面c1b1b2c2區(qū)域內(nèi)分別有磁感應(yīng)強(qiáng)度B1=0.4 T、方向豎直向上和B2=1 T、方向垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng).電阻R=0.3 Ω、質(zhì)量m1=0.1 kg、長(zhǎng)為l的相同導(dǎo)體桿K、S、Q分別放置在導(dǎo)軌上,S桿的兩端固定在b1、b2點(diǎn),K、Q桿可沿導(dǎo)軌無摩擦滑動(dòng)且始終接觸良好.一端系于K桿中點(diǎn)的輕繩平行于導(dǎo)軌繞過輕質(zhì)定滑輪自然下垂,繩上穿有質(zhì)量m2=0.05 kg的小環(huán).已知小環(huán)以a=6 m/s2的加速度沿繩下滑,K桿保持靜止,Q桿在垂直于桿且沿斜面向下的拉力F作用下勻速運(yùn)動(dòng).不計(jì)導(dǎo)軌電阻和滑輪摩擦,繩不可

12、伸長(zhǎng).取g=10 m/s2,sin 37°=0.6,cos 37°=0.8.求 (1)小環(huán)所受摩擦力的大小; (2)Q桿所受拉力的瞬時(shí)功率. 【能力提升】 8.兩根光滑的長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌MN、M′N′平行放置于同一水平面內(nèi),導(dǎo)軌間距為l,電阻不計(jì),M、M′處接有如圖15所示的電路,電路中各電阻的阻值均為R,電容器的電容為C.長(zhǎng)度也為l、阻值也為R的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌放置,導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中.a(chǎn)b在外力作用下向右勻速運(yùn)動(dòng)且與導(dǎo)軌保持良好接觸,在ab運(yùn)動(dòng)距離為x的過程中,整個(gè)回路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q.求: 圖15 (1)ab運(yùn)動(dòng)

13、速度v的大??; (2)電容器所帶的電荷量q. 9.(xx·江蘇省泰州市模擬)如圖16甲所示,質(zhì)量m=6.0×10-3 kg、邊長(zhǎng)L=0.20 m、電阻R=1.0 Ω的正方形單匝金屬線框abcd,置于傾角α=30°的絕緣斜面上,ab邊沿水平方向,線框的上半部分處在垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t按圖乙所示的規(guī)律周期性變化,若線框在斜面上始終保持靜止,取g=10 m/s2.試求: (1)在0~2.0 ×10-2 s時(shí)間內(nèi)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小; (2)在t=1.0×10-2 s時(shí)線框受到斜面的摩擦力; (3)一個(gè)周期內(nèi)感應(yīng)電流在線框中產(chǎn)生的平均電功率. 圖16

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