2018版高中物理 第2章 楞次定律和自感現(xiàn)象 習(xí)題課 電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用(一)——圖象和電路問(wèn)題學(xué)案 魯科版選修3-2.docx
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第5講 習(xí)題課 電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用(一)——圖象和電路問(wèn)題 [目標(biāo)定位] 1.進(jìn)一步理解公式E=n與E=Blv的區(qū)別和聯(lián)系,能夠應(yīng)用兩個(gè)公式求解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).2.掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電路問(wèn)題的分析方法和解題基本思路.3.綜合應(yīng)用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律解決電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題. 1.感應(yīng)電流的方向一般是利用楞次定律或右手定則進(jìn)行判斷. 2.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算,公式E=n.特殊情況下,導(dǎo)體桿切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Blv. 3.垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)放置,長(zhǎng)為l的直導(dǎo)線通過(guò)電流為I時(shí),它所受的安培力F=BIl,安培力方向的判斷用左手定則. 4.閉合電路中電源電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)電壓U內(nèi)、外電壓(路端電壓)U外三者之間的關(guān)系為E=U內(nèi)+U外,其中電源電動(dòng)勢(shì)E的大小等于電源未接入電路時(shí)兩極間的電勢(shì)差. 一、電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題 電磁感應(yīng)問(wèn)題常與電路知識(shí)綜合考查,解決此類問(wèn)題的基本方法是: 1.明確哪部分電路或?qū)w產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),該電路或?qū)w就是電源,其他部分是外電路. 2.畫等效電路圖,分清內(nèi)、外電路. 3.用法拉第電磁感應(yīng)定律E=n或E=Blv確定電動(dòng)勢(shì)的大小,用楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電流的方向.在等效電源內(nèi)部,方向從負(fù)極指向正極. 4.運(yùn)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點(diǎn)、電功率、電熱等公式聯(lián)立求解. 例1 固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的正方形導(dǎo)線框abcd,邊長(zhǎng)為l,其中ab是一段電阻為R的均勻電阻絲,其余三邊均為電阻可忽略的銅線.磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里.現(xiàn)有一段與ab段的材料、粗細(xì)、長(zhǎng)度均相同的電阻絲PQ架在導(dǎo)線框上,如圖1所示.若PQ以恒定的速度v從ad滑向bc,當(dāng)其滑過(guò)l的距離時(shí),通過(guò)aP段電阻的電流是多大?方向如何? 圖1 答案 方向由P到a 解析 PQ右移切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),相當(dāng)于電源,外電路由Pa與Pb并聯(lián)而成,PQ滑過(guò)時(shí)的等效電路如圖所示. PQ切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E=Blv,方向由Q指向P. 外電路總電阻為 R外==R 電路總電流為:I=== aP段電流大小為IaP=I=,方向由P到a. 針對(duì)訓(xùn)練 把總電阻為2R的均勻電阻絲焊接成一半徑為a的圓環(huán),水平固定在豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,如圖2所示,一長(zhǎng)度為2a,電阻等于R,粗細(xì)均勻的金屬棒MN放在圓環(huán)上,它與圓環(huán)始終保持良好的接觸,當(dāng)金屬棒以恒定速度v向右移動(dòng)經(jīng)過(guò)環(huán)心O時(shí),求: 圖2 (1)棒上電流的大小和方向及棒兩端的電壓UMN; (2)在圓環(huán)和金屬棒上消耗的總熱功率. 答案 (1) N→M Bav (2) 解析 (1)把切割磁感線的金屬棒看成一個(gè)具有內(nèi)阻為R、電源電動(dòng)勢(shì)為E的電源,兩個(gè)半圓環(huán)看成兩個(gè)并聯(lián)電阻,畫出等效電路如圖所示.等效電源電動(dòng)勢(shì)為:E=Blv=2Bav. 外電路的總電阻為:R外==R. 棒上電流大小為:I===. 電流方向從N流向M. 根據(jù)分壓原理,棒兩端的電壓為: UMN=E=Bav. (2)圓環(huán)和金屬棒上消耗的總熱功率為: P=IE=. 二、電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題 電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題綜合了法拉第電磁感應(yīng)定律——計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小、楞次定律——判斷感應(yīng)電流方向、運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)——判定運(yùn)動(dòng)時(shí)間以及作圖能力,是對(duì)電磁感應(yīng)知識(shí)的綜合考查. 1.思路導(dǎo)圖 2.分析方法 對(duì)圖象的分析,應(yīng)做到“四明確一理解”: (1)明確圖象所描述的物理意義;明確各種“+”、“-”的含義;明確斜率的含義;明確圖象和電磁感應(yīng)過(guò)程之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系. (2)理解三個(gè)相似關(guān)系及其各自的物理意義: v-Δv-,B-ΔB-,Φ-ΔΦ- 3.解決圖象問(wèn)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(guò)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. 4.電磁感應(yīng)中圖象類選擇題的兩個(gè)常見解法 (1)排除法:定性地分析電磁感應(yīng)過(guò)程中物理量的變化趨勢(shì)(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化),特別是物理量的正負(fù),排除錯(cuò)誤的選項(xiàng). 例2 如圖3甲所示,矩形導(dǎo)線框abcd固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁感線的方向與導(dǎo)線框所在平面垂直,規(guī)定磁場(chǎng)的正方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶?,磁感?yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示,若規(guī)定順時(shí)針?lè)较驗(yàn)楦袘?yīng)電流的正方向,下列各圖中正確的是( ) 圖3 答案 D 解析 0~1s內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度B均勻增大,由法拉第電磁感應(yīng)定律可知,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=恒定,電流i=恒定;由楞次定律可知,電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?,即?fù)方向,在i-t圖象上,是一段平行于t軸的直線,且方向?yàn)樨?fù),可見,A、C不正確;在1~2s內(nèi)B、D中電流情況相同,在2~3s內(nèi),負(fù)向的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大,由法拉第電磁感應(yīng)定律知,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=恒定,電流i=恒定,由楞次定律知,電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?,即正方向,在i-t圖象上,是一段平行于t軸的直線,且方向?yàn)檎?,只有D符合,選D. 例3 如圖4所示,一個(gè)由導(dǎo)體做成的矩形線圈,以恒定速率v運(yùn)動(dòng),從無(wú)場(chǎng)區(qū)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū),磁場(chǎng)寬度大于矩形線圈的寬度da,然后出來(lái),若取逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鳛檎较?,那么下列選項(xiàng)圖中的哪一個(gè)圖能正確地表示回路中的電流與時(shí)間的變化關(guān)系( ) 圖4 答案 C 解析 根據(jù)楞次定律,線圈進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程,穿過(guò)線圈向里的磁通量增加,產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流,因?yàn)樗俣群愣ǎ噪娏骱愣?,故A、D錯(cuò)誤;離開磁場(chǎng)時(shí),穿過(guò)線圈向里的磁通量減少,所以產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流,B錯(cuò)誤,故選C. 電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題 1.如圖5所示,是兩個(gè)互連的金屬圓環(huán),小金屬圓環(huán)的電阻是大金屬圓環(huán)電阻的二分之一,磁場(chǎng)垂直穿過(guò)大金屬圓環(huán)所在區(qū)域.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化時(shí),在大金屬圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E,則a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為( ) 圖5 A.EB.EC.ED.E 答案 B 解析 a、b間的電勢(shì)差等于路端電壓,而小金屬圓環(huán)電阻占電路總電阻的,故Uab=E,B正確. 2.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),如圖所示,則在移出過(guò)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( ) 答案 B 解析 磁場(chǎng)中切割磁感線的邊相當(dāng)于電源,外電路由三個(gè)相同電阻串聯(lián)形成,A、C、D中a、b兩點(diǎn)間電勢(shì)差為外電路中一個(gè)電阻兩端電壓為:U=E=,B圖中a、b兩點(diǎn)間電勢(shì)差為路端電壓為:U=E=,所以a、b兩點(diǎn)間電勢(shì)差絕對(duì)值最大的是圖B. 電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題 3.如圖6所示,在x≤0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)的方向垂直于xOy平面(紙面)向里.具有一定電阻的矩形線框abcd位于xOy平面內(nèi),線框的ab邊與y軸重合.令線框從t=0的時(shí)刻起由靜止開始沿x軸正方向做勻加速運(yùn)動(dòng),則線框中的感應(yīng)電流I(取逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鳛檎?隨時(shí)間t的變化圖線正確的是( ) 圖6 答案 D 解析 因?yàn)閷?dǎo)體棒做勻加速直線運(yùn)動(dòng),所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E=Blv=Blat,因此感應(yīng)電流大小與時(shí)間成正比,方向?yàn)轫槙r(shí)針. 4.一矩形線圈位于一隨時(shí)間t變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng)內(nèi),磁場(chǎng)方向垂直線圈所在的平面(紙面)向里,如圖7甲所示,磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示.以I表示線圈中的感應(yīng)電流,以圖甲中線圈上箭頭所示方向的電流為正(即順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎较?,則以下的I-t圖中正確的是( ) 圖7 答案 C- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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