高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 習(xí)題課 電磁感應(yīng)中的電路和圖象問題課件 新人教版選修32

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1、習(xí)題課習(xí)題課:電磁感應(yīng)中的電路和圖象問題電磁感應(yīng)中的電路和圖象問題探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析電磁感應(yīng)中的電路電磁感應(yīng)中的電路用均勻?qū)Ь€做成的正方形線圈邊長為l,正方形的一半放在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,如圖所示,當(dāng)磁場(chǎng)以 的變化率增強(qiáng)時(shí),思考下列問題: (1)感應(yīng)電流的方向是逆時(shí)針還是順時(shí)針?(2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)多大?整個(gè)閉合回路中哪部分電路是電源?哪部分是外電路?(3)A、B兩點(diǎn)哪點(diǎn)電勢(shì)高?兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為多大?探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析閉合電路中磁通量發(fā)生變化或有部分導(dǎo)體在做切割磁感線運(yùn)動(dòng),在回

2、路中將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),回路中將有感應(yīng)電流。從而涉及電流、電壓、電功等計(jì)算。同時(shí)也可包含電磁感應(yīng)與力學(xué)問題、電磁感應(yīng)與能量的綜合分析。解決此類問題的基本方法是:(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就相當(dāng)于電源,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= 或E=Blv確定感應(yīng)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。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析解決電磁感應(yīng)中的電路問題“三步曲”:第一步,確定電源;第

3、二步,畫等效電路圖;第三步,利用電路規(guī)律求解。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析【例題1】用相同導(dǎo)線繞制的邊長為L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() A.UaUbUcUdB.UaUbUdUcC.Ua=UbUc=UdD.UbUaUdUc探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析歸納總結(jié)1.判斷感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向,都是利用“相當(dāng)于電源”的部分根據(jù)右手定則或楞次定律判定的。實(shí)際問題中應(yīng)注意外電路電流由高電勢(shì)流向低電勢(shì),而內(nèi)電路則相反。2.在

4、閉合電路中,“相當(dāng)于電源”的導(dǎo)體兩端的電壓與真實(shí)的電源兩端的電壓一樣,等于路端電壓,而不等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1如圖所示,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,一長度為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)始終保持良好接觸,當(dāng)金屬棒以恒定速度v向右移動(dòng)經(jīng)過環(huán)心時(shí),求:(1)棒上電流的大小和方向及棒兩端的電壓UMN。(2)電路中消耗的熱功率。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析電磁感應(yīng)中的電荷量

5、問題電磁感應(yīng)中的電荷量問題如圖所示,水平金屬導(dǎo)軌AC、BD長x、兩軌寬L,金屬棒置于導(dǎo)軌上,與導(dǎo)軌接觸良好,導(dǎo)軌A、B端接有電阻R,其余電阻不計(jì),磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直。(1)當(dāng)金屬棒以速度v勻速從AB端運(yùn)動(dòng)到CD端的過程中,流過電阻R的電荷量為多少?(2)第(1)問中,若金屬棒從靜止開始勻加速向右運(yùn)動(dòng)距離x呢?(3)若金屬棒固定于CD端,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度以 的變化率從零均勻增大到B的過程中,流過電阻R的電荷量為多少?(4)第(3)問中,若磁感應(yīng)強(qiáng)度不是均勻變化的呢?探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析1.電源內(nèi)部電流

6、的方向是從負(fù)極流向正極,即從低電勢(shì)流向高電勢(shì)。2.求解電路中通過的電荷量時(shí),一定要用平均電動(dòng)勢(shì)和平均電流計(jì)算。 求解電路中通過的電荷量時(shí),一定要用平均電動(dòng)勢(shì)和平均電流計(jì)算。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析【例題2】 面積S=0.2 m2、n=100匝的圓形線圈,處在如圖所示的磁場(chǎng)內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的規(guī)律是B=0.02t,R=3 ,C=30 F,線圈電阻r=1 ,求: (1)通過R的電流方向和4 s內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面的電荷量。(2)電容器的電荷量。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練2如圖所示,將一個(gè)閉合金屬圓環(huán)從有界磁場(chǎng)中勻速拉出,第一次

7、速度為v,通過金屬圓環(huán)某一截面的電荷量為q1,第二次速度為2v,通過金屬圓環(huán)某一截面的電荷量為q2,則()A.q1q2=12B.q1q2=14C.q1q2=11D.q1q2=21探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析電磁感應(yīng)中的圖象問題電磁感應(yīng)中的圖象問題如圖甲所示,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)的正方向垂直于紙面向里,磁感應(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)針方向?yàn)楦袘?yīng)電流的正方向,定性畫出感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖象。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析要點(diǎn)提示:01 s內(nèi)電流為負(fù)方向,13 s內(nèi)電流為正方向,

8、34 s電流為負(fù)方向。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析2.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-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。探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析【例題3】 如圖所示,一底邊為L,底邊上的高也為L的等腰三角形導(dǎo)體線框以恒定的速度v沿垂

9、直于磁場(chǎng)區(qū)域邊界的方向穿過長為2L,寬為L的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。t=0時(shí)刻,三角形導(dǎo)體線框的底邊剛進(jìn)入磁場(chǎng),取沿逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流為正,則在三角形導(dǎo)體線框穿過磁場(chǎng)區(qū)域的過程中,感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖線可能是()探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析解析:根據(jù)E=BLv, ,三角形導(dǎo)體線框進(jìn)、出磁場(chǎng)時(shí),有效長度L都變小。再根據(jù)右手定則,進(jìn)、出磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流方向相反,進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流方向?yàn)檎?出磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流方向?yàn)樨?fù),故選A。答案:A歸納總結(jié)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

10、感應(yīng)過程之間的對(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:探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練3在豎直方向的磁場(chǎng)中,水平放置一圓形導(dǎo)體環(huán)。規(guī)定導(dǎo)體環(huán)中電流的正方向如圖甲所示,磁場(chǎng)向上為正。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B 隨時(shí)間t按圖乙變化時(shí),下列能正確表示導(dǎo)體環(huán)中感應(yīng)電流變化情況的是()探究一探究二探究三當(dāng)堂檢測(cè)問題導(dǎo)引名師精講典例剖析解析:根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律有 ,因此在面積、匝數(shù)不變的情況下,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁場(chǎng)的變化率成正比,即與B-t圖象中的斜率成正比,由題圖乙可知02 s,斜率不變,故形成的感應(yīng)電流不變,根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針即為正值,24 s斜率不

11、變,電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針即為負(fù)值,整個(gè)過程中的斜率大小不變,所以感應(yīng)電流大小不變,故A、B、D錯(cuò)誤,C正確。答案:C探究三當(dāng)堂檢測(cè)探究一探究二1231.(電磁感應(yīng)中的電路問題)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?，F(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()探究三當(dāng)堂檢測(cè)探究一探究二123探究三當(dāng)堂檢測(cè)探究一探究二1232.(電磁感應(yīng)中的電荷量問題)2016年10月17日,我國神舟十一號(hào)載人飛船發(fā)射成功,在離地面大約200 km的太空運(yùn)行。假設(shè)載人艙中有一

12、邊長為50 cm的正方形導(dǎo)線框,在宇航員操作下由水平方向轉(zhuǎn)至豎直方向,此時(shí)地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=410-5 T,方向如圖所示。求: (1)該過程中磁通量的改變量的大小是多少?(2)該過程線框中有無感應(yīng)電流?設(shè)線框電阻為R=0.1 ,若有電流,則通過線框的電荷量是多少?(sin 37=0.6,cos 37=0.8)探究三當(dāng)堂檢測(cè)探究一探究二123解析:(1)設(shè)線框在水平位置時(shí)法線n方向豎直向上,穿過線框的磁通量1=BSsin 37=6.010-6 Wb。當(dāng)線框轉(zhuǎn)至豎直位置時(shí),線框平面的法線方向水平向右,與磁感線夾角=143,穿過線框的磁通量2=BScos 143=-8.010-6 Wb,該過程磁通

13、量的改變量大小=|1-2|=1.410-5 Wb。答案:(1)1.410-5 Wb(2)有1.410-4 C 探究三當(dāng)堂檢測(cè)探究一探究二1233.(電磁感應(yīng)中的圖象問題)勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.2 T,磁場(chǎng)寬度l=4 m,一正方形金屬框邊長ad=l=1 m,每邊的電阻r=0.2 ,金屬框以v=10 m/s 的速度勻速穿過磁場(chǎng)區(qū),其平面始終保持與磁感線方向垂直,如圖所示。求:(1)畫出金屬框穿過磁場(chǎng)區(qū)的過程中,各階段的等效電路圖。(2)畫出金屬框穿過磁場(chǎng)區(qū)的過程中,金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的i-t圖線。(要求寫出作圖依據(jù))(3)畫出ab兩端電壓的U-t圖線。(要求寫出作圖依據(jù))探究三當(dāng)堂檢測(cè)探究一探究二123解析:如圖a所示,線框的運(yùn)動(dòng)過程分為三個(gè)階段:第階段cd相當(dāng)于電源;第階段cd和ab相當(dāng)于開路時(shí)兩并聯(lián)的電源;第階段ab相當(dāng)于電源,分別如圖b、c、d所示。探究三當(dāng)堂檢測(cè)探究一探究二123感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向ab兩端的電壓U3=I33r=1.5 V,t3=0.1 s規(guī)定逆時(shí)針方向?yàn)殡娏髡较?故i-t圖象和ab兩端U-t圖象分別如圖甲、乙所示。探究三當(dāng)堂檢測(cè)探究一探究二123答案:見解析