2018-2019學(xué)年高中物理 第一章 電磁感應(yīng) 習(xí)題課2 電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用學(xué)案 教科版選修3-2.doc
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習(xí)題課2 電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用 [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 1.應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向. 2.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)中的圖像問題. 3.掌握電磁感應(yīng)中動力學(xué)問題的分析方法,能用能量觀點(diǎn)分析和解決電磁感應(yīng)問題. [合 作 探 究攻 重 難] 利用“結(jié)論法”判斷感應(yīng)電流的方向 1.“增反減同”法 感應(yīng)電流的磁場,總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量(原磁場磁通量)的變化. (1)當(dāng)原磁場磁通量增加時(shí),感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反. (2)當(dāng)原磁場磁通量減少時(shí),感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同. 口訣記為“增反減同”. 2.“來拒去留”法 由于磁場與導(dǎo)體的相對運(yùn)動產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電流與磁場間有力的作用,這種力的作用會“阻礙”相對運(yùn)動.口訣記為“來拒去留”. 3.“增縮減擴(kuò)”法 就閉合電路的面積而言,致使電路的面積有收縮或擴(kuò)張的趨勢.收縮或擴(kuò)張是為了阻礙電路原磁通量的變化.若穿過閉合電路的磁通量增加時(shí),面積有收縮趨勢;若穿過閉合電路的磁通量減少時(shí),面積有擴(kuò)張趨勢.口訣為“增縮減擴(kuò)”. 說明:此法只適用于回路中只有一個(gè)方向的磁感線的情況. 4.“增反減同”法 自感線圈總是阻礙引起感應(yīng)電流的原電流的變化: (1)當(dāng)原電流增大時(shí),自感電流的方向與原電流方向相反. (2)當(dāng)原電流減小時(shí),自感電流的方向與原電流的方向相同.口訣記為“增反減同”. 如圖1所示,一水平放置的矩形閉合線圈abcd在細(xì)長磁鐵的N極附近豎直下落,保持bc邊在紙外,ad邊在紙內(nèi),由圖中位置Ⅰ經(jīng)過位置Ⅱ到位置Ⅲ,位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ,這個(gè)過程中線圈的感應(yīng)電流( ) 圖1 A.沿abcd流動 B.沿dcba流動 C.先沿abcd流動,后沿dcba流動 D.先沿dcba流動,后沿abcd流動 A [由條形磁鐵的磁場分布可知,線圈在位置Ⅱ時(shí)穿過閉合線圈的磁通量最小為零,線圈從位置Ⅰ到位置Ⅱ,從下向上穿過線圈的磁通量在減少,線圈從位置Ⅱ到位置Ⅲ,從上向下穿過線圈的磁通量在增加,根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向是abcd.] 楞次定律的使用步驟 [針對訓(xùn)練] 1.如圖2所示,當(dāng)磁鐵突然向銅環(huán)運(yùn)動時(shí),銅環(huán)的運(yùn)動情況是 ( ) 圖2 A.向右擺動 B.向左擺動 C.靜止 D.無法判定 A [當(dāng)磁鐵突然向銅環(huán)運(yùn)動時(shí),穿過銅環(huán)的磁通量增加,為阻礙磁通量的增加,銅環(huán)遠(yuǎn)離磁鐵向右運(yùn)動.] 電磁感應(yīng)中的圖像問題 1.問題類型 (1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖像. (2)由給定的圖像分析電磁感應(yīng)過程,求解相應(yīng)的物理量. 2.圖像類型 (1)各物理量隨時(shí)間t變化的圖像,即Bt圖像、Φt圖像、Et圖像和It圖像. (2)導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動時(shí),還涉及感應(yīng)電動勢E和感應(yīng)電流I隨導(dǎo)體位移變化的圖像,即Ex圖像和Ix圖像. 3.解決此類問題需要熟練掌握的規(guī)律:安培定則、左手定則、楞次定律、右手定則、法拉第電磁感應(yīng)定律、歐姆定律等. 將一段導(dǎo)線繞成圖3甲所示的閉合回路,并固定在紙面內(nèi),回路的ab邊置于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場Ⅰ中.回路的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的磁場Ⅱ,以向里為磁場Ⅱ的正方向,其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的曲線如圖3乙所示.用F表示ab邊受到的安培力,以水平向右為F的正方向,能正確反映F隨時(shí)間t變化的圖像是( ) 甲 乙 圖3 A B C D 思路點(diǎn)撥:①本類題目線圈面積不變而磁場發(fā)生變化,可根據(jù)E=nS判斷E的大小及變化.②為B-t圖像的斜率,且斜率正、負(fù)變化時(shí)對應(yīng)電流的方向發(fā)生變化. B [由題圖乙可知0~時(shí)間內(nèi),磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間線性變化,即=k(k是一個(gè)常數(shù)),圓環(huán)的面積S不變,由E===kS,可知圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢大小不變,則回路中的感應(yīng)電流大小不變,ab邊受到的安培力大小不變,從而可排除選項(xiàng)C、D;0~時(shí)間內(nèi),由楞次定律可判斷出流過ab邊的電流方向?yàn)橛蒪至a,結(jié)合左手定則可判斷出ab邊受到的安培力的方向向左,為負(fù)值,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確.] 解決電磁感應(yīng)圖像問題的基本步驟 1.已知圖像,根據(jù)物理規(guī)律求解相應(yīng)的物理量. 2.根據(jù)所提供的物理情景作出相應(yīng)的圖像. [針對訓(xùn)練] 2.如圖4所示,在x≤0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場,磁場的方向垂直于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時(shí)刻起由靜止開始沿x軸正方向做勻加速運(yùn)動,則線框中的感應(yīng)電流i(取逆時(shí)針方向的電流為正)隨時(shí)間t的變化圖像正確的是 ( ) 圖4 A B C D D [因?yàn)榫€框做勻加速直線運(yùn)動,所以感應(yīng)電動勢為E=BLv=BLat,因此感應(yīng)電流大小與時(shí)間成正比,由楞次定律可知電流方向?yàn)轫槙r(shí)針.] 電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題 通過導(dǎo)體的感應(yīng)電流在磁場中將受到安培力的作用,電磁感應(yīng)問題往往和力學(xué)問題聯(lián)系在一起. 電磁感應(yīng)中力學(xué)問題,常常以導(dǎo)體在滑軌上運(yùn)動的形式出現(xiàn),要對其受力情況、運(yùn)動情況進(jìn)行動態(tài)分析.根據(jù)導(dǎo)體的運(yùn)動情況,解決問題的具體思路如下: 1.導(dǎo)體靜止或勻速運(yùn)動時(shí)的力電綜合問題分析思路 2.導(dǎo)體變加速運(yùn)動過程的力電綜合問題分析思路 (1)做好受力分析和運(yùn)動情況分析. 導(dǎo)體受力分析→速度變化→產(chǎn)生變化的感應(yīng)電動勢→產(chǎn)生變化的感應(yīng)電流→導(dǎo)體受變化的安培力作用→合外力變化→加速度變化→速度變化……最終加速度等于零,導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動狀態(tài). (2)導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)往往是這類問題的突破口,進(jìn)而列出平衡方程解決問題. 如圖5所示,AB、CD是兩根足夠長的固定平行金屬導(dǎo)軌,兩導(dǎo)軌間的距離為L,導(dǎo)軌平面與水平面的夾角為θ,在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面斜向上方的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,在導(dǎo)軌的A、C端連接一個(gè)阻值為R的電阻.一根質(zhì)量為m、垂直于導(dǎo)軌放置的金屬棒ab,從靜止開始沿導(dǎo)軌下滑,求此過程中ab棒的最大速度.已知ab棒與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ,導(dǎo)軌和ab棒的電阻都不計(jì). 圖5 思路點(diǎn)撥:①ab棒沿導(dǎo)軌下滑的過程中受四個(gè)力作用,即重力mg、支持力N、摩擦力f和安培力F安.②ab棒由靜止開始下滑后,各相關(guān)量的變化情況為v↑→E↑→I↑→F安↑→a↓(↑表示增大,↓表示減小),所以這是一個(gè)變加速過程,當(dāng)加速度減小到a=0時(shí),其速度增大到最大值vm,此時(shí)ab棒處于平衡狀態(tài),以后將以vm勻速下滑. 【解析】 ab棒下滑時(shí)切割磁感線,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得E=BLv ① 根據(jù)閉合電路歐姆定律,閉合電路ACba中產(chǎn)生的感應(yīng)電流I= ② 根據(jù)右手定則可判定感應(yīng)電流的方向?yàn)閍ACba,由左手定則可知ab棒受到的安培力F安的方向沿導(dǎo)軌向上,其大小為F安=BIL ③ 由①②③式可得F安= 對ab棒進(jìn)行受力分析,如圖所示,由牛頓第二定律得 mgsin θ-f-F安=ma 又f=μN(yùn),N=mgcos θ,F(xiàn)安= 則mgsin θ-μmgcos θ-=ma ab棒做加速度逐漸減小的變加速運(yùn)動,當(dāng)a=0時(shí)速度達(dá)到最大,此時(shí)有 mgsin θ-μmgcos θ-=0 ④ 由④式可解得vm=. 【答案】 vm= 電磁感應(yīng)現(xiàn)象中涉及到具有收尾速度的力學(xué)問題時(shí),關(guān)鍵是做好受力情況和運(yùn)動情況的動態(tài)分析: 周而復(fù)始地循環(huán),達(dá)到最終狀態(tài)時(shí),加速度等于零,導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動狀態(tài),即平衡狀態(tài),根據(jù)平衡條件建立方程,所求解的收尾速度也是導(dǎo)體運(yùn)動的最大速度. [針對訓(xùn)練] 3.(多選)如圖6所示,MN和PQ是兩根互相平行豎直放置的光滑金屬導(dǎo)軌,已知導(dǎo)軌足夠長,且電阻不計(jì).a(chǎn)b是一根與導(dǎo)軌垂直而且始終與導(dǎo)軌接觸良好的金屬桿.開始時(shí),將開關(guān)S斷開,讓桿ab由靜止開始自由下落,一段時(shí)間后,再將S閉合,若從S閉合開始計(jì)時(shí),則金屬桿ab的速度v隨時(shí)間t變化的圖像可能是( ) 圖6 A B C D ACD [設(shè)ab桿的有效長度為l,S閉合時(shí),若>mg,桿先減速再勻速,D項(xiàng)有可能;若=mg,桿勻速運(yùn)動,A項(xiàng)有可能;若- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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