2019_20學(xué)年高中物理第四章電磁感應(yīng)現(xiàn)象微型專題2電磁感應(yīng)中的電路、電荷量及圖象問題課件.pptx

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1、微型專題2 電磁感應(yīng)中的電路、 電荷量及圖象問題,第四章 電磁感應(yīng),課時要求,1.掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電路問題的分析方法和解題基本思路. 2.掌握電磁感應(yīng)電路中感應(yīng)電荷量求解的基本思路和方法. 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)的圖象問題.,NEIRONGSUOYIN,內(nèi)容索引,達標(biāo)檢測,檢測評價 達標(biāo)過關(guān),微型專題練,克難解疑 精準(zhǔn)高效,重點探究,啟迪思維 探究重點,重點探究,一、電磁感應(yīng)中的電路問題,1.明確哪部分電路或?qū)w產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,該部分電路或?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En 或EBlv確定感應(yīng)電

2、動勢的大小,用楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電流的方向.注意在等效電源內(nèi)部,電流方向從負極流向正極. 4.運用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點、電功率、電熱等公式聯(lián)立求解.,例1 固定在勻強磁場中的正方形導(dǎo)線框abcd邊長為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以忽略的銅線.磁感應(yīng)強度為B,方向垂直紙面向里.現(xiàn)有一段與ab段的材料、粗細、長度均相同的電阻絲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 的距離時,通過aP段的電流是多大?方向如何?,圖1,學(xué)科素養(yǎng) 本題考查了電磁感應(yīng)中的電路問題.正確畫出等效電路圖是解題的關(guān)鍵,所以要熟記以下兩點:(

3、1)“切割”磁感線的導(dǎo)體(或磁通量發(fā)生變化的線圈)相當(dāng)于“電源”.(2)在“電源”內(nèi)部電流從負極流向正極.解決本題的思路是:先確定“電源”,畫出等效電路圖,再利用閉合電路歐姆定律計算總電流,然后根據(jù)電路的串、并聯(lián)關(guān)系求出aP段中的電流,通過這樣的分析培養(yǎng)了學(xué)生的綜合分析能力,很好地體現(xiàn)了“科學(xué)思維”的學(xué)科素養(yǎng).,針對訓(xùn)練 如圖2所示,均勻的金屬長方形線框從勻強磁場中以速度v勻速向右拉出,它的兩邊固定有帶金屬滑輪的導(dǎo)電機構(gòu),金屬框向右運動時總是與兩邊良好接觸,一理想電壓表跨接在PQ兩導(dǎo)電機構(gòu)上,當(dāng)金屬框向右勻速拉出的過程中,已知金屬框的長為a,寬為b,磁感應(yīng)強度為B,則電壓表的讀數(shù),圖2,A.恒

4、定不變,為Bbv B.恒定不變,為Bav C.變大 D.變小,解析 當(dāng)金屬框向右勻速拉出的過程中,線框左邊切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,相當(dāng)于電源,其余部分是外電路.由公式EBlv知,左邊產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢等于Bbv,保持不變,線框中感應(yīng)電流也不變,而PQ右側(cè)的電阻增大,由歐姆定律UIR知,PQ間的電壓增大,則電壓表的讀數(shù)變大.根據(jù)閉合電路歐姆定律知,PQ間的電壓必定小于Bbv,C項正確,A、B、D錯誤.,二、電磁感應(yīng)中的電荷量問題,(1)從上式可知,線圈匝數(shù)一定時,感應(yīng)電荷量僅由回路電阻和磁通量的變化量決定,與時間無關(guān). (2)求解電路中通過的電荷量時,I、E均為平均值.,例2 一個阻值為R、匝數(shù)

5、為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1、電容為C的電容器連接成如圖3(a)所示回路.金屬線圈的半徑為r1,在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的關(guān)系圖線如圖(b)所示.圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0.導(dǎo)線的電阻不計.求: (1)通過電阻R1的電流大小和方向;,圖3,解析 由Bt圖象可知,磁感應(yīng)強度的變化率為:,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,感應(yīng)電動勢:,根據(jù)楞次定律可知通過R1的電流方向為從b到a.,(2)0t1時間內(nèi)通過電阻R1的電荷量q;,(3)t1時刻電容器所帶電荷量Q.,例3 (2018全國卷)如圖4,導(dǎo)體軌道OPQS固定,其中PQ

6、S是半圓弧,Q為半圓弧的中點,O為圓心.軌道的電阻忽略不計.OM是有一定電阻、可繞O轉(zhuǎn)動的金屬桿,M端位于PQS上,OM與軌道接觸良好.空間存在與半圓所在平面垂直的勻強磁場,磁感應(yīng)強度的大小為B.現(xiàn)使OM從OQ位置以恒定的角速度逆時針轉(zhuǎn)到OS位置并固定(過程);再使磁感應(yīng)強度的大小以一定的變化率從B增加到B(過程).在過程、中,流過OM的電荷量相等,則 等于,圖4,解析 在過程中,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,有,三、電磁感應(yīng)中的圖象問題,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象. (2)由給定的圖象分析電磁感應(yīng)過程,求解相應(yīng)的物理量. 2.圖象類型 (1)各物理量隨時間t變化的

7、圖象,即Bt圖象、t圖象、Et圖象和It圖象. (2)導(dǎo)體切割磁感線運動時,還涉及感應(yīng)電動勢E和感應(yīng)電流I隨導(dǎo)體位移變化的圖象,即Ex圖象和Ix圖象. 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.,例4 在豎直向上的勻強磁場中,水平放置一個不變形的單匝金屬圓線圈,規(guī)定線圈中感應(yīng)電流的正方向如圖5甲所示,當(dāng)磁場的磁感應(yīng)強度B隨時間t按圖乙變化時,圖中能正確表示線圈中感應(yīng)電動勢E變化的是,圖5,解析 由題圖乙知,01 s內(nèi)磁通量向上均勻增加,根據(jù)楞次定律知,電流方向為正且保持不變;13 s內(nèi)磁通量不變,故感應(yīng)電動勢為0;35 s內(nèi)磁通

8、量向上均勻減少,由楞次定律知,電流方向為負且保持不變.由法拉第電磁感應(yīng)定律知,感應(yīng)電動勢的大小與磁通量的變化率成正比,所以35 s內(nèi)的感應(yīng)電動勢是01 s內(nèi)的感應(yīng)電動勢的 ,故選項A正確.,例5 (2018全國卷)如圖6所示,在同一水平面內(nèi)有兩根平行長導(dǎo)軌,導(dǎo)軌間存在依次相鄰的矩形勻強磁場區(qū)域,區(qū)域?qū)挾染鶠閘,磁感應(yīng)強度大小相等、方向交替向上向下.一邊長為 l的正方形金屬線框在導(dǎo)軌上向左勻速運動.線框中感應(yīng)電流i隨時間t變化的正確圖線可能是,圖6,解析 設(shè)線路中只有一邊切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電流為I0.,分析知,只有選項D符合要求.,達標(biāo)檢測,1.(電磁感應(yīng)中的電路問題)(多選)(2017慈溪

9、市高二上學(xué)期期中)如圖7所示,虛線框內(nèi)是磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場,用同種導(dǎo)線制成的正方形線框abcd的邊長為L(L小于磁場寬度d),線框平面與磁場方向垂直,線框的ab邊與磁場左邊界平行.導(dǎo)線框以恒定速度v水平向右運動,當(dāng)ab邊剛進入磁場時,ab兩端的電勢差大小為U1;當(dāng)cd邊剛進入磁場時,ab兩端的電勢差大小為U2,則,圖7,1,2,3,4,1,2,3,4,2.(電磁感應(yīng)中的電荷量問題)如圖8所示,空間存在垂直于紙面的勻強磁場,在半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)部及外部,磁場方向相反,磁感應(yīng)強度的大小均為B.一半徑為b(ba)、電阻為R的圓形導(dǎo)線環(huán)放置在紙面內(nèi),其圓心與圓形區(qū)域的中心重合.當(dāng)內(nèi)、外磁場同時

10、由B均勻地減小到零的過程中,通過導(dǎo)線環(huán)橫截面的電荷量為,圖8,1,2,3,4,1,2,3,4,3.(電磁感應(yīng)中的圖象問題)如圖9所示,兩條平行虛線之間存在勻強磁場,虛線間的距離為l,磁場方向垂直紙面向里,abcd是位于紙面內(nèi)的梯形線圈,ad與bc間的距離也為l,t0時刻bc邊與磁場區(qū)域邊界重合.現(xiàn)令線圈以恒定的速度v沿垂直于磁場區(qū)域邊界的方向穿過磁場區(qū)域,取沿abcda方向為感應(yīng)電流正方向,則在線圈穿越磁場區(qū)域的過程中,感應(yīng)電流I隨時間t變化的圖線可能是,圖9,1,2,3,4,解析 bc邊進入磁場時,根據(jù)右手定則判斷出其感應(yīng)電流的方向是沿adcba方向,其方向與電流的正方向相反,故是負的,所以

11、A、C錯誤; 當(dāng)線圈逐漸向右移動時,切割磁感線的有效長度變大,故感應(yīng)電流在增大;當(dāng)bc邊穿出磁場區(qū)域時,線圈中的感應(yīng)電流方向變?yōu)閍bcda,是正方向,故其圖象在時間軸的上方,所以B正確,D錯誤.,1,2,3,4,4.(電磁感應(yīng)中的圖象問題)如圖10甲所示,矩形線圈abcd位于勻強磁場中,磁場方向垂直線圈所在平面,磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示.以圖中箭頭所示方向為線圈中感應(yīng)電流i的正方向,以垂直于線圈所在平面向里為磁感應(yīng)強度B的正方向,則下列圖中能正確表示線圈中感應(yīng)電流i隨時間t變化規(guī)律的是,圖10,1,2,3,4,1,2,3,4,微型專題練,一、選擇題 考點一 電磁感應(yīng)中的電路問題

12、 1.如圖1所示,設(shè)磁感應(yīng)強度為B,ef長為l,ef的電阻為r,外電阻為R,其余電阻不計.當(dāng)ef在外力作用下向右以速度v勻速運動時,ef兩端的電壓為,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,圖1,2.如圖2所示,由均勻?qū)Ь€制成的半徑為R的圓環(huán),以速度v勻速進入一磁感應(yīng)強度大小為B的有直線邊界(圖中豎直虛線)的勻強磁場.當(dāng)圓環(huán)運動到圖示位置(aOb90)時,a、b兩點的電勢差為,圖2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,3.粗細均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強磁場中,磁場方向垂直于線框

13、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不同方向平移出磁場,如圖所示,則在移出過程中線框的一邊a、b兩點間電勢差的絕對值最大的是,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,4.如圖3所示,豎直平面內(nèi)有一金屬圓環(huán),半徑為a,總電阻為R(指剪開拉直時的電阻),磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場垂直穿過環(huán)平面.環(huán)的最高點A用鉸鏈連接長度為2a、電阻為 的導(dǎo)體棒AB,AB由水平位置緊貼環(huán)面擺下,當(dāng)擺到豎直位置時,B點的線速度為v,則這時AB兩端的電壓大小為,圖3,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,

14、12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,考點二 電磁感應(yīng)中的電荷量問題 5.如圖4所示,將一個閉合金屬圓環(huán)從有界磁場中勻速拉出,第一次速度為v,通過金屬圓環(huán)某一橫截面的電荷量為q1,第二次速度為2v,通過金屬圓環(huán)某一橫截面的電荷量為q2,則,圖4,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,A.q1q212 B.q1q214 C.q1q211 D.q1q221,6.物理實驗中,常用一種叫做“沖擊電流計”的儀器測定通過電路的電荷量.如圖5所示,探測線圈與沖擊電流計串聯(lián)后可用來測定磁場的磁感應(yīng)強度.已知線圈的匝數(shù)為n,面積為S,線圈與沖擊電流計組成的

15、回路總電阻為R.若將線圈放在被測勻強磁場中,開始時線圈平面與磁場垂直,現(xiàn)把探測線圈翻轉(zhuǎn)180,沖擊電流計測出通過線圈的電荷量為q,由上述數(shù)據(jù)可測出被測磁場的磁感應(yīng)強度為,圖5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,A.線框具有向左運動的趨勢 B.t0時刻穿過線框的磁通量為0.5 Wb C.t0.4 s時刻線框中感應(yīng)電動勢為1.5 V D.00.6 s內(nèi)通過線框橫截面的電荷量為0.36 C,7.(多選)如圖6甲所示,靜止在水平面上的等邊三角形閉合金屬線框,匝數(shù)n20匝,總電阻R2.5 ,邊長L0.3 m,處在兩個半徑均為r0.1 m的圓形勻強磁場中,線框頂點與右側(cè)圓心重合,

16、線框底邊與左側(cè)圓直徑重合.磁感應(yīng)強度B1垂直水平面向外,B2垂直水平面向里,B1、B2隨時間t的變化如圖乙所示,線框一直處于靜止?fàn)顟B(tài),計算過程中取3,下列說法正確的是,圖6,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,解析 磁感應(yīng)強度B1增加,由楞次定律和右手定則可知,線框中的電流為順時針方向,由左手定則可知,線框所受安培力方向向右,所以線框有向右運動的趨勢,A錯誤;,考點三 電磁感應(yīng)中的圖象問題 8.如圖7甲所示,一根電阻R4 的導(dǎo)線繞成半徑d2 m的圓,在圓內(nèi)部分區(qū)域存在變化的勻強磁場,中間S形虛線是兩個直徑均為d

17、的半圓,磁感應(yīng)強度隨時間變化如圖乙所示(磁場垂直于紙面向外為正,電流逆時針方向為正),關(guān)于圓環(huán)中的感應(yīng)電流時間圖象,下列選項中正確的是,圖7,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,9.(2017慈溪市高二期中)如圖8所示,有一等腰直角三角形形狀的導(dǎo)線框abc,在外力作用下勻速地經(jīng)過一個寬為d(d大于ac邊長)的有限范圍的勻強磁場區(qū)域,導(dǎo)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流i與沿運動方向的位移x之間的函數(shù)圖象是圖中的(規(guī)定逆時針為電流正方向),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,圖8,解析 開始時導(dǎo)線框進入

18、磁場切割磁感線,根據(jù)右手定則可知,電流方向為逆時針,當(dāng)導(dǎo)線框開始出磁場時,回路中磁通量減小,產(chǎn)生的感應(yīng)電流為順時針;不論進入磁場還是出磁場時,由于切割的有效長度變小,導(dǎo)致產(chǎn)生的感應(yīng)電流大小變小,故B正確,A、C、D錯誤.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,10.(2017寧波諾丁漢大學(xué)附中高二第一學(xué)期期中)如圖9甲所示,矩形導(dǎo)線框abcd放在勻強磁場中靜止不動,磁場方向與線框平面垂直,磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的圖象如圖乙所示.設(shè)t0時刻,磁感應(yīng)強度的方向垂直紙面向里,則在04 s時間內(nèi),選項圖中能正確反映線框ab邊所受的安培力F隨時間t變化的圖象是(規(guī)定ab邊所受的安

19、培力向左為正),圖9,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,二、非選擇題 11.如圖10所示,在垂直紙面向里的磁感應(yīng)強度為B的有界矩形勻強磁場區(qū)域內(nèi),有一個由均勻?qū)Ь€制成的單匝矩形線框abcd,線框平面垂直于磁感線.線框以恒定的速度v垂直磁場邊界向左運動,運動中線框dc邊始終與磁場右邊界平行,線框邊長adl,cd2l,線框?qū)Ь€的總電阻為R,則線框離開磁場的過程中,求: (1)流過線框橫截面的電荷量q;,圖10,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,(2)cd兩點間的電勢差Ucd.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,12.如圖

20、11所示,導(dǎo)線全部為裸導(dǎo)線,半徑為r、兩端開有小口的圓內(nèi)有垂直紙面向里的勻強磁場,磁感應(yīng)強度大小為B,一根長度大于2r的導(dǎo)線MN以速度v在圓環(huán)上無摩擦地自左端勻速滑到右端,電路中固定電阻阻值為R,其余部分電阻均忽略不計,試求MN從圓環(huán)左端滑到右端的過程中: (1)電阻R上的最大感應(yīng)電流;,圖11,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,(2)電阻R上的平均感應(yīng)電流;,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,(3)通過電阻R的電荷量.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1

21、3.(2018溫州十五校聯(lián)合體第二學(xué)期期中)由粗細均勻金屬絲制成的單匝線圈,其形狀如圖12所示,可視為由兩個扇形拼接而成,每米金屬絲的電阻為0.1 ,兩個扇形所對應(yīng)的圓心角都為 rad,OaOf7 cm,ObOc5 cm,OdOe3 cm.線圈固定在一絕緣的水平轉(zhuǎn)盤上,扇形的圓心與轉(zhuǎn)軸重合.轉(zhuǎn)盤一半處在豎直向下的勻強磁場中,磁感應(yīng)強度為1 T,轉(zhuǎn)軸剛好在磁場邊界上,現(xiàn)讓轉(zhuǎn)盤以角速度100 rad/s順時針勻速轉(zhuǎn)動.求: (1)回路的總電阻;,圖12,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,答案 0.016 ,解析 由題意可知單匝線圈總長l0.16 m,回路總電阻R0.016 .,(2)ef邊剛進入磁場時線圈中的電流的大小和方向;,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,答案 12.5 A 逆時針,解析 ef邊剛進入磁場時,由右手定則可知,電流為逆時針方向.,(3)cd邊剛進入磁場時線圈中的電流大小以及此時ef兩點間的電壓Uef.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,答案 7.5 A 0.17 V,UefEIref0.17 V.,

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