高中物理 第四章 電磁感應 習題課 電磁感應中的電路和圖象問題課件 新人教版選修32

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1、習題課習題課:電磁感應中的電路和圖象問題電磁感應中的電路和圖象問題探究一探究二探究三當堂檢測問題導引名師精講典例剖析電磁感應中的電路電磁感應中的電路用均勻?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磁場中,如圖所示,當磁場以 的變化率增強時,思考下列問題: (1)感應電流的方向是逆時針還是順時針?(2)感應電動勢多大?整個閉合回路中哪部分電路是電源?哪部分是外電路?(3)A、B兩點哪點電勢高?兩點間的電勢差為多大?探究一探究二探究三當堂檢測問題導引名師精講典例剖析探究一探究二探究三當堂檢測問題導引名師精講典例剖析閉合電路中磁通量發(fā)生變化或有部分導體在做切割磁感線運動,在回

2、路中將產(chǎn)生感應電動勢,回路中將有感應電流。從而涉及電流、電壓、電功等計算。同時也可包含電磁感應與力學問題、電磁感應與能量的綜合分析。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)生感應電動勢,該電路或?qū)w就相當于電源,其他部分是外電路。(2)畫等效電路圖,分清內(nèi)、外電路。(3)用法拉第電磁感應定律E= 或E=Blv確定感應電動勢的大小,用楞次定律或右手定則確定感應電流的方向。在等效電源內(nèi)部,方向從負極指向正極。(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。探究一探究二探究三當堂檢測問題導引名師精講典例剖析解決電磁感應中的電路問題“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堂檢測問題導引名師精講典例剖析【例題1】用相同導線繞制的邊長為L或2L的四個閉合導線框,以相同的速度勻速進入右側(cè)勻強磁場,如圖所示。在每個線框進入磁場的過程中,M、N兩點間的電壓分別為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堂檢測問題導引名師精講典例剖析歸納總結(jié)1.判斷感應電流和感應電動勢的方向,都是利用“相當于電源”的部分根據(jù)右手定則或楞次定律判定的。實際問題中應注意外電路電流由高電勢流向低電勢,而內(nèi)電路則相反。2.在

4、閉合電路中,“相當于電源”的導體兩端的電壓與真實的電源兩端的電壓一樣,等于路端電壓,而不等于感應電動勢。探究一探究二探究三當堂檢測問題導引名師精講典例剖析變式訓練變式訓練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強度為B的勻強磁場中,一長度為2a,電阻等于R,粗細均勻的金屬棒MN放在圓環(huán)上,它與圓環(huán)始終保持良好接觸,當金屬棒以恒定速度v向右移動經(jīng)過環(huán)心時,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堂檢測問題導引名師精講典例剖析探究一探究二探究三當堂檢測問題導引名師精講典例剖析電磁感應中的電荷量

5、問題電磁感應中的電荷量問題如圖所示,水平金屬導軌AC、BD長x、兩軌寬L,金屬棒置于導軌上,與導軌接觸良好,導軌A、B端接有電阻R,其余電阻不計,磁感應強度為B的勻強磁場與導軌平面垂直。(1)當金屬棒以速度v勻速從AB端運動到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動距離x呢?(3)若金屬棒固定于CD端,當磁感應強度以 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,若磁感應強度不是均勻變化的呢?探究一探究二探究三當堂檢測問題導引名師精講典例剖析探究一探究二探究三當堂檢測問題導引名師精講典例剖析1.電源內(nèi)部電流

6、的方向是從負極流向正極,即從低電勢流向高電勢。2.求解電路中通過的電荷量時,一定要用平均電動勢和平均電流計算。 求解電路中通過的電荷量時,一定要用平均電動勢和平均電流計算。探究一探究二探究三當堂檢測問題導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內(nèi),磁感應強度B隨時間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堂檢測問題導引名師精講典例剖析變式訓練變式訓練2如圖所示,將一個閉合金屬圓環(huán)從有界磁場中勻速拉出,第一次

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堂檢測問題導引名師精講典例剖析電磁感應中的圖象問題電磁感應中的圖象問題如圖甲所示,矩形導線框abcd固定在勻強磁場中,磁感線的方向與導線框所在平面垂直,規(guī)定磁場的正方向垂直于紙面向里,磁感應強度B隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示,若規(guī)定順時針方向為感應電流的正方向,定性畫出感應電流隨時間變化的圖象。探究一探究二探究三當堂檢測問題導引名師精講典例剖析要點提示:01 s內(nèi)電流為負方向,13 s內(nèi)電流為正方向,

8、34 s電流為負方向。探究一探究二探究三當堂檢測問題導引名師精講典例剖析探究一探究二探究三當堂檢測問題導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)分析電磁感應的具體過程。(3)用右手定則或楞次定律確定方向?qū)P系。(4)結(jié)合法拉第電磁感應定律、歐姆定律、牛頓運動定律等規(guī)律寫出函數(shù)關系式。(5)根據(jù)函數(shù)關系式,進行數(shù)學分析,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堂檢測問題導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的等腰三角形導體線框以恒定的速度v沿垂

9、直于磁場區(qū)域邊界的方向穿過長為2L,寬為L的勻強磁場,磁場方向垂直紙面向里。t=0時刻,三角形導體線框的底邊剛進入磁場,取沿逆時針方向的感應電流為正,則在三角形導體線框穿過磁場區(qū)域的過程中,感應電流i隨時間t變化的圖線可能是()探究一探究二探究三當堂檢測問題導引名師精講典例剖析解析:根據(jù)E=BLv, ,三角形導體線框進、出磁場時,有效長度L都變小。再根據(jù)右手定則,進、出磁場時感應電流方向相反,進磁場時感應電流方向為正,出磁場時感應電流方向為負,故選A。答案:A歸納總結(jié)對圖象的分析,應做到“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、感應過程之間的對應關系。(2)理解三個相似關系及其各自的物理意義:探究一探究二探究三當堂檢測問題導引名師精講典例剖析變式訓練變式訓練3在豎直方向的磁場中,水平放置一圓形導體環(huán)。規(guī)定導體環(huán)中電流的正方向如圖甲所示,磁場向上為正。當磁感應強度B 隨時間t按圖乙變化時,下列能正確表示導體環(huán)中感應電流變化情況的是()探究一探究二探究三當堂檢測問題導引名師精講典例剖析解析:根據(jù)法拉第電磁感應定律有 ,因此在面積、匝數(shù)不變的情況下,感應電動勢與磁場的變化率成正比,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,故形成的感應電流不變,根據(jù)楞次定律可知感應電流方向為順時針即為正值,24 s斜率不

11、變,電流方向為逆時針即為負值,整個過程中的斜率大小不變,所以感應電流大小不變,故A、B、D錯誤,C正確。答案:C探究三當堂檢測探究一探究二1231.(電磁感應中的電路問題)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,如下圖所示,則在移出過程中線框的一邊a、b兩點間電勢差絕對值最大的是()探究三當堂檢測探究一探究二123探究三當堂檢測探究一探究二1232.(電磁感應中的電荷量問題)2016年10月17日,我國神舟十一號載人飛船發(fā)射成功,在離地面大約200 km的太空運行。假設載人艙中有一

12、邊長為50 cm的正方形導線框,在宇航員操作下由水平方向轉(zhuǎn)至豎直方向,此時地磁場磁感應強度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電流?設線框電阻為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)探究三當堂檢測探究一探究二123解析:(1)設線框在水平位置時法線n方向豎直向上,穿過線框的磁通量1=BSsin 37=6.010-6 Wb。當線框轉(zhuǎn)至豎直位置時,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 探究三當堂檢測探究一探究二1233.(電磁感應中的圖象問題)勻強磁場的磁感應強度B=0.2 T,磁場寬度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區(qū)的過程中,金屬框內(nèi)感應電流的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))探究三當堂檢測探究一探究二123解析:如圖a所示,線框的運動過程分為三個階段:第階段cd相當于電源;第階段cd和ab相當于開路時兩并聯(lián)的電源;第階段ab相當于電源,分別如圖b、c、d所示。探究三當堂檢測探究一探究二123感應電流方向為順時針方向ab兩端的電壓U3=I33r=1.5 V,t3=0.1 s規(guī)定逆時針方向為電流正方向,故i-t圖象和ab兩端U-t圖象分別如圖甲、乙所示。探究三當堂檢測探究一探究二123答案:見解析