2019-2020學(xué)年高中物理 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(wèn)題課件 新人教版選修3-2.ppt

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習(xí)題課 電磁感應(yīng)中的電路和圖象問(wèn)題 探究一 探究二 探究三 電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題探究用均勻?qū)Ь€做成的正方形線圈邊長(zhǎng)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(wèn)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 要點(diǎn)提示 1 根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向沿逆時(shí)針 2 探究一 探究二 探究三 知識(shí)歸納解決電磁感應(yīng)中電路問(wèn)題的基本方法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(wèn)題 電磁感應(yīng)與能量的綜合分析 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(huà)等效電路圖 分清內(nèi) 外電路 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 探究一 探究二 探究三 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 解決電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題 三步曲 第一步 確定電源 第二步 畫(huà)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 典例剖析 例題1 用相同導(dǎo)線繞制的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)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(guò)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 Ua Ub Uc UdB Ua Ub Ud UcC Ua Ub Uc UdD Ub Ua Ud Uc 故選B 探究一 探究二 探究三 答案 B1 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(wèn)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 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(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 解析 1 等效電路如圖所示 探究一 探究二 探究三 電磁感應(yīng)中的電荷量問(wèn)題問(wèn)題探究如圖所示 水平金屬導(dǎo)軌AC BD長(zhǎng)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?gòu)腁B端運(yùn)動(dòng)到CD端的過(guò)程中 流過(guò)電阻R的電荷量為多少 2 第 1 問(wèn)中 若金屬棒從靜止開(kāi)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(guò)程中 流過(guò)電阻R的電荷量為多少 4 第 3 問(wèn)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 探究一 探究二 探究三 知識(shí)歸納電磁感應(yīng)中的電荷量問(wèn)題 1 電源內(nèi)部電流的方向是從負(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(guò)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 典例剖析 例題2 物理實(shí)驗(yàn)中 常用一種叫做 沖擊電流計(jì) 的儀器測(cè)定通過(guò)電路的電量 如圖所示 探測(cè)線圈與沖擊電流計(jì)串聯(lián)后可用來(lái)測(cè)定磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 已知線圈的匝數(shù)為n 面積為S 線圈與沖擊電流計(jì)組成的回路電阻為R 若將線圈放在被測(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 開(kāi)始線圈平面與磁場(chǎng)垂直 現(xiàn)把探測(cè)圈翻轉(zhuǎn)90 沖擊電流計(jì)測(cè)出通過(guò)線圈的電量為q 由上述數(shù)據(jù)可測(cè)出被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 探究一 探究二 探究三 答案 B 探究一 探究二 探究三 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 第一次速度為v 通過(guò)金屬圓環(huán)某一截面的電荷量為q1 第二次速度為2v 通過(guò)金屬圓環(huán)某一截面的電荷量為q2 則 A q1 q2 1 2B q1 q2 1 4C q1 q2 1 1D q1 q2 2 1 答案 C 探究一 探究二 探究三 電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題問(wèn)題探究如圖甲所示 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?lè)较驗(yàn)楦袘?yīng)電流的正方向 定性畫(huà)出感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖象 探究一 探究二 探究三 要點(diǎn)提示 0 1s內(nèi)電流為負(fù)方向 1 3s內(nèi)電流為正方向 3 4s電流為負(fù)方向 探究一 探究二 探究三 知識(shí)歸納1 問(wèn)題概括 探究一 探究二 探究三 2 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 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(xiě)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(huà)圖象或判斷圖象 探究一 探究二 探究三 典例剖析 例題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 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0 2s 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 2 4s斜率不變 電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針即為負(fù)值 整個(gè)過(guò)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 探究一 探究二 探究三 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 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練3如圖甲 匝數(shù)n 2的金屬圈 電阻不計(jì) 圍成的面積為20cm2 線圈與R 20 的電阻連接 置于豎直向上 均勻分布的磁場(chǎng)中 磁場(chǎng)與線圈平面垂直 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B B t關(guān)系如圖乙 規(guī)定感應(yīng)電流i從a經(jīng)過(guò)R到b的方向?yàn)檎较?忽略線圈的自感影響 則下列i t關(guān)系圖正確的是 探究一 探究二 探究三 解析 由圖可知 0 2s內(nèi) 線圈中磁通量的變化率相同 故0 2s內(nèi)電流的方向相同 由楞次定律可知 電路中電流方向?yàn)轫槙r(shí)針 即電流為正方向 同理可知 2 5s內(nèi)電路中的電流為逆時(shí)針 為負(fù)方向 由 A 3 10 7A 同理2 5s內(nèi) I2 2 10 7A 故D正確 ABC錯(cuò)誤 答案 D 探究一 探究二 探究三 例題4 如圖所示 一底邊為L(zhǎng) 底邊上的高也為L(zhǎng)的等腰三角形導(dǎo)體線框以恒定的速度v沿垂直于磁場(chǎng)區(qū)域邊界的方向穿過(guò)長(zhǎng)為2L 寬為L(zhǎng)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?lè)较虻母袘?yīng)電流為正 則在三角形導(dǎo)體線框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)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 效長(zhǎng)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 探究一 探究二 探究三 變式訓(xùn)練4如圖所示 兩條平行虛線之間存在勻強(qiáng)磁場(chǎng) 虛線間的距離為L(zhǎng) 磁場(chǎng)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(zhǎng) t 0時(shí)刻bc邊與磁場(chǎng)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(chǎng)區(qū)域邊界的方向穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域 取沿a b c d a方向?yàn)楦袘?yīng)電流正方向 則在線圈穿越磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)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 解析 由于bc進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí) 根據(jù)右手定則判斷出其感應(yīng)電流的方向是沿adcba的方向 其方向與電流的正方向相反 故是負(fù)的 所以A C錯(cuò)誤 當(dāng)逐漸向右移動(dòng)時(shí) 切割磁感線的條數(shù)在增加 故感應(yīng)電流在增大 當(dāng)bc邊穿出磁場(chǎng)區(qū)域時(shí) 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(shí)間軸的上方 所以B正確 D錯(cuò)誤 答案 B 1 2 3 1 2018全國(guó) 18 如圖 在同一水平面內(nèi)有兩根平行長(zhǎng)導(dǎo)軌 導(dǎo)軌間存在依次相鄰的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域 區(qū)域?qū)挾染鶠閘 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等 方向交替向上向下 一邊長(zhǎng)為l的正方形金屬線框在導(dǎo)軌上向左勻速運(yùn)動(dòng) 線框中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的正確圖線可能是 1 2 3 解析 在0 0 5l過(guò)程 前 后兩邊均切割磁感線 產(chǎn)生相同方向 順時(shí)針 等大不變的電動(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生同方向 不變的電流 在0 5l l過(guò)程 前 后兩邊均切割磁感線 產(chǎn)生反向 等大不變的電動(dòng)勢(shì) 線框中總電動(dòng)勢(shì)為零 電流為零 在l 1 5l過(guò)程 前 后兩邊均切割磁感線 產(chǎn)生相同方向 逆時(shí)針 等大不變的電動(dòng)勢(shì) 產(chǎn)生同方向 不變的電流 選項(xiàng)D正確 答案 D 1 2 3 2 2019年1月11日 我國(guó)通信廣播衛(wèi)星 中星2D 發(fā)射成功 假設(shè)衛(wèi)星艙中有一邊長(zhǎng)為50cm的正方形導(dǎo)線框 在地面人員遙控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 4 10 5T 方向如圖所示 求 1 該過(guò)程中磁通量的改變量的大小是多少 2 該過(guò)程線框中有無(wú)感應(yīng)電流 設(shè)線框電阻為R 0 1 若有電流 則通過(guò)線框的電荷量是多少 sin37 0 6 cos37 0 8 1 2 3 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(guò)線框的磁通量 1 BSsin37 6 0 10 6Wb 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(guò)線框的磁通量 2 BScos143 8 0 10 6Wb 該過(guò)程磁通量的改變量大小 1 2 1 4 10 5Wb 2 因?yàn)樵撨^(guò)程穿過(guò)閉合線框的磁通量發(fā)生了變化 所以一定有感應(yīng) 答案 1 1 4 10 5Wb 2 有1 4 10 4C 1 2 3 3 勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B 0 2T 磁場(chǎng)寬度l 4m 一正方形金屬框邊長(zhǎng)ad l 1m 每邊的電阻r 0 2 金屬框以v 10m s的速度勻速穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū) 其平面始終保持與磁感線方向垂直 如圖所示 1 畫(huà)出金屬框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)的過(guò)程中 各階段的等效電路圖 2 畫(huà)出金屬框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)的過(guò)程中 金屬框內(nèi)感應(yīng)電流的i t圖線 要求寫(xiě)出作圖依據(jù) 3 畫(huà)出ab兩端電壓的U t圖線 要求寫(xiě)出作圖依據(jù) 1 2 3 解析 如圖a所示 線框的運(yùn)動(dòng)過(guò)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(kāi)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 1 2 3 ab兩端的電壓為U1 I1 r 2 5 0 2V 0 5V在第 階段 有I2 0 ab兩端的電壓U2 E Bl v 2V 感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较騛b兩端的電壓U3 I3 3r 1 5V t3 0 1s規(guī)定逆時(shí)針?lè)较驗(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 1 2 3 答案 見(jiàn)解析