人教物理選修32 第4章 習題課2　電磁感應中的電路及圖象問題 學案.doc

習題課2電磁感應中的電路及圖象問題學習目標1.進一步理解公式en與eblv的區(qū)別和聯(lián)系，能夠應用兩個公式求解感應電動勢.2.掌握電磁感應現(xiàn)象中電路問題的分析方法和解題基本思路.3.綜合應用楞次定律和法拉第電磁感應定律解決電磁感應中的圖象問題合 作 探 究攻 重 難電磁感應中的電路問題1對電源的理解(1)在電磁感應現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應電動勢的那部分導體就是電源如：切割磁感線的導體棒、內(nèi)有磁通量變化的線圈等這種電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能(2)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對電路的理解(1)內(nèi)電路是切割磁感線的導體或磁通量發(fā)生變化的線圈，外電路由電阻、電容等電學元件組成(2)在閉合電路中，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3解決電磁感應中的電路問題的基本思路(1)明確哪部分導體或電路產(chǎn)生感應電動勢，該導體或電路就是電源，其他部分是外電路(2)用法拉第電磁感應定律或切割公式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動勢的方向(3)分清內(nèi)外電路，畫出等效電路圖(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)立求解如圖1所示，mn、pq為光滑金屬導軌(金屬導軌電阻忽略不計)，mn、pq相距l(xiāng)50 cm，導體棒ab在兩軌道間的電阻為r1 ，且可以在mn、pq上滑動，定值電阻r13 ，r26 ，整個裝置放在磁感應強度為b1.0 t的勻強磁場中，磁場方向垂直于整個導軌平面，現(xiàn)用外力f拉著ab棒向右以v5 m/s的速度做勻速運動求：(1)導體棒ab產(chǎn)生的感應電動勢e和ab棒上的感應電流方向；(2)導體棒ab兩端的電壓uab.圖1【解析】(1)導體棒ab產(chǎn)生的感應電動勢eblv2.5 v由右手定則知，ab棒上的感應電流方向向上，即沿ba方向(2)r并2 i auabir并 v1.7 v【答案】(1)2.5 vba方向(2)1.7 v導體棒在勻強磁場運動過程中的變與不變(1)外電阻的變與不變?nèi)敉怆娐酚蔁o阻導線和定值電阻構(gòu)成，導體棒運動過程中外電阻不變，若外電路由考慮電阻的導線組成，導體棒運動過程中外電阻改變(2)內(nèi)電阻與電動勢的變與不變切割磁感線的有效長度不變，則內(nèi)電阻與電動勢均不變反之，發(fā)生變化處理電磁感應過程中的電路問題時，需特別關注電動勢及內(nèi)、外電阻是否變化針對訓練1(多選)如圖2所示，兩根足夠長的光滑金屬導軌水平平行放置，間距為l1 m，cd間、de間、cf間分別接著阻值為r10 的電阻一阻值為r10 的導體棒ab以速度v4 m/s勻速向左運動，導體棒與導軌接觸良好，導軌所在平面存在磁感應強度大小為b0.5 t，方向豎直向下的勻強磁場下列說法中正確的是()【導學號：57272038】a導體棒ab中電流的流向為由b到abcd兩端的電壓為1 vcde兩端的電壓為1 vdfe兩端的電壓為1 v圖2【解析】由右手定則可判斷導體棒ab中電流方向由a到b，a錯誤；由ab切割磁感線得eblv，i，ubair1 v，又ba、cd、fe兩端的電壓相等，b、d正確；de兩端的電壓為零，c錯誤【答案】bd電磁感應中的圖象問題1明確圖象的種類，即是bt圖象還是t圖象，或者是et圖象、it圖象、ft圖象等2分析電磁感應的具體過程3確定感應電動勢(或感應電流)的大小和方向，有下列兩種情況：(1)若回路面積不變，磁感應強度變化時，用楞次定律確定感應電流的方向，用en確定感應電動勢大小的變化(2)若磁場不變，導體切割磁感線，用右手定則判斷感應電流的方向，用eblv確定感應電動勢大小的變化4畫圖象或判斷圖象特別注意分析斜率的變化、截距等5涉及受力問題，可由安培力公式fbil和牛頓運動定律等規(guī)律寫出有關函數(shù)關系式如圖3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，下列選項中正確的是()圖3【解析】01 s內(nèi)，磁感應強度b均勻增大，由法拉第電磁感應定律可知，產(chǎn)生的感應電動勢e恒定，電流i恒定；由楞次定律可知，電流方向為逆時針方向，即負方向，在it圖象上，是一段平行于t軸的直線，且方向為負，可見，a、c錯誤；在12 s內(nèi)b、d中電流情況相同，在23 s內(nèi)，反向的磁感應強度均勻增大，由法拉第電磁感應定律知，產(chǎn)生的感應電動勢e恒定，電流i恒定，由楞次定律知，電流方向為順時針方向，即正方向，在it圖象上，是一段平行于t軸的直線，且方向為正，只有d符合，選d.【答案】d如圖4所示，在空間中存在兩個相鄰的、磁感應強度大小相等、方向相反的有界勻強磁場，其寬度均為l.現(xiàn)將寬度也為l的矩形閉合線圈，從圖中所示位置垂直于磁場方向勻速拉過磁場區(qū)域，則在該過程中，圖中能正確反映線圈中所產(chǎn)生的感應電流或其所受的安培力隨時間變化的圖象是()【導學號：57272039】圖4【解析】由楞次定律可知，當矩形閉合線圈進入磁場和出磁場時，安培力總是阻礙物體的運動，方向始終向左，所以外力始終水平向右，因安培力的大小不同且在中間時最大，故選項d正確，選項c錯誤；當矩形閉合線圈進入磁場時，由法拉第電磁感應定律判斷，感應電流的大小在中間時是最大的，故選項a、b錯誤【答案】d解決線框進出磁場問題需要注意的事項(1)由線框的形狀判斷切割磁感線的有效長度是否變化，如何變化(2)若只有一個磁場且足夠?qū)挘P注兩個過程即可：進入磁場的過程；離開磁場的過程(3)若有兩個不同的磁場，還需注意線框的邊分別在不同磁場時產(chǎn)生感應電流方向的關系針對訓練2如圖5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t0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()圖5【解析】根據(jù)eblv，i，三角形導體線框進、出磁場時，有效長度l都變小再根據(jù)右手定則可知，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當 堂 達 標固 雙 基1如圖6所示，ab、cd為兩根相距為l的平行直導軌，b、d間連有一固定電阻r，導軌電阻可以忽略不計mn為放在ab和cd上的一導體桿，與導軌垂直，其電阻也為r，整個裝置處于勻強磁場中，磁感應強度的大小為b，磁場方向垂直于導軌所在平面(指向圖中紙面內(nèi))現(xiàn)對mn施力使它沿導軌方向以速度v向右做勻速運動，令u表示mn兩端的電壓的大小，則()aublv，流過固定電阻r的感應電流由b到dbublv，流過固定電阻r的感應電流由d到bcublv，流過固定電阻r的感應電流由b到ddublv，流過固定電阻r的感應電流由d到b圖6【解析】根據(jù)右手定則可得，流過r的感應電流由b到d，mn的感應電動勢為eblv，i，mn兩端電壓為路端電壓，uirblv，a正確【答案】a2如圖7甲所示，閉合的圓線圈放在勻強磁場(圖中未畫出)中，t0時磁感線垂直線圈平面向里穿過線圈，磁感應強度隨時間變化的關系圖線如圖乙所示，則在02 s內(nèi)線圈中感應電流的大小和方向為()【導學號：57272040】圖7a逐漸增大，逆時針b逐漸減小，順時針c大小不變，順時針d大小不變，先順時針后逆時針【解析】因為bt圖線的斜率不變，所以感應電流恒定根據(jù)愣次定律判斷電流方向為順時針故c正確【答案】c3如圖8所示，在x0的區(qū)域內(nèi)存在勻強磁場，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t0時刻起由靜止開始沿x軸正方向做勻加速運動，則線框中的感應電流i(取逆時針方向的電流為正)隨時間t的變化圖線正確的是()圖8【解析】因為線框做勻加速直線運動，所以感應電動勢為eblvblat，因此感應電流大小與時間成正比，由楞次定律可知方向為順時針，故d正確【答案】d4如圖9所示，豎直平面內(nèi)有一金屬圓環(huán)，半徑為a，總電阻為r(指拉直時兩端的電阻)，磁感應