高中物理第2章楞次定律和自感現(xiàn)象習(xí)題課電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用（一）——圖象和電路問(wèn)題學(xué)案.docx

第5講習(xí)題課電磁感應(yīng)的綜合應(yīng)用(一)圖象和電路問(wèn)題目標(biāo)定位1.進(jìn)一步理解公式En與EBlv的區(qū)別和聯(lián)系，能夠應(yīng)用兩個(gè)公式求解感應(yīng)電動(dòng)勢(shì).2.掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電路問(wèn)題的分析方法和解題基本思路.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)中的圖象問(wèn)題1感應(yīng)電流的方向一般是利用楞次定律或右手定則進(jìn)行判斷2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算，公式En.特殊情況下，導(dǎo)體桿切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EBlv.3垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)放置，長(zhǎng)為l的直導(dǎo)線通過(guò)電流為I時(shí)，它所受的安培力FBIl，安培力方向的判斷用左手定則4閉合電路中電源電動(dòng)勢(shì)E、內(nèi)電壓U內(nèi)、外電壓(路端電壓)U外三者之間的關(guān)系為EU內(nèi)U外，其中電源電動(dòng)勢(shì)E的大小等于電源未接入電路時(shí)兩極間的電勢(shì)差.一、電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題電磁感應(yīng)問(wèn)題常與電路知識(shí)綜合考查，解決此類問(wèn)題的基本方法是：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就是電源，其他部分是外電路2畫(huà)等效電路圖，分清內(nèi)、外電路3用法拉第電磁感應(yīng)定律En或EBlv確定電動(dòng)勢(shì)的大小，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)立求解例1固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的正方形導(dǎo)線框abcd，邊長(zhǎng)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忽略的銅線磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里現(xiàn)有一段與ab段的材料、粗細(xì)、長(zhǎng)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(guò)l的距離時(shí)，通過(guò)aP段電阻的電流是多大？方向如何？圖1答案方向由P到a解析PQ右移切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于電源，外電路由Pa與Pb并聯(lián)而成，PQ滑過(guò)時(shí)的等效電路如圖所示PQ切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為EBlv，方向由Q指向P.外電路總電阻為R外R電路總電流為：IaP段電流大小為IaPI，方向由P到a.針對(duì)訓(xùn)練把總電阻為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，如圖2所示，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)始終保持良好的接觸，當(dāng)金屬棒以恒定速度v向右移動(dòng)經(jīng)過(guò)環(huán)心O時(shí)，求：圖2(1)棒上電流的大小和方向及棒兩端的電壓UMN；(2)在圓環(huán)和金屬棒上消耗的總熱功率答案(1)NMBav(2)解析(1)把切割磁感線的金屬棒看成一個(gè)具有內(nèi)阻為R、電源電動(dòng)勢(shì)為E的電源，兩個(gè)半圓環(huán)看成兩個(gè)并聯(lián)電阻，畫(huà)出等效電路如圖所示等效電源電動(dòng)勢(shì)為：EBlv2Bav.外電路的總電阻為：R外R.棒上電流大小為：I.電流方向從N流向M.根據(jù)分壓原理，棒兩端的電壓為：UMNEBav.(2)圓環(huán)和金屬棒上消耗的總熱功率為：PIE.二、電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題綜合了法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小、楞次定律判斷感應(yīng)電流方向、運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)判定運(yùn)動(dòng)時(shí)間以及作圖能力，是對(duì)電磁感應(yīng)知識(shí)的綜合考查1思路導(dǎo)圖2分析方法對(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(2)理解三個(gè)相似關(guān)系及其各自的物理意義：vv，BB，3解決圖象問(wèn)題的一般步驟(1)明確圖象的種類，即是Bt圖象還是t圖象，或者Et圖象、it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4電磁感應(yīng)中圖象類選擇題的兩個(gè)常見(jiàn)解法(1)排除法：定性地分析電磁感應(yīng)過(guò)程中物理量的變化趨勢(shì)(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化)，特別是物理量的正負(fù)，排除錯(cuò)誤的選項(xiàng)例2如圖3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?yàn)榇怪奔埫嫦蚶?，磁感?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，下列各圖中正確的是()圖3答案D解析01s內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B均勻增大，由法拉第電磁感應(yīng)定律可知，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E恒定，電流i恒定；由楞次定律可知，電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?，即?fù)方向，在it圖象上，是一段平行于t軸的直線，且方向?yàn)樨?fù)，可見(jiàn)，A、C不正確；在12s內(nèi)B、D中電流情況相同，在23s內(nèi)，負(fù)向的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增大，由法拉第電磁感應(yīng)定律知，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E恒定，電流i恒定，由楞次定律知，電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，即正方向，在it圖象上，是一段平行于t軸的直線，且方向?yàn)檎?，只有D符合，選D.例3如圖4所示，一個(gè)由導(dǎo)體做成的矩形線圈，以恒定速率v運(yùn)動(dòng)，從無(wú)場(chǎng)區(qū)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)，磁場(chǎng)寬度大于矩形線圈的寬度da，然后出來(lái)，若取逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鳛檎较?，那么下列選項(xiàng)圖中的哪一個(gè)圖能正確地表示回路中的電流與時(shí)間的變化關(guān)系()圖4答案C解析根據(jù)楞次定律，線圈進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程，穿過(guò)線圈向里的磁通量增加，產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流，因?yàn)樗俣群愣ǎ噪娏骱愣?，故A、D錯(cuò)誤；離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)，穿過(guò)線圈向里的磁通量減少，所以產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流，B錯(cuò)誤，故選C.電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題1如圖5所示，是兩個(gè)互連的金屬圓環(huán)，小金屬圓環(huán)的電阻是大金屬圓環(huán)電阻的二分之一，磁場(chǎng)垂直穿過(guò)大金屬圓環(huán)所在區(qū)域當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化時(shí)，在大金屬圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E，則a、b兩點(diǎn)間的電勢(shì)差為()圖5A.EB.EC.EDE答案B解析a、b間的電勢(shì)差等于路端電壓，而小金屬圓環(huán)電阻占電路總電阻的，故UabE，B正確2粗細(xì)均勻的電阻絲圍成的正方形線框置于有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)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(gè)不同方向平移出磁場(chǎng)，如圖所示，則在移出過(guò)程中線框的一邊a、b兩點(diǎn)間電勢(shì)差絕對(duì)值最大的是()答案B解析磁場(chǎng)中切割磁感線的邊相當(dāng)于電源，外電路由三個(gè)相同電阻串聯(lián)形成，A、C、D中a、b兩點(diǎn)間電勢(shì)差為外電路中一個(gè)電阻兩端電壓為：UE，B圖中a、b兩點(diǎn)間電勢(shì)差為路端電壓為：UE，所以a、b兩點(diǎn)間電勢(shì)差絕對(duì)值最大的是圖B.電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題3如圖6所示，在x0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)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的時(shí)刻起由靜止開(kāi)始沿x軸正方向做勻加速運(yùn)動(dòng)，則線框中的感應(yīng)電流I(取逆時(shí)針?lè)较虻碾娏鳛檎?隨時(shí)間t的變化圖線正確的是()圖6答案D解析因?yàn)閷?dǎo)體棒做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，所以感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為EBlvBlat，因此感應(yīng)電流大小