（通用版）2018-2019版高中物理 第一章 電磁感應(yīng) 微型專題練3 電磁感應(yīng)中的電路及圖像問題學(xué)案 教科版選修3-2

《（通用版）2018-2019版高中物理 第一章 電磁感應(yīng) 微型專題練3 電磁感應(yīng)中的電路及圖像問題學(xué)案 教科版選修3-2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《（通用版）2018-2019版高中物理 第一章 電磁感應(yīng) 微型專題練3 電磁感應(yīng)中的電路及圖像問題學(xué)案 教科版選修3-2（7頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、 微型專題3　電磁感應(yīng)中的電路及圖像問題 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　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.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)中的圖像問題. 一、電磁感應(yīng)中的電路問題 電磁感應(yīng)問題常與電路知識綜合考查，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(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E＝n或E＝BLv確定感應(yīng)電動勢的大小，用楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電流的方向.在等效電源內(nèi)部，電流方向從負(fù)極指向正極. (4)運(yùn)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)

2、電路特點(diǎn)、電功率、電熱等公式聯(lián)立求解. 例1　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，如圖所示，則在移出過程中線框的一邊a、b兩點(diǎn)間電勢差的絕對值最大的是(　　) 答案　B 解析　磁場中切割磁感線的邊相當(dāng)于電源，外電路可看成由三個相同電阻串聯(lián)形成，A、C、D選項(xiàng)中a、b兩點(diǎn)間電勢差的絕對值為外電路中一個電阻兩端的電壓：U＝E＝，B選項(xiàng)中a、b兩點(diǎn)間電勢差的絕對值為路端電壓：U′＝E＝，所以a、b兩點(diǎn)間電勢差的絕對值最大的是B圖. 例2　固定在勻強(qiáng)磁場中的正方形導(dǎo)

3、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(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 答案　　方向由 P到a 解析　PQ在磁場中做切割磁感線運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由于是閉合回路，故電路中有感應(yīng)電流，可將電阻絲PQ視為有內(nèi)阻的電源，電阻絲aP與bP并聯(lián)，且RaP＝R、RbP＝R，于是可畫出如圖所示的等效電路圖. 電源電動勢為E＝BvL，外電阻為 R外＝＝R. 總電阻為

4、R總＝R外＋r＝R＋R，即R總＝R. 電路中的電流為：I＝＝. 通過aP段的電流為：IaP＝I＝，方向由P到a. 1.“電源”的確定方法：“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”，該部分導(dǎo)體(或線圈)的電阻相當(dāng)于“內(nèi)電阻”. 2.電流的流向：在“電源”內(nèi)部電流從負(fù)極流向正極，在“電源”外部電流從正極流向負(fù)極. 二、電磁感應(yīng)中的圖像問題 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像. (2)由給定的圖像分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量. 2.圖像類型 (1)各物理量隨時間t變化的圖像，即B－t圖像、Φ－t圖像、E－t圖像和I－

5、t圖像. (2)導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動時，還涉及感應(yīng)電動勢E和感應(yīng)電流I隨導(dǎo)體位移變化的圖像，即E－x圖像和I－x圖像. 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3　如圖2甲所示，矩形導(dǎo)線框abcd固定在勻強(qiáng)磁場中，磁感線的方向與導(dǎo)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(yīng)強(qiáng)度B隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示，若規(guī)定順時針方向?yàn)楦袘?yīng)電流的正方向，下列各圖中正確的是(　　) 圖2 答案　D 解析　0～1 s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)電動勢E＝恒定，電流i＝恒定

6、，由楞次定律可知，感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r針方向，即負(fù)方向，在i－t圖像上，是一段平行于t軸的直線，且在t軸下方，A、C錯誤；在1～2 s內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B均勻減小，由法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律可知感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r針方向，大小恒定，在i－t圖像上，是一段平行于t軸的直線，且在t軸上方，同理在2～3 s內(nèi)，感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r針方向，大小恒定，在i－t圖像上，是一段平行于t軸的直線，且在t軸上方，B錯誤，故選D. 本類題目線圈面積不變而磁場發(fā)生變化，可根據(jù)E＝nS 判斷E的大小及變化，由楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向，即圖像的“＋”、“－”. 例4　如圖3所示，一底邊長為L，底邊上的高也為L的

7、等腰三角形導(dǎo)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(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙面向里.t＝0時刻，三角形導(dǎo)體線框的底邊剛進(jìn)入磁場，取沿逆時針方向的感應(yīng)電流為正方向，則在三角形導(dǎo)體線框穿過磁場區(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3 答案　A 解析　根據(jù)E＝BL有v，I＝＝可知，三角形導(dǎo)體線框進(jìn)、出磁場時，有效長度L有都變小，則I也變小.再根據(jù)楞次定律及安培定則，可知進(jìn)、出磁場時感應(yīng)電流的方向相反，進(jìn)磁場時感應(yīng)電流方向?yàn)檎较?，出磁場時感應(yīng)電流方向?yàn)樨?fù)方向，故選A. 線框進(jìn)、出勻強(qiáng)磁場，可根據(jù)E＝BLv判斷E的大小變化，再根

8、據(jù)楞次定律判斷方向.特別注意L為切割的有效長度. 1.(電磁感應(yīng)中的電路問題)如圖4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(jìn)入一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的有直線邊界(圖中豎直虛線)的勻強(qiáng)磁場.當(dāng)圓環(huán)運(yùn)動到圖示位置(∠aOb＝90°)時，a、b兩點(diǎn)的電勢差為(　　) 圖4 A.BRv B.BRv C.BRv D.BRv 答案　D 解析　設(shè)整個圓環(huán)的電阻為r，位于題圖所示位置時，電路的外電阻是圓環(huán)總電阻的，即磁場外的部分.而在磁場內(nèi)切割磁感線的有效長度是R，其相當(dāng)于電源，E＝B·R·v，根據(jù)歐姆定律可得U＝E＝BRv，選項(xiàng)D正確. 2.(電磁感應(yīng)中的電路

9、問題)如圖5所示，是兩個相連的金屬圓環(huán)，小金屬圓環(huán)的電阻是大金屬圓環(huán)電阻的二分之一，磁場垂直穿過金屬圓環(huán)所在區(qū)域，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間均勻變化時，在大金屬圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E，則a、b兩點(diǎn)間的電勢差為(　　) 圖5 A.E B.E C.E D.E 答案　B 解析　a、b兩點(diǎn)間的電勢差等于路端電壓，而小金屬圓環(huán)電阻占電路總電阻的，故Uab＝E，B正確. 3.(電磁感應(yīng)中的圖像問題)一矩形線框位于一隨時間t變化的勻強(qiáng)磁場內(nèi)，磁場方向垂直線框所在的平面(紙面)向里，如圖6甲所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示.以i表示線框中的感應(yīng)電流，以圖甲中線框上箭頭所示方向?yàn)殡?/p>

10、流的正方向(即順時針方向?yàn)檎较?，則以下的i－t圖中正確的是(　　) 圖6 答案　C 4.(電磁感應(yīng)中的圖像問題)如圖7所示，兩條平行虛線之間存在勻強(qiáng)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，t＝0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?yàn)楦袘?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7 答案　B 解析　bc邊進(jìn)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，故其圖像在時間軸的上方，所以B正確，D錯誤. 7