2022年高中物理 學(xué)案10 習(xí)題課:電磁感應(yīng)中的電路、電量及圖象問題學(xué)案新人教版選修3-2

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1、2022年高中物理 學(xué)案10 習(xí)題課:電磁感應(yīng)中的電路、電量及圖象問題學(xué)案新人教版選修3-2 【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.掌握電磁感應(yīng)電路中感應(yīng)電荷量求解的基本思路和方法. 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)中的圖象問題. 一、電磁感應(yīng)中的電路問題 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢.若回路閉合,則產(chǎn)生感應(yīng)電流,所以電磁感應(yīng)問題常與電路知識綜合考查. 解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問題的基本方法是: (1)明確哪部分導(dǎo)體或電路產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,該導(dǎo)體或電路就是電源,其他部分是外

2、電路. (2)畫等效電路圖.分清內(nèi)外電路,畫出等效電路圖是解決此類問題的關(guān)鍵. (3)感應(yīng)電動勢的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律E=n或E=Blv確定,感應(yīng)電動勢的方向由楞次定律或右手定則確定,在等效電源內(nèi)部從負(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 用相同導(dǎo)線繞制的邊長為L或2L的四個閉合導(dǎo)線框,以相同的速度勻速進(jìn)入右側(cè)勻強(qiáng)磁場,如圖1所示.在每個線框進(jìn)入磁場的過程中,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( ) 圖1 A.Ua

3、Ub

4、過閉合電路某截面的電荷量q=Δt,而==n,則q=n,所以q只和線圈匝數(shù)、磁通量的變化量及總電阻有關(guān),與完成該過程需要的時間無關(guān). 注意: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. 例3 如圖3所示,將一半徑為r的金屬圓環(huán)在垂直于環(huán)面的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中用力握中間成“8”字型,并使上、下兩圓半徑相等.如果環(huán)的電阻為R,則此過程中流過環(huán)的電荷量為( ) 圖3 A. B. C.0 D. 三、電磁感應(yīng)中的圖象問題 1.對于圖象問題,搞清物理量之間的函數(shù)關(guān)系、變化范圍、初始條件、斜率的物理意義等,往往是解題

5、的關(guān)鍵. 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Φ-t圖象,或者E-t圖象、I-t圖象等. (2)分析電磁感應(yīng)的具體過程. (3)確定感應(yīng)電動勢(或感應(yīng)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(yīng)強(qiáng)度變化時,用楞次定律確定感應(yīng)電流的方向,用E=n確定感應(yīng)電動勢大小的變化. ②若磁場不變,導(dǎo)體桿切割磁感線,用右手定則判斷感應(yīng)電流的方向,用E=Blv確定感應(yīng)電動勢大小的變化. (4)涉及受力問題,可由安培力公式F=BIL和牛頓運(yùn)動定律等規(guī)律寫出有關(guān)函數(shù)關(guān)系式. (5)畫圖象或判斷圖象.特別注意分析斜率的變化、截距等. 例4 在豎直方向

6、的勻強(qiáng)磁場中,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4甲所示,磁場向上為正.當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t按圖乙變化時,下列能正確表示導(dǎo)體環(huán)中感應(yīng)電流變化情況的是 ( ) 圖4 例5 如圖5所示,一個由導(dǎo)體做成的矩形線圈,以恒定速率v運(yùn)動,從無場區(qū)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū),磁場寬度大于矩形線圈的寬度da,然后出來,若取逆時針方向的電流為正方向,那么下列圖中的哪一個圖能正確地表示回路中的電流與時間的函數(shù)關(guān)系( ) 圖5 1.(電磁感應(yīng)中的電路問題)用均勻?qū)Ь€做成的正方形線框邊長為0.2 m,正方形的一半放在垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中,如圖6所示,當(dāng)磁場以10 T/s的變

7、化率增強(qiáng)時,線框中a、b兩點(diǎn)間的電勢差是 ( ) 圖6 A.Uab=0.1 V B.Uab=-0.1 V C.Uab=0.2 V D.Uab=-0.2 V 2.(電磁感應(yīng)中的電路問題)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一邊a、b兩點(diǎn)間的電勢差絕對值最大的是( ) 3.(電磁感應(yīng)中的電量問題)如圖7所示是測量通電螺線管內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度的一種裝置:把一個很小的測量線圈放在待測處(測量線圈平面與螺線管軸線垂直),將線

8、圈與可以測量電荷量的沖擊電流計G串聯(lián),當(dāng)將雙刀雙擲開關(guān)K由位置1撥到位置2時,測得通過測量線圈的電荷量為q.已知測量線圈的匝數(shù)為N,橫截面積為S,測量線圈和G串聯(lián)回路的總電阻為R.下列判斷正確的是( ) 圖7 A.在此過程中,穿過測量線圈的磁通量的變化量ΔΦ=qR B.在此過程中,穿過測量線圈的磁通量的變化量ΔΦ= C.待測處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B= D.待測處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B= 4.(電磁感應(yīng)中的圖象問題)如圖8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

9、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方向為感應(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8 題組一 電磁感應(yīng)中的電量問題 1.如圖1所示,將直徑為d、電阻為R的閉合金屬圓環(huán)從磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中拉出,這一過程中通過金屬圓環(huán)某一截面的電荷量為 ( ) 圖1 A. B. C. D. 2.在物理實驗中,常用一種叫做“沖擊電流計”的儀器測定通過電路的電量.如圖2所示,探測線圈與沖擊電流計串聯(lián)后可用來測定磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度.已知線圈的匝數(shù)為n,面積

10、為S,線圈與沖擊電流計組成的回路電阻為R.若將線圈放在被測量的勻強(qiáng)磁場中,開始線圈平面與磁場垂直,現(xiàn)把探測線圈翻轉(zhuǎn)90°,沖擊電流計測出通過線圈的電量為q,由上述數(shù)據(jù)可測出被測量磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 ( ) 圖2 A. B. C. D. 題組二 電磁感應(yīng)中的圖象問題 3.如圖3甲所示,光滑導(dǎo)軌水平放置在豎直方向的勻強(qiáng)磁場中,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間的變化規(guī)律如圖乙所示(規(guī)定向下為正方向),導(dǎo)體棒ab垂直導(dǎo)軌放置,除電阻R的阻值外,其余電阻不計,導(dǎo)體棒ab在水平外力F的作用下始終處于靜止?fàn)顟B(tài).規(guī)定a→b的方向為電流的正方向,水平向右的方向為外力的正方向,則在0~2t0時間內(nèi),能

11、正確反映流過導(dǎo)體棒ab的電流與時間或外力與時間關(guān)系的圖線是 ( ) 圖3 4.如圖4所示的區(qū)域內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一個電阻為R、半徑為L、圓心角為45°的扇形閉合導(dǎo)線框繞垂直于紙面的O軸勻速轉(zhuǎn)動(O軸位于磁場邊界),周期為T0.t=0時刻,線框置于如圖所示位置,則線框內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的圖象為(規(guī)定電流順時針方向為正) ( ) 圖4 5.如圖5所示,寬度為d的有界勻強(qiáng)磁場,方向垂直于紙面向里.在紙面所在平面內(nèi)有一對角線長也為d的正方形閉合線圈ABCD,沿AC方向垂直磁場邊界勻速穿過該磁場區(qū)域.規(guī)定逆時針方向為感應(yīng)電流的正方向,t=0時C點(diǎn)恰好進(jìn)入磁場

12、,則從C點(diǎn)進(jìn)入磁場開始到A點(diǎn)離開磁場為止,閉合線圈中感應(yīng)電流隨時間的變化圖象正確的是( ) 圖5 6.如圖6所示,在0≤x≤2L的區(qū)域內(nèi)存在著勻強(qiáng)磁場,磁場方向垂直于xy坐標(biāo)系平面(紙面)向里.具有一定電阻的矩形線框abcd位于xy坐標(biāo)系平面內(nèi),線框的ab邊與y軸重合,bc邊長為L.設(shè)線框從t=0時刻起在外力作用下由靜止開始沿x軸正方向做勻加速運(yùn)動,則線框中的感應(yīng)電流i(取逆時針方向的電流為正)隨時間t變化的函數(shù)圖象可能是圖中的 ( ) 圖6 7.在豎直向上的勻強(qiáng)磁場中,水平放置一個不變形的單匝金屬圓線圈,規(guī)定線圈中感應(yīng)電流的正方向如圖7甲所示,當(dāng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時間t

13、如圖乙變化時,圖中正確表示線圈中感應(yīng)電動勢E變化的是 ( ) 圖7 題組三 電磁感應(yīng)中的電路問題 8.如圖8所示,用粗細(xì)相同的銅絲做成邊長分別為L和2L的兩只閉合正方形線框a和b,以相同的速度從磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場區(qū)域中勻速地拉到磁場外,不考慮線框的重力,若閉合線框的電流分別為Ia、Ib,則Ia∶Ib為 ( ) 圖8 A.1∶4 B.1∶2 C.1∶1 D.不能確定 9.如圖9所示,兩個相同導(dǎo)線制成的開口圓環(huán),大環(huán)半徑為小環(huán)半徑的2倍,現(xiàn)用電阻不計的導(dǎo)線將兩環(huán)連接在一起,若將大環(huán)放入一均勻變化的磁場中,小環(huán)處在磁場外,a、b兩點(diǎn)間電壓為U1,若將小環(huán)放入這個磁場中

14、,大環(huán)在磁場外,a、b兩點(diǎn)間電壓為U2,則 ( ) 圖9 A.=1 B.=2 C. =4 D.= 10.如圖10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(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場垂直穿過環(huán)平面,與環(huán)的最高點(diǎn)A用鉸鏈連接長度為2a、電阻為的導(dǎo)體棒AB,AB由水平位置緊貼環(huán)面擺下,當(dāng)擺到豎直位置時,B點(diǎn)的線速度為v,則這時AB兩端的電壓大小為( ) 圖10 A. B. C. D.Bav 11.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)磁場中,如圖11所示,一長度為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向右移動經(jīng)過環(huán)心O時,求: 圖11 (1)棒上電流的大小和方向及棒兩端的電壓UMN; (2)圓環(huán)消耗的熱功率和在圓環(huán)及金屬棒上消耗的總熱功率.

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