江蘇省蘇州市藍(lán)纓學(xué)校高二物理《電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題》教案

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1、學(xué)案46 電磁感應(yīng)中的電路與圖象問(wèn)題 A．圖①中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定不變 B．圖②中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)一直在變大 C．圖③中，回路在0～t1時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)小于在t1～t2時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) D．圖④中，回路產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)先變小再變大 二、思想方法題組 4．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)，如下圖所示，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(　　) 5．如圖4甲所示，光滑導(dǎo)軌水平放置在斜向下且與水平方向夾角為

2、60°的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示(規(guī)定斜向下為正方向)，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(jì)，導(dǎo)體棒ab在水平外力作用下始終處于靜止?fàn)顟B(tài)．規(guī)定a→b的方向?yàn)殡娏鞯恼较?，水平向右的方向?yàn)橥饬Φ恼较?，則在0～t時(shí)間內(nèi)，能正確反映流過(guò)導(dǎo)體棒ab的電流i和導(dǎo)體棒ab所受水平外力F隨時(shí)間t變化的圖象是(　　) 圖4 一、電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題 1．內(nèi)電路和外電路 (1)切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線圈都相當(dāng)于電源，該部分導(dǎo)體的電阻或線圈的電阻相當(dāng)于電源的內(nèi)阻(r)． (2)除電源外其余部分是外電路． 2．解決

3、與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問(wèn)題的基本方法 (1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律(或右手定則)確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向． (2)畫等效電路圖． (3)運(yùn)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的性質(zhì)、電功率等公式求解． 3．與上述問(wèn)題相關(guān)的幾個(gè)知識(shí)點(diǎn) (1)電源電動(dòng)勢(shì)：E＝n或E＝Blv. (2)閉合電路歐姆定律：I＝. 部分電路歐姆定律：I＝. 電源的內(nèi)電壓：U內(nèi)＝Ir. 電源的路端電壓：U外＝IR＝E－Ir. (3)消耗功率：P外＝IU，P總＝IE. (4)通過(guò)導(dǎo)體的電荷量：q＝IΔt＝n. 【例1】 (2020·廣東單科·18)如圖5(a)所示，水平放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌，間距

4、L＝0.3 m，導(dǎo)軌左端連接R＝0.6 Ω 的電阻．區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面向外、B＝0.6 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)區(qū)域?qū)扗＝0.2 m．細(xì)金屬棒A1和A2用長(zhǎng)為2D＝0.4 m的輕質(zhì)絕緣桿連接，放置在導(dǎo)軌平面上，并與導(dǎo)軌垂直，每根金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻均為r＝0.3 Ω，導(dǎo)軌電阻不計(jì)．使金屬棒以恒定速度v＝1.0 m/s沿導(dǎo)軌向右穿越磁場(chǎng)，計(jì)算從金屬棒A1進(jìn)入磁場(chǎng)(t＝0)到A2離開磁場(chǎng)的時(shí)間內(nèi)，不同時(shí)間段通過(guò)電阻R的電流強(qiáng)度，并在圖1(b)中畫出． 圖5 二、電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題 1．圖象問(wèn)題可以綜合法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律或右手定則、安培定則和左手定則

5、，還有與之相關(guān)的電路知識(shí)和力學(xué)知識(shí)等． 2．對(duì)于圖象問(wèn)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，往往是解題的關(guān)鍵． 3．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(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)畫圖象或判斷圖象． 【例2】 圖6 (2020·山東·22)如圖6所示，兩固定的豎直光滑金屬導(dǎo)軌

6、足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)．兩質(zhì)量、長(zhǎng)度均相同的導(dǎo)體棒c、d，置于邊界水平的勻強(qiáng)磁場(chǎng)上方同一高度h處．磁場(chǎng)寬為3h，方向與導(dǎo)軌平面垂直．先由靜止釋放c，c剛進(jìn)入磁場(chǎng)即勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)再由靜止釋放d，兩導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌始終保持良好接觸．用ac表示c的加速度，Ekd表示d的動(dòng)能，xc、xd分別表示c、d相對(duì)釋放點(diǎn)的位移．下列圖中正確的是(　　) [規(guī)范思維] 　 圖7 【例3】 (2020·上海單科)如圖7所示，一有界區(qū)域內(nèi)，存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B，方向分別垂直于光滑水平桌面向下和向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)寬度均為L(zhǎng).邊長(zhǎng)為L(zhǎng)的正方形線框abcd的bc邊緊靠磁場(chǎng)邊緣置于桌面上．使線框從靜止開始沿

7、x軸正方向勻加速通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域，若以逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)殡娏鞯恼较?，能反映線框中感應(yīng)電流變化規(guī)律的是圖(　　) [規(guī)范思維] 　 【基礎(chǔ)演練】 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8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(　　) 圖8 A．Ua

8、設(shè)垂直于紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)檎?，垂直于紙面向外的磁感?yīng)強(qiáng)度方向?yàn)樨?fù)．線圈中順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流為正，逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流為負(fù)．已知圓形線圈中感應(yīng)電流I隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示，則線圈所處的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖象可能是下圖中哪一個(gè)(　　) 圖9 3．如圖10甲所示，矩形導(dǎo)線框abcd放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在外力控制下靜止不動(dòng)，磁感線方向與線圈平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示．t＝0時(shí)刻，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里．在0～4 s時(shí)間內(nèi)，線框ab邊受安培力隨時(shí)間變化的圖象(力的方向規(guī)定以向左為正方向)可能是下圖中的(　　) 圖10 4．如

9、圖11所示，圓環(huán)a和圓環(huán)b的半徑之比為2∶1，兩環(huán)用同樣粗細(xì)、同種材料制成的導(dǎo)線連成閉合回路，連接兩環(huán)的導(dǎo)線電阻不計(jì)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率恒定．則在a、b環(huán)分別單獨(dú)置于磁場(chǎng)中的兩種情況下，M、N兩點(diǎn)的電勢(shì)差之比為(　　) 圖11 A．4∶1 B．1∶4 C．2∶1 D．1∶2 圖12 5．(2020·山東泰安二模)如圖12所示，邊長(zhǎng)為2l的正方形虛線框內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一個(gè)邊長(zhǎng)為l的正方形導(dǎo)線框所在平面與磁場(chǎng)方向垂直，導(dǎo)線框和虛線框的對(duì)角線重合．從t＝0開始，使導(dǎo)線框從圖示位置開始以恒定速度沿對(duì)角線方向移動(dòng)進(jìn)入磁場(chǎng)，直到整個(gè)導(dǎo)線框離開磁場(chǎng)區(qū)域

10、．用I表示導(dǎo)線框中的感應(yīng)電流，取逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎畡t下列表示I－t關(guān)系的圖線中，可能正確的是(　　) 6．(2020·江蘇·5)如圖13所示，水平面內(nèi)有一平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌光滑且電阻不計(jì)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)與導(dǎo)軌平面垂直．阻值為R的導(dǎo)體棒垂直于導(dǎo)軌靜止放置，且與導(dǎo)軌接觸良好．t＝0時(shí)，將開關(guān)S由1擲到2.q、i、v和a分別表示電容器所帶的電荷量、棒中的電流、棒的速度和加速度．下列圖象正確的是(　　) 圖13 題號(hào) 1 2 3 4 5 6 答案 圖14 7．(2020·四川·24)如圖14所示，間距l(xiāng)＝0.3 m的平行金屬導(dǎo)軌a1b

11、1c1和a2b2c2分別固定在兩個(gè)豎直面內(nèi)．在水平面a1b1b2a2區(qū)域內(nèi)和傾角θ＝37°的斜面c1b1b2c2區(qū)域內(nèi)分別有磁感應(yīng)強(qiáng)度B1＝0.4 T、方向豎直向上和B2＝1 T、方向垂直于斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．電阻R＝0.3 Ω、質(zhì)量m1＝0.1 kg、長(zhǎng)為l的相同導(dǎo)體桿K、S、Q分別放置在導(dǎo)軌上，S桿的兩端固定在b1、b2點(diǎn)，K、Q桿可沿導(dǎo)軌無(wú)摩擦滑動(dòng)且始終接觸良好．一端系于K桿中點(diǎn)的輕繩平行于導(dǎo)軌繞過(guò)輕質(zhì)定滑輪自然下垂，繩上穿有質(zhì)量m2＝0.05 kg的小環(huán)．已知小環(huán)以a＝6 m/s2的加速度沿繩下滑，K桿保持靜止，Q桿在垂直于桿且沿斜面向下的拉力F作用下勻速運(yùn)動(dòng)．不計(jì)導(dǎo)軌電阻和滑輪摩擦，

12、繩不可伸長(zhǎng)．取g＝10 m/s2，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8.求 (1)小環(huán)所受摩擦力的大??； (2)Q桿所受拉力的瞬時(shí)功率． 【能力提升】 8．兩根光滑的長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌MN、M′N′平行放置于同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距為l，電阻不計(jì)，M、M′處接有如圖15所示的電路，電路中各電阻的阻值均為R，電容器的電容為C.長(zhǎng)度也為l、阻值也為R的金屬棒ab垂直于導(dǎo)軌放置，導(dǎo)軌處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．a(chǎn)b在外力作用下向右勻速運(yùn)動(dòng)且與導(dǎo)軌保持良好接觸，在ab運(yùn)動(dòng)距離為x的過(guò)程中，整個(gè)回路中產(chǎn)生的焦耳熱為Q.求： 圖15 (1)a

13、b運(yùn)動(dòng)速度v的大??； (2)電容器所帶的電荷量q. 9．(2020·江蘇省泰州市模擬)如圖16甲所示，質(zhì)量m＝6.0×10－3 kg、邊長(zhǎng)L＝0.20 m、電阻R＝1.0 Ω的正方形單匝金屬線框abcd，置于傾角α＝30°的絕緣斜面上，ab邊沿水平方向，線框的上半部分處在垂直斜面向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t按圖乙所示的規(guī)律周期性變化，若線框在斜面上始終保持靜止，取g＝10 m/s2.試求： (1)在0～2.0 ×10－2 s時(shí)間內(nèi)線框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小； (2)在t＝1.0×10－2 s時(shí)線框受到斜面的摩擦力； (3)一個(gè)周期內(nèi)感應(yīng)電流在線框中產(chǎn)生的平均電功率． 圖16