人教物理選修32 第4章 習(xí)題課2　電磁感應(yīng)中的電路及圖象問題 學(xué)案.doc

習(xí)題課2電磁感應(yīng)中的電路及圖象問題學(xué)習(xí)目標(biāo)1.進一步理解公式en與eblv的區(qū)別和聯(lián)系，能夠應(yīng)用兩個公式求解感應(yīng)電動勢.2.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.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)中的圖象問題合 作 探 究攻 重 難電磁感應(yīng)中的電路問題1對電源的理解(1)在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體就是電源如：切割磁感線的導(dǎo)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(yīng)電流和感應(yīng)電動勢的方向，都是利用相當(dāng)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(yīng)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(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線圈，外電路由電阻、電容等電學(xué)元件組成(2)在閉合電路中，相當(dāng)于“電源”的導(dǎo)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(yīng)電動勢3解決電磁感應(yīng)中的電路問題的基本思路(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，其他部分是外電路(2)用法拉第電磁感應(yīng)定律或切割公式確定感應(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(dǎo)軌(金屬導(dǎo)軌電阻忽略不計)，mn、pq相距l(xiāng)50 cm，導(dǎo)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(yīng)強度為b1.0 t的勻強磁場中，磁場方向垂直于整個導(dǎo)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(dǎo)體棒ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢e和ab棒上的感應(yīng)電流方向；(2)導(dǎo)體棒ab兩端的電壓uab.圖1【解析】(1)導(dǎo)體棒ab產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢eblv2.5 v由右手定則知，ab棒上的感應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)線和定值電阻構(gòu)成，導(dǎo)體棒運動過程中外電阻不變，若外電路由考慮電阻的導(dǎo)線組成，導(dǎo)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(yīng)過程中的電路問題時，需特別關(guān)注電動勢及內(nèi)、外電阻是否變化針對訓(xùn)練1(多選)如圖2所示，兩根足夠長的光滑金屬導(dǎo)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(dǎo)體棒ab以速度v4 m/s勻速向左運動，導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好，導(dǎo)軌所在平面存在磁感應(yīng)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(dǎo)學(xué)號：57272038】a導(dǎo)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(dǎo)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(yīng)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(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)強度變化時，用楞次定律確定感應(yīng)電流的方向，用en確定感應(yīng)電動勢大小的變化(2)若磁場不變，導(dǎo)體切割磁感線，用右手定則判斷感應(yīng)電流的方向，用eblv確定感應(yīng)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(guān)函數(shù)關(guān)系式如圖3甲所示，矩形導(dǎo)線框abcd固定在勻強磁場中，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(yīng)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(yīng)強度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；由楞次定律可知，電流方向為逆時針方向，即負(fù)方向，在it圖象上，是一段平行于t軸的直線，且方向為負(fù)，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(yīng)強度均勻增大，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(yīng)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(yīng)電流或其所受的安培力隨時間變化的圖象是()【導(dǎo)學(xué)號：57272039】圖4【解析】由楞次定律可知，當(dāng)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(dāng)矩形閉合線圈進入磁場時，由法拉第電磁感應(yīng)定律判斷，感應(yīng)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(guān)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(yīng)電流方向的關(guān)系針對訓(xùn)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(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的勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里t0時刻，三角形導(dǎo)體線框的底邊剛進入磁場，取沿逆時針方向的感應(yīng)電流為正，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5【解析】根據(jù)eblv，i，三角形導(dǎo)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(yīng)電流方向相反，進磁場時感應(yīng)電流方向為正，出磁場時感應(yīng)電流方向為負(fù)，故選a.【答案】a當(dāng) 堂 達 標(biāo)固 雙 基1如圖6所示，ab、cd為兩根相距為l的平行直導(dǎo)軌，b、d間連有一固定電阻r，導(dǎo)軌電阻可以忽略不計mn為放在ab和cd上的一導(dǎo)體桿，與導(dǎo)軌垂直，其電阻也為r，整個裝置處于勻強磁場中，磁感應(yīng)強度的大小為b，磁場方向垂直于導(dǎo)軌所在平面(指向圖中紙面內(nèi))現(xiàn)對mn施力使它沿導(dǎo)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(yīng)電流由b到dbublv，流過固定電阻r的感應(yīng)電流由d到bcublv，流過固定電阻r的感應(yīng)電流由b到ddublv，流過固定電阻r的感應(yīng)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(yīng)電流由b到d，mn的感應(yīng)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(yīng)強度隨時間變化的關(guān)系圖線如圖乙所示，則在02 s內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的大小和方向為()【導(dǎo)學(xué)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(yīng)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(yīng)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(yīng)電動勢為eblvblat，因此感應(yīng)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(yīng)