2019_20學(xué)年高中物理第一章電磁感應(yīng)第五節(jié)課時(shí)2電磁感應(yīng)中的電路問題和圖象問課件粵教版.pptx

第一章 第五節(jié) 電磁感應(yīng)規(guī)律的應(yīng)用,課時(shí)2 電磁感應(yīng)中的電路問題和圖象問題,學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求,物理觀念： 進(jìn)一步熟練掌握法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律、閉合電路歐姆定律. 科學(xué)思維： 1.掌握分析電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電路問題的基本思路和方法，建立解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電路問題的思維模型. 2.將抽象思維與形象思維相結(jié)合，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.,NEIRONGSUOYIN,內(nèi)容索引,重點(diǎn)探究,達(dá)標(biāo)檢測,課時(shí)對點(diǎn)練,啟迪思維 探究重點(diǎn),檢測評價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān),注重雙基 強(qiáng)化落實(shí),重點(diǎn)探究,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 或EBlv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.注意在等效電源內(nèi)部，電流方向從負(fù)極流向正極. 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.,一、電磁感應(yīng)中的電路問題,例1 固定在勻強(qiáng)磁場中的正方形導(dǎo)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(shí)， 通過aP段的電流是多大？方向如何？,圖1,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)，,學(xué)科素養(yǎng) 例1考查了電磁感應(yīng)中的電路問題.正確畫出等效電路圖是解題的關(guān)鍵，所以要熟記以下兩點(diǎn)：(1)“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”.(2)在“電源”內(nèi)部電流從負(fù)極流向正極，解決本題的思路：先確定“電源”，畫出等效電路圖，再利用閉合電路歐姆定律來計(jì)算總電流，然后根據(jù)電路的串、并聯(lián)關(guān)系求出aP段中的電流，通過這樣的分析培養(yǎng)了學(xué)生的綜合分析能力，很好地體現(xiàn)了“科學(xué)思維”的學(xué)科素養(yǎng).,針對訓(xùn)練 如圖所示為用相同導(dǎo)線制成的邊長為L或2L的4個(gè)單匝閉合線框，以相同的速度先后沿垂直于磁場邊界的方向穿過正方形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向外，區(qū)域?qū)挾却笥?L，則進(jìn)入磁場過程中，感應(yīng)電流最大的回路是,解析 線框進(jìn)入磁場過程中，做切割磁感線運(yùn)動，設(shè)切割磁感線的有效長度為d，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢EBdv，,二、電磁感應(yīng)中的圖象問題,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象. (2)由給定的圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量. 2.圖象類型 (1)各物理量隨時(shí)間t變化的圖象，即Bt圖象、t圖象、Et圖象和It圖象. (2)導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動時(shí)，還涉及感應(yīng)電動勢E和感應(yīng)電流I隨導(dǎo)體位移變化的圖象，即Ex圖象和Ix圖象. 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2 (2018北京101中學(xué)高二下學(xué)期期中)如圖2甲所示，矩形線圈abcd位于勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直線圈所在平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示.以圖中箭頭所示方向?yàn)榫€圈中感應(yīng)電流i的正方向，以垂直于線圈所在平面向里為磁感應(yīng)強(qiáng)度B的正方向，則下列圖中能正確表示線圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化規(guī)律的是,圖2,再由Bt圖象可知，01 s時(shí)間內(nèi)，B增大，增大，感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相反(感應(yīng)電流的磁場方向向外)，由楞次定律知，感應(yīng)電流是逆時(shí)針的，因而是負(fù)值. 所以可判斷01 s為負(fù)的恒值；12 s為零；23 s為正的恒值，C正確.,例3 如圖3所示，一底邊長為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(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙面向里.t0時(shí)刻，三角形導(dǎo)體線框的底邊剛進(jìn)入磁場，取沿逆時(shí)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(shí)間t變化的圖線可能是,圖3,再根據(jù)楞次定律及安培定則，可知進(jìn)、出磁場時(shí)感應(yīng)電流的方向相反，進(jìn)磁場時(shí)感應(yīng)電流方向?yàn)檎较?，出磁場時(shí)感應(yīng)電流方向?yàn)樨?fù)方向，故選A.,提示 線框進(jìn)、出勻強(qiáng)磁場，可根據(jù)EBLv判斷E的大小變化，再根據(jù)楞次定律判斷方向.特別注意L為切割磁感線的有效長度.,達(dá)標(biāo)檢測,1.(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(gè)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,1,2,3,4,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(gè)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(gè)電阻兩 端的電壓：,1,2,3,4,2.(電磁感應(yīng)中的圖象問題)在豎直方向的勻強(qiáng)磁場中，水平放置一個(gè)面積不變的單匝金屬線圈，規(guī)定線圈中感應(yīng)電流的正方向如圖4甲所示，取線圈中磁場B的方向向上為正方向，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化如圖乙所示，以下四圖中正確表示線圈中感應(yīng)電流變化的是,圖4,1,2,3,4,解析 在前半個(gè)周期內(nèi)，磁場方向向上且逐漸減小，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向?yàn)樨?fù)方向； 后半個(gè)周期內(nèi)磁場方向向下且增大，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向?yàn)樨?fù)方向，且后半個(gè)周期內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率為前半個(gè)周期內(nèi)的兩倍，故電流也為前半個(gè)周期的兩倍，選項(xiàng)A正確.,1,2,3,4,3.(電磁感應(yīng)中的圖象問題)如圖5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，t0時(shí)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(shí)間t變化的圖線可能是,圖5,1,2,3,4,解析 bc邊進(jìn)入磁場時(shí)，根據(jù)右手定則判斷出其感應(yīng)電流的方向是沿adcba方向，其方向與電流的正方向相反，故是負(fù)的，所以A、C錯(cuò)誤； 當(dāng)線圈逐漸向右移動時(shí)，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(shí)，線圈中的感應(yīng)電流方向變?yōu)閍bcda，是正方向，故其圖象在時(shí)間軸的上方，所以B正確，D錯(cuò)誤.,1,2,3,4,4.(電磁感應(yīng)中的電路問題)(2018海安高級中學(xué)第一學(xué)期期中)如圖6所示，在垂直紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界矩形勻強(qiáng)磁場區(qū)域內(nèi)，有一個(gè)由均勻?qū)Ь€制成的單匝矩形線框abcd，線框平面垂直于磁感線.線框以恒定的速度v垂直磁場邊界向左運(yùn)動，運(yùn)動中線框dc邊始終與磁場右邊界平行，線框邊長adl，cd2l，線框?qū)Ь€的總電阻為R，則線框離開磁場的過程中，求：,圖6,(1)流過線框橫截面的電荷量q；,1,2,3,4,解析 線框離開磁場過程中，cd邊切割磁感線EB2lv，,1,2,3,4,(2)cd兩點(diǎn)間的電勢差Ucd.,解析 線框向左離開磁場，cd邊相當(dāng)于電源，可判定c點(diǎn)為電源正極，,1,2,3,4,課時(shí)對點(diǎn)練,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,一、選擇題 考點(diǎn)一 電磁感應(yīng)中的電路問題 1.如圖1所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，ef長為l，ef的電阻為r，外電阻為R，其余電阻不計(jì).當(dāng)ef在外力作用下向右以速度v勻速運(yùn)動時(shí)，則ef兩端的電壓為,圖1,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,2.如圖2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(aOb90)時(shí)，a、b兩點(diǎn)的電勢差為,圖2,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,A.Uab0.1 V B.Uab0.1 V C.Uab0.2 V D.Uab0.2 V,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,3.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紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，如圖3所示.當(dāng)磁場以10 T/s的變化率增強(qiáng)時(shí)，線框上a、b兩點(diǎn)間的電勢差是,圖3,13,解析 穿過正方形線框左半部分的磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而在線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流，把左半部分線框看成電源，設(shè)其電動勢為E，正方形線框的總電阻為r，,由楞次定律和安培定則可判定a點(diǎn)電勢低于b點(diǎn)電勢，故Uab0.1 V，即B選項(xiàng)正確.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,4.如圖4所示，豎直平面內(nèi)有一金屬圓環(huán)，半徑為a，總電阻為R(指剪開拉直時(shí)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.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(shí)，B點(diǎn)的線速度為v，則這時(shí)AB兩端的電壓大小為,圖4,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,5.(多選)(2018陽泉市第十一中學(xué)高二下學(xué)期月考)在如圖5甲所示的電路中，螺線管匝數(shù)n1 500匝，橫截面積S20 cm2.螺線管導(dǎo)線電阻r1.0 ，R14.0 ，R25.0 ，C30 F.在一段時(shí)間內(nèi)，穿過螺線管的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B按如圖乙所示的規(guī)律變化，螺線管內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向向下為正方向.則下列說法中正確的是,A.螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為1 V B.閉合S，電路中的電流穩(wěn)定后，電阻R1的 電功率為5102 W C.電路中的電流穩(wěn)定后電容器下極板帶正電 D.S斷開后，流經(jīng)R2的電荷量為1.8105 C,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,圖5,13,根據(jù)楞次定律，螺線管感應(yīng)電動勢沿逆時(shí)針方向，即等效電源為上負(fù)下正，所以電路中電流穩(wěn)定后電容器下極板帶正電，C正確； S斷開后，流經(jīng)R2的電荷量即為S閉合時(shí)電容器所帶電荷量Q，電容器兩端的電壓等于R2兩端電壓，故UIR20.6 V，流經(jīng)R2的電荷量QCU1.8105 C，D正確.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,考點(diǎn)二 電磁感應(yīng)中的圖象問題 6.(2018邵陽市第二中學(xué)高二下學(xué)期月考)如圖6甲所示，一根電阻R4 的導(dǎo)線繞成半徑d2 m的圓，在圓內(nèi)部分區(qū)域存在變化的勻強(qiáng)磁場，中間S形虛線是兩個(gè)直徑均為d的半圓，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化如圖乙所示(磁場垂直于紙面向外為正，電流逆時(shí)針方向?yàn)檎?，關(guān)于圓環(huán)中的感應(yīng)電流時(shí)間圖象，下列選項(xiàng)中正確的是,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,圖6,13,由楞次定律知，感應(yīng)電流為順時(shí)針方向，為負(fù)值，故C正確，A、B、D錯(cuò)誤.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,7.(2017揚(yáng)州、泰州、南通、淮安、宿遷、徐州六市3月聯(lián)考)如圖7所示，閉合導(dǎo)線框勻速穿過垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場區(qū)域?qū)挾却笥诰€框尺寸，規(guī)定線框中逆時(shí)針方向的電流為正，則線框中電流i隨時(shí)間t變化的圖象可能正確的是,圖7,13,8.(2018東江高級中學(xué)高二第二學(xué)期月考)如圖8所示，一個(gè)有矩形邊界的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向里.一個(gè)三角形閉合導(dǎo)線框，由位置1(左)沿紙面勻速運(yùn)動到位置2(右).取線框剛到達(dá)磁場的時(shí)刻為計(jì)時(shí)起點(diǎn)(t0)，規(guī)定逆時(shí)針方向?yàn)殡娏鞯恼较颍瑒t下圖中能正確反映線框中電流與時(shí)間關(guān)系的是(線框底邊長度小于磁場區(qū)域?qū)挾?,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,圖8,13,解析 線框進(jìn)入磁場的過程，磁通量向里增加，根據(jù)楞次定律得知感應(yīng)電流的磁場向外，由安培定則可知感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，電流i應(yīng)為正值，故B、C錯(cuò)誤； 線框進(jìn)入磁場的過程，線框的有效切割長度先均勻增大后均勻減小，由EBLv可知感應(yīng)電動勢先均勻增大后均勻減??；線框完全進(jìn)入磁場的過程，磁通量不變，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生.線框穿出磁場的過程，磁通量向里減小，根據(jù)楞次定律得知感應(yīng)電流的磁場向里，由安培定則可知感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針，電流i應(yīng)為負(fù)值；線框的有效切割長度先均勻增大后均勻減小，由EBLv可知感應(yīng)電動勢先均勻增大后均勻減小，故A正確，D錯(cuò)誤.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,9.如圖9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(gè)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T，t0時(shí)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(shí)針方向?yàn)檎?,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,圖9,13,解析 在本題中由于扇形導(dǎo)線框勻速轉(zhuǎn)動，因此導(dǎo)線框進(jìn)入磁場的過程中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是恒定的. 注意線框在進(jìn)入磁場和離開磁場時(shí)，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，當(dāng)完全進(jìn)入時(shí)，由于磁通量不變，故無感應(yīng)電流產(chǎn)生. 由右手定則可判斷導(dǎo)線框進(jìn)入磁場時(shí)，電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，故A正確.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,10.如圖10所示，在空間中存在兩個(gè)相鄰的、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反的有界勻強(qiáng)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，能正確反映線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流或其所受的外力隨時(shí)間變化的圖象是,圖10,13,解析 當(dāng)矩形閉合線圈進(jìn)入磁場時(shí)，由法拉第電磁感應(yīng)定律判斷，當(dāng)線圈處在兩個(gè)磁場中時(shí)，兩個(gè)邊切割磁感線，此過程中感應(yīng)電流的大小是最大的，所以選項(xiàng)A、B是錯(cuò)誤的. 由楞次定律可知，當(dāng)矩形閉合線圈進(jìn)入磁場和離開磁場時(shí)，磁場力總是阻礙線圈的運(yùn)動，方向始終向左，所以外力F始終水平向右.安培力的大小不同，線圈處在兩個(gè)磁場中時(shí)安培力最大.故選項(xiàng)D是正確的，選項(xiàng)C是錯(cuò)誤的.,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,11.如圖11甲所示，矩形導(dǎo)線框abcd放在勻強(qiáng)磁場中靜止不動，磁場方向與線框平面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的圖象如圖乙所示.設(shè)t0時(shí)刻，磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向垂直紙面向里，則在04 s時(shí)間內(nèi)，選項(xiàng)圖中能正確反映線框ab邊所受的安