新教材2023-2024學(xué)年高中物理第2章電磁感應(yīng)專題提升5電磁感應(yīng)中的電路電荷量和圖像問(wèn)題課件新人教版選擇性必修第二冊(cè)

第二章專題提升五電磁感應(yīng)中的電路、電荷量和圖像問(wèn)題重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)一電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題知識(shí)歸納1.電磁感應(yīng)中電路知識(shí)的關(guān)系圖

2.解決電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題三步曲——一“源”二“路”三“式”應(yīng)用體驗(yàn)【例1】

用相同導(dǎo)線繞制的邊長(zhǎng)為l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(

)A.Ua<Ub<Uc<UdB.Ua<Ub<Ud<UcC.Ua=Ub<Uc=UdD.Ub<Ua<Ud<UcB對(duì)點(diǎn)演練1.如圖所示,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(chǎng)中,一長(zhǎng)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)始終保持接觸良好,當(dāng)金屬棒以恒定速度v向右移動(dòng)經(jīng)過(guò)環(huán)心時(shí),求:(1)棒上電流的大小和方向及棒兩端的電壓UMN。(2)電路中消耗的熱功率。解析

(1)等效電路如圖所示

探究點(diǎn)二電磁感應(yīng)中的電荷量問(wèn)題知識(shí)歸納電磁感應(yīng)中的電荷量問(wèn)題

需要的時(shí)間無(wú)關(guān)。1.電源內(nèi)部電流的方向是從負(fù)極流向正極,即從低電勢(shì)流向高電勢(shì)。2.求解電路中通過(guò)的電荷量時(shí),一定要用平均電動(dòng)勢(shì)和平均電流計(jì)算。應(yīng)用體驗(yàn)【例2】

物理實(shí)驗(yàn)中,常用一種叫作“沖擊電流計(jì)”的儀器測(cè)定通過(guò)電路的電荷量。如圖所示,探測(cè)線圈與沖擊電流計(jì)串聯(lián)后可用來(lái)測(cè)定磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。已知線圈的匝數(shù)為n,面積為S,線圈與沖擊電流計(jì)組成的回路電阻為R。若將線圈放在被測(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,開(kāi)始時(shí)線圈平面與磁場(chǎng)垂直,現(xiàn)把探測(cè)線圈翻轉(zhuǎn)90°,沖擊電流計(jì)測(cè)出通過(guò)線圈的電荷量為q,由上述數(shù)據(jù)可測(cè)出被測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為(

)B對(duì)點(diǎn)演練2.一個(gè)阻值為R、匝數(shù)為n的圓形金屬線圈與阻值為2R的電阻R1、電容為C的電容器連接成如圖甲所示的回路。金屬線圈的半徑為r1,在線圈中半徑為r2的圓形區(qū)域內(nèi)存在垂直于線圈平面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線如圖乙所示。圖線與橫、縱軸的截距分別為t0和B0。導(dǎo)線的電阻不計(jì)。求:(1)通過(guò)電阻R1的電流大小和方向;(2)0~t1時(shí)間內(nèi)通過(guò)電阻R1的電荷量q;(3)t1時(shí)刻電容器所帶電荷量Q。根據(jù)楞次定律可知通過(guò)R1的電流方向?yàn)閺腷到a。

探究點(diǎn)三電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題知識(shí)歸納1.問(wèn)題概括

圖像類型(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B、磁通量Φ、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E、感應(yīng)電流I隨時(shí)間變化的圖像,如B-t圖像、Φ-t圖像、E-t圖像、I-t圖像(2)對(duì)于切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流的情況,常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E、感應(yīng)電流I隨位移變化的圖像,如E-x圖像、I-x圖像問(wèn)題類型(1)由給定的電磁感應(yīng)過(guò)程選出或畫(huà)出正確的圖像(畫(huà)圖像)(2)由給定的有關(guān)圖像分析電磁感應(yīng)過(guò)程,求解相應(yīng)的物理量(用圖像)2.解題步驟(1)明確圖像的種類,是B-t圖像還是Φ-t圖像,或者E-t圖像、I-t圖像等。(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(huà)圖像或判斷圖像。應(yīng)用體驗(yàn)【例3】

在豎直方向的磁場(chǎng)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甲所示,磁場(chǎng)向上為正。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B

隨時(shí)間t按圖乙變化時(shí),下列能正確表示導(dǎo)體環(huán)中感應(yīng)電流變化情況的是(

)C況下,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁場(chǎng)的變化率成正比,即與B-t圖像中的斜率成正比,由題圖乙可知0~2

s斜率不變,故形成的感應(yīng)電流不變,根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針即為正值,2~4

s斜率不變,電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針即為負(fù)值,整個(gè)過(guò)程中的斜率大小不變,所以感應(yīng)電流大小不變,故A、B、D錯(cuò)誤,C正確。對(duì)點(diǎn)演練3.如圖甲所示,匝數(shù)n=2的金屬圈(電阻不計(jì))圍成的面積為20cm2,金屬圈與R=20Ω的電阻連接,置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)與金屬圈平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,B-t關(guān)系如圖乙所示,規(guī)定感應(yīng)電流i從a經(jīng)過(guò)R到b的方向?yàn)檎较?則下列i-t關(guān)系圖正確的是(

)D解析

由題圖可知,0~2

s內(nèi),金屬圈中磁通量的變化率相同,故0~2

s內(nèi)電流的方向相同,由楞次定律可知,電路中電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,即電流為正方向;同【例4】

如圖所示,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(chǎng)區(qū)域邊界的方向穿過(guò)長(zhǎng)為2l、寬為l的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。t=0時(shí)刻,三角形導(dǎo)體線框的底邊剛進(jìn)入磁場(chǎng),取沿逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流為正,則在三角形導(dǎo)體線框穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域的過(guò)程中,感應(yīng)電流i隨時(shí)間t變化的圖線可能是(

)A解析

根據(jù)E=Blv,I=,三角形導(dǎo)體線框進(jìn)、出磁場(chǎng)時(shí),有效長(zhǎng)度l都變小。再根據(jù)右手定則,進(jìn)、出磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流方向相反,進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流方向?yàn)檎?出磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流方向?yàn)樨?fù),故選A。對(duì)點(diǎn)演練4.(多選)(2023山東濱州期末)如圖所示,等腰三角形內(nèi)分布有垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),它的底邊在x軸上且長(zhǎng)為2l,高為l。紙面內(nèi)直角邊長(zhǎng)均為l的直角三角形導(dǎo)線框ABC沿x軸正方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)穿過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域,在圖示位置時(shí)導(dǎo)線框的位移x=0。以順時(shí)針?lè)较驗(yàn)閷?dǎo)線框中電流的正方向,下面四幅圖能夠正確表示導(dǎo)線框中的電流跟導(dǎo)線框位移的關(guān)系圖像(i-x圖像)和導(dǎo)線框受到的安培力大小跟導(dǎo)線框位移的關(guān)系圖像(F-x圖像)的是(

)AC解析

在0~2l的過(guò)程中,導(dǎo)線框中磁通量增大,由楞次定律可知,感應(yīng)電流方向是順時(shí)針,為正方向,設(shè)導(dǎo)線框的速度為v,電阻為R;在0~l的過(guò)程中導(dǎo)線框在2l~3l過(guò)程中,導(dǎo)線框中磁通量減小,由楞次定律可知,感應(yīng)電流方向是逆時(shí)針,為負(fù)方向,此過(guò)程中導(dǎo)線框切割磁感線的有效長(zhǎng)度為l3=l-(x-2l)=3l-x,F2max=F1max=F0,當(dāng)x=2l時(shí)F2min=0;在2l~3l過(guò)程中,導(dǎo)線框受到的安培力大小甲

乙丙學(xué)以致用·隨堂檢測(cè)全達(dá)標(biāo)123451.(電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題)(2023湖北十堰調(diào)研)如圖所示,兩光滑導(dǎo)軌水平放置在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一根導(dǎo)軌位于x軸上,另一根導(dǎo)軌由ab、bc、cd三段直導(dǎo)軌組成,其中a點(diǎn)與x軸的坐標(biāo)原點(diǎn)O非常接近,但不接觸,bc段與x軸平行,導(dǎo)軌右端接入一定值電阻R。導(dǎo)軌上一金屬棒沿x軸正方向以速度v0做勻速直線運(yùn)動(dòng),t=0時(shí)刻通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)O,金屬棒始終與x軸垂直。設(shè)金屬棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)電阻的電流為i,金屬棒克服安培力做功的功率為P,導(dǎo)軌均與金屬棒接觸良好,忽略導(dǎo)軌與金屬棒的電阻,下列圖像可能正確的是(

)12345答案

B12345123452.(電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題)(多選)如圖所示,兩根足夠長(zhǎng)的光滑金屬導(dǎo)軌水平平行放置,間距為l=1m,cd間、de間、cf間都接阻值為R=10Ω的電阻。一阻值為R=10Ω的導(dǎo)體棒ab以速度v=4m/s勻速向左運(yùn)動(dòng),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(qiáng)度大小為B=0.5T、方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。下列說(shuō)法中正確的是(

)A.導(dǎo)體棒ab中電流的流向?yàn)橛蒪到aB.cd兩端的電壓為1VC.de兩端的電壓為1VD.fe兩端的電壓為1VBD12345解析

由右手定則可判知A選項(xiàng)錯(cuò);由法拉第電磁感應(yīng)定律得E=Blv=0.5×1×4

V=2

V,則Ucd=E=1

V,B正確;由于de、cf間電阻沒(méi)有電流流過(guò),故Ucf=Ude=0,所以Ufe=Ucd=1

V,C錯(cuò)誤,D正確。123453.(電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題)(多選)空間存在一方向與紙面垂直、大小隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場(chǎng),其邊界如圖甲中虛線MN所示。一硬質(zhì)細(xì)導(dǎo)線的電阻率為ρ、橫截面積為S,將該導(dǎo)線做成半徑為r的圓環(huán)固定在紙面內(nèi),圓心O在MN上。t=0時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向如圖甲所示;磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示。則在t=0到t=t1的時(shí)間間隔內(nèi)(

)A.圓環(huán)所受安培力的方向始終不變B.圓環(huán)中的感應(yīng)電流始終沿順時(shí)針?lè)较駼C12345解析

根據(jù)楞次定律可知,圓環(huán)中的感應(yīng)電流始終沿順時(shí)針?lè)较?B正確。從0到t1,電流方向未變,磁場(chǎng)方向改變,根據(jù)左手定則,安培力方向必定改變,A123454.(電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題)如圖所示,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(chǎng)。當(dāng)圓環(huán)運(yùn)動(dòng)到圖示位置(∠aOb=90°)時(shí),a、b兩點(diǎn)的電勢(shì)差為(

)D12345123455.(電磁感應(yīng)中的電路、電荷量問(wèn)題)假設(shè)某衛(wèi)星艙中有一邊長(zhǎng)為50cm的正方形導(dǎo)線框,在地面人員遙控操作下由水平方向轉(zhuǎn)至豎直方向,此時(shí)地磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度B=4×10-5T,方向如圖所示。(1)該過(guò)程中磁通量的改變量的大小是多少?(2)該過(guò)程線框中有無(wú)感應(yīng)電流?設(shè)線框電阻為R=0.1Ω,若有電流,則通過(guò)線框的電荷量是多少?(sin37°=0.6,cos37°=0.8)12345答案

(1)1.4×10-5Wb(2)有

1.4×10-4C解析

(1)設(shè)線框在