【同步】高中物理教科版(2019)選擇性必修2：第2章專題提升5電磁感應(yīng)中的電路電荷量圖像問題課件

第二章專題提升5電磁感應(yīng)中的電路、電荷量、圖像問題重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.學(xué)會(huì)分析電磁感應(yīng)中的電路問題。(科學(xué)思維)2.會(huì)計(jì)算電磁感應(yīng)中流過某一用電器或?qū)w的電荷量。(科學(xué)思維)3.掌握電磁感應(yīng)中各類圖像問題的分析方法,明確圖像的物理意義。(科學(xué)思維)重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究點(diǎn)一電磁感應(yīng)中的電路問題知識歸納1.電磁感應(yīng)中電路知識的關(guān)系圖

2.解決電磁感應(yīng)中的電路問題三步曲——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,如圖所示。在每個(gè)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(

)A.Ua<Ub<Uc<UdB.Ua<Ub<Ud<UcC.Ua=Ub=Uc=UdD.Ub<Ua<Ud<UcB解析

線框進(jìn)入磁場后切割磁感線,a、b產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢是c、d的一半,設(shè)a線框電阻為4r,則b、c、d線框的電阻分別為6r、8r、6r,在線框進(jìn)入磁場的過程中,MN兩端的電壓等于線框回路中的路端電壓,根據(jù)線框長度和電阻的關(guān)系及閉合電路歐姆定律,可知故選B。對點(diǎn)演練1(2023上海建平中學(xué)高二期末)如圖所示,半徑為0.2m粗細(xì)均勻的圓形軌道內(nèi)存在著垂直軌道平面的勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為0.5T,導(dǎo)體棒ab與虛線直徑平行,長度為0.4m,在外力作用下沿軌道平面勻速運(yùn)動(dòng),速度大小為3m/s。已知軌道總電阻為4Ω,導(dǎo)體棒總電阻為2Ω。運(yùn)動(dòng)過程中導(dǎo)體棒與軌道良好接觸,忽略阻力及摩擦,當(dāng)導(dǎo)體棒通過圓心時(shí),a、b兩點(diǎn)的電勢差為(

)

A.0.6V B.0.5VC.0.3V D.0.2VD探究點(diǎn)二電磁感應(yīng)中的電荷量問題知識歸納閉合回路中磁通量發(fā)生變化時(shí),電荷發(fā)生定向移動(dòng)而形成感應(yīng)電流,在Δt時(shí)間內(nèi)遷移的電荷量(1)從上式可知,線圈匝數(shù)一定時(shí),q僅由回路電阻和磁通量的變化量決定,與時(shí)間無關(guān)。(2)求解電路中通過的電荷量時(shí),I、E均為平均值。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)”的儀器測定通過電路的電荷量。如圖所示,探測線圈與沖擊電流計(jì)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。若將線圈放在被測勻強(qiáng)磁場中,開始時(shí)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(jì)測出通過線圈的電荷量為q,由上述數(shù)據(jù)可測出被測磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為(

)B對點(diǎn)演練2(2023山西忻州河曲縣中學(xué)高二開學(xué)考試)如圖甲所示,正方形導(dǎo)線框固定在勻強(qiáng)磁場中,磁感線方向與導(dǎo)線框所在平面垂直,初始時(shí)刻磁場方向垂直紙面向里,且規(guī)定垂直紙面向里為正方向,勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的規(guī)律如圖乙所示,已知導(dǎo)線框的邊長為L,總電阻為R,下列說法正確的是(

)A.t1~t3時(shí)間內(nèi),導(dǎo)線框中電流的方向始終為adcbaB.t1~t3時(shí)間內(nèi),導(dǎo)線框始終有擴(kuò)張的趨勢C.t1~t3時(shí)間內(nèi),ab邊受到的安培力大小為D.t1~t3時(shí)間內(nèi),通過導(dǎo)線框的電荷量為A解析

t1~t3時(shí)間內(nèi),導(dǎo)線框中的磁通量先垂直紙面向里減小,后垂直紙面向外增大,根據(jù)楞次定律可知,導(dǎo)線框先有擴(kuò)張的趨勢,后有縮小的趨勢,結(jié)合安培定則可知,導(dǎo)線框中電流的方向始終為adcba,A正確,B錯(cuò)誤;t1~t3時(shí)間內(nèi),穿過導(dǎo)線框的磁通量變化率不變,即感應(yīng)電流大小不變,由于勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度先變小后變大,因此ab邊受到的安培力先變小后變大,C錯(cuò)誤;t1~t3時(shí)間內(nèi),通過導(dǎo)線框的電荷量q,D錯(cuò)誤。探究點(diǎn)三電磁感應(yīng)中的圖像問題知識歸納1.問題概括

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)對于切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢和感應(yīng)電流的情況,常涉及感應(yīng)電動(dòng)勢E、感應(yīng)電流I隨位移變化的圖像,如E-x圖像、I-x圖像問題類型(1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖像(畫圖像)(2)由給定的有關(guān)圖像分析電磁感應(yīng)過程,求解相應(yīng)的物理量(用圖像)解題方法四個(gè)規(guī)律左手定則、安培定則、右手定則、楞次定律六類公式(1)平均電動(dòng)勢(2)平動(dòng)切割電動(dòng)勢E=Blv(3)轉(zhuǎn)動(dòng)切割電動(dòng)勢E=Bl2ω(4)閉合電路歐姆定律(5)安培力F=BIl(6)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的相關(guān)公式等2.解題步驟(1)明確圖像的種類,是B-t圖像、Φ-t圖像,還是E-t圖像、I-t圖像等。(2)分析電磁感應(yīng)的具體過程。(3)用右手定則或楞次定律確定方向的對應(yīng)關(guān)系。(4)結(jié)合法拉第電磁感應(yīng)定律、閉合電路歐姆定律、牛頓運(yùn)動(dòng)定律等規(guī)律寫出相應(yīng)的函數(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)畫圖像或判斷圖像。特別提示

快速解答圖像問題的兩種方法(1)排除法:根據(jù)選擇題的特點(diǎn),定性地分析電磁感應(yīng)過程中物理量的變化趨勢(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化),特別是物理量的正負(fù),排除錯(cuò)誤的選項(xiàng)。(2)函數(shù)法:根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩處物理量之間的函數(shù)關(guān)系,然后由函數(shù)關(guān)系對圖像作出分析和判斷。應(yīng)用體驗(yàn)【例3】

(2023河北邢臺(tái)期末)如圖所示,有一寬度為2L的有界勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,方向垂直紙面向里。一邊長為L、電阻分布均勻的正方形導(dǎo)體框abcd,以恒定的速度v向左勻速穿過磁場區(qū)域,從導(dǎo)體框ab邊進(jìn)入磁場開始計(jì)時(shí),則a、b兩點(diǎn)的電勢差Uab隨時(shí)間t變化的圖線正確的是(

)B對點(diǎn)演練3兩條相距L的平行虛線間存在一勻強(qiáng)磁場,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B=0.2T,方向與紙面垂直,邊長L=0.1m、總電阻R=0.05Ω的正方形導(dǎo)線框abcd位于紙面內(nèi),cd邊距磁場邊界L,如圖所示,已知導(dǎo)線框一直向右做勻速直線運(yùn)動(dòng),cd邊在t=1s時(shí)刻進(jìn)入磁場,以初始位置為計(jì)時(shí)起點(diǎn),規(guī)定電流沿順時(shí)針方向時(shí)的電動(dòng)勢E為正,磁感線垂直紙面向外時(shí)磁通量Φ為正。則以下關(guān)于線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢E、磁通量Φ、感應(yīng)電流I和安培力F隨時(shí)間變化的圖像正確的是(

)B解析

由題可知,線框速度v=,解得v=0.1

m/s,在0~1

s內(nèi)線框在磁場外,線圈磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流、安培力均為0。在1~2

s內(nèi)線框進(jìn)入磁場,磁通量大小Φ=BLv(t-1

s)=2×10-3×(t-1)

Wb,磁感線垂直紙面向外,則磁通量取正;感應(yīng)電動(dòng)勢E=BLv=2×10-3

V,感應(yīng)電流沿順時(shí)針方向,則電動(dòng)勢取正;感應(yīng)電流I==4×10-2

A,根據(jù)左手定則,線框受到向左的安培力,安培力大小為F=BIL=8×10-4

N。在2~3

s內(nèi)線框開始離開磁場,穿過線框的磁感線仍向外,線框磁通量取正,磁通量大小Φ'=2×10-3

Wb-BLv(t-2

s)=2×10-3×(3-t)

Wb,感應(yīng)電流沿逆時(shí)針方向,則線框電動(dòng)勢取負(fù),但是切割磁感線的速度不變,則大小不變;同樣,感應(yīng)電流大小也不變;安培力仍向左,大小也不變。在3~4

s內(nèi)線框已經(jīng)全部離開磁場,線圈磁通量、感應(yīng)電動(dòng)勢、感應(yīng)電流、安培力均為0。故選B。學(xué)以致用·隨堂檢測全達(dá)標(biāo)12341.(電磁感應(yīng)中的電路、電荷量問題)(多選)(2023吉林一中期末)如圖所示,單匝正方形閉合線圈MNPQ放置在水平面上,空間存在方向豎直向下、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界勻強(qiáng)磁場,磁場兩邊界成θ=45°角。線圈的邊長為L,總電阻為R?，F(xiàn)使線圈以水平向右的速度v勻速進(jìn)入磁場。下列說法正確的是(

)A.當(dāng)線圈中心經(jīng)過磁場邊界時(shí),N、P兩點(diǎn)間的電壓U=BLvB.當(dāng)線圈中心經(jīng)過磁場邊界時(shí),線圈所受安培力C.當(dāng)線圈中心經(jīng)過磁場邊界時(shí),回路的瞬時(shí)電功率D.線圈從開始進(jìn)入磁場到其中心經(jīng)過磁場邊界的過程,通過導(dǎo)線某一橫截面的電荷量BC123412342.(電磁感應(yīng)中的圖像問題)(2023江蘇南通高二期末)如圖所示,等邊三角形金屬框的一個(gè)邊與有界磁場邊界平行,金屬框在外力F作用下以垂直于邊界的速度勻速進(jìn)入磁場,則金屬框進(jìn)入磁場的過程中,金屬框中的感應(yīng)電流i、外力大小F、金屬框中電功率的瞬時(shí)值P、通過金屬框某橫截面的電荷量q與時(shí)間t的關(guān)系可能正確的是(

)C1234123412343.(電磁感應(yīng)中的電路問題)(2023山西忻州高二期末)如圖所示,面積為0.3m2的100匝線圈處在勻強(qiáng)磁場中,磁場方向垂直于線圈平面向里,已知磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大,變化率為

=0.5T/s,定值電阻R1=6Ω,線圈電阻R2=4Ω,求:(1)回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢大小;(2)回路中電流的大小和通過R1的電流方向;(3)a、b兩點(diǎn)間的電勢差。1234答案

(1)15V(2)1.5A方向向上

(3)9V磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻增大,根據(jù)楞次定律可知,通過R1的電流方向向上。(3)a、b兩點(diǎn)間的電勢差為R1兩端電壓,為U=IR1=9

V。12344.(電磁感應(yīng)中的電路、圖像問題)(2023北京101中學(xué)高二期末)如圖甲所示,在一個(gè)正方形金屬線圈區(qū)域內(nèi),存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化的勻強(qiáng)磁場,磁場的方向與線圈平面垂直。金屬線圈所圍的面積S=0.02m2,匝數(shù)n=1000,線圈電阻r=1.0Ω。線圈與電阻R構(gòu)成閉合回路,電阻R=4.0Ω。勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的情況如圖乙所示,求:(1)0~4.0s內(nèi),通過