物理選修32人教全程導學筆記課件第四章電磁感應微型專題2

微型專題2

電磁感應中的電路、電荷量及圖象問題第四章

電磁感應[課時要求]1.掌握電磁感應現(xiàn)象中電路問題的分析方法和解題基本思路.2.掌握電磁感應電路中感應電荷量求解的基本思路和方法.3.綜合應用楞次定律和法拉第電磁感應定律解決電磁感應的圖象問題.內(nèi)容索引題型探究重點難點各個擊破達標檢測檢測評價達標過關(guān)題型探究一、電磁感應中的電路問題電磁感應問題常與電路知識綜合考查，解決此類問題的基本方法是：(1)明確哪部分電路或?qū)w產(chǎn)生感應電動勢，該部分電路或?qū)w就相當于電源，其他部分是外電路.(2)畫等效電路圖，分清內(nèi)、外電路.(3)用法拉第電磁感應定律E＝n或E＝Blv確定感應電動勢的大小，用楞次定律或右手定則確定感應電流的方向.在等效電源內(nèi)部，電流方向從負極指向正極.(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.例1固定在勻強磁場中的正方形導線框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.磁感應強度為B，方向垂直紙面向里.現(xiàn)有一段與ab段的材料、粗細、長度均相同的電阻絲PQ架在導線框上(如圖1所示).若PQ以恒定的速度v從ad滑向bc，當其滑過

的距離時，通過aP段的電流是多大？方向如何？解析答案圖1解析PQ在磁場中做切割磁感線運動產(chǎn)生感應電動勢，由于是閉合回路，故電路中有感應電流，可將電阻絲PQ視為有內(nèi)阻的電源，電阻絲aP與bP并聯(lián)，且RaP＝

R、RbP＝

R，于是可畫出如圖所示的等效電路圖.電源電動勢為E＝BLv，方向由P到a.1.“電源”的確定方法：“切割”磁感線的導體(或磁通量發(fā)生變化的線圈)相當于“電源”，該部分導體(或線圈)的電阻相當于“內(nèi)電阻”.2.電流的流向：在“電源”內(nèi)部電流從負極流向正極，在“電源”外部電流從正極流向負極.技巧點撥二、電磁感應中的電荷量問題例2面積S＝0.2m2、n＝100匝的圓形線圈，處在如圖2所示的勻強磁場內(nèi)，磁場方向垂直于線圈平面，磁感應強度B隨時間t變化的規(guī)律是B＝0.02tT，R＝3Ω，C＝30μF，線圈電阻r＝1Ω，求：圖2(1)通過R的電流方向和4s內(nèi)通過導線橫截面的電荷量；解析答案答案方向由b→a

0.4C解析由楞次定律可得線圈中電流的方向為逆時針，通過R的電流方向為b→a，(2)電容器的電荷量.解析答案答案9×10－6CUC＝UR＝IR＝0.1×3V＝0.3V，Q＝CUC＝30×10－6×0.3C＝9×10－6C.1.求解電路中通過的電荷量時，一定要用平均感應電動勢和平均感應電流計算.總結(jié)提升針對訓練如圖3所示，空間存在垂直于紙面的勻強磁場，在半徑為a的圓形區(qū)域內(nèi)部及外部，磁場方向相反，磁感應強度的大小均為B.一半徑為b(b＞a)，電阻為R的圓形導線環(huán)放置在紙面內(nèi)，其圓心與圓形區(qū)域的中心重合.當內(nèi)、外磁場同時由B均勻地減小到零的過程中，通過導線環(huán)橫截面的電荷量為解析答案√圖3解析開始時穿過導線環(huán)向里的磁通量設(shè)為正值，Φ1＝Bπa2，向外的磁通量則為負值，Φ2＝－B·π(b2－a2)，總的磁通量為它們的代數(shù)和(取絕對值)Φ＝B·π|b2－2a2|，末態(tài)總的磁通量為Φ′＝0，1.問題類型(1)由給定的電磁感應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過程，求解相應的物理量.2.圖象類型(1)各物理量隨時間t變化的圖象，即B－t，Φ－t，E－t和I－t圖象.(2)導體切割磁感線運動時，還涉及感應電動勢E和感應電流I隨導體位移變化的圖象，即E－x和I－x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、法拉第電磁感應定律、歐姆定律等.三、電磁感應中的圖象問題例3

(2016·寧波三中期中)在豎直向上的勻強磁場中，水平放置一個不變形的單匝金屬圓線圈，規(guī)定線圈中感應電流的正方向如圖4甲所示，當磁場的磁感應強度B隨時間t按圖乙變化時，圖中能正確表示線圈中感應電動勢E變化的是圖4解析答案√解析由題圖乙知，0～1s內(nèi)磁通量向上均勻增加，根據(jù)楞次定律知，電流方向為正且保持不變；3～5s內(nèi)磁通量向上均勻減少，由楞次定律知，電流方向為負且保持不變.由法拉第電磁感應定律知，感應電動勢的大小與磁通量的變化率成正比，所以3～5s內(nèi)的電動勢是0～1s內(nèi)的電動勢的

，故選項A正確.技巧點撥例4

(2017·慈溪高二期中)如圖5所示，有一等腰直角三角形形狀的導線框abc，在外力作用下勻速地經(jīng)過一個寬為d的有限范圍的勻強磁場區(qū)域，導線框中產(chǎn)生的感應電流i與沿運動方向的位移x之間的函數(shù)圖象是圖中的(規(guī)定逆時針為電流正方向)解析答案圖5√解析開始時導線框進入磁場切割磁感線，根據(jù)右手定則可知，電流方向為逆時針，當導線框開始出磁場時，回路中磁通量減小，產(chǎn)生的感應電流為順時針；不論進入磁場還是出磁場時，由于切割的有效長度變小，導致產(chǎn)生的感應電流大小變小，故B正確，A、C、D錯誤.達標檢測1.(電磁感應中的電路問題)(多選)(2017·慈溪高二上學期期中聯(lián)考)如圖6所示，虛線框內(nèi)是磁感應強度為B的勻強磁場，用同種導線制成的正方形線框abcd的邊長為L(L小于磁場寬度d)，線框平面與磁場方向垂答案解析1234直.導線框以恒定速度v水平向右運動，當ab邊剛進入磁場時，ab兩端的電勢差大小為U1；當cd邊剛進磁場時，ab兩端的電勢差大小為U2，則圖6√√1234解析ab邊進入磁場切割磁感線，產(chǎn)生的感應電動勢E＝BLv，ab兩端的電勢差大小U1＝

E＝

BLv.當cd邊剛進磁場時，回路中無感應電流，則ab兩端的電勢差大小為U2＝BLv.2.(電磁感應中的電荷量問題)如圖7所示，將一半徑為r的金屬圓環(huán)在垂直于環(huán)面的磁感應強度為B的勻強磁場中用力握中間成“8”字形(金屬圓環(huán)未發(fā)生翻轉(zhuǎn))，并使上、下兩圓環(huán)半徑相等.如果環(huán)的電阻為R，則此過程中流過環(huán)的電荷量為答案1234圖7√解析1234解析流過環(huán)的電荷量只與磁通量的變化量和環(huán)的電阻有關(guān)，與時間等其他量無關(guān)，3.(電磁感應中的圖象問題)(2017·余姚中學高二上學期期中)如圖8所示，兩條平行虛線之間存在勻強磁場，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，t＝0時刻，bc邊與磁場區(qū)域左邊界重合.現(xiàn)令線圈以向右1234的恒定速度v沿垂直于磁場區(qū)域邊界的方向穿過磁場區(qū)域，取沿a→b→c→d→a方向的感應電流為正，則在線圈穿越磁場區(qū)域的過程中，感應電流I隨時間t變化的圖線是圖中的圖81234答案解析√1234解析開始時bc邊進入磁場切割磁感線，根據(jù)右手定則可知，電流方向為逆時針，即為負方向，故A、C錯誤；當bc邊開始出磁場時，回路中磁通量減小，產(chǎn)生的感應電流為順時針，方向為正方向，因此D錯誤；電流方向先為逆時針，后為順時針，并都逐漸增大，故B正確.4.(電磁感應