版选修3_2.pptx

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1、习题课:电磁感应中的电路和图象问题,探究一,探究二,探究三,电磁感应中的电路 问题探究 用均匀导线做成的正方形线圈边长为l,正方形的一半放在垂直于纸面向里的匀强磁场中,如图所示,当磁场以 的变化率增强时,思考下列问题:(1)感应电流的方向是逆时针还是顺时针? (2)感应电动势多大?整个闭合回路中哪部分电路是电源?哪部分是外电路? (3)A、B两点哪点电势高?两点间的电势差为多大?,探究一,探究二,探究三,要点提示:(1)根据楞次定律可知感应电流的方向沿逆时针。(2),探究一,探究二,探究三,知识归纳 解决电磁感应中电路问题的基本方法 闭合电路中磁通量发生变化或有部分导体在做切割磁感线运动,在回

2、路中将产生感应电动势,回路中将有感应电流。从而涉及电流、电压、电功等计算。同时也可包含电磁感应与力学问题、电磁感应与能量的综合分析。 (1)明确哪部分电路或导体产生感应电动势,该电路或导体就相当于电源,其他部分是外电路。 (2)画等效电路图,分清内、外电路。,大小,用楞次定律或右手定则确定感应电流的方向。在等效电源内部,方向从负极指向正极。,探究一,探究二,探究三,(4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立求解。解决电磁感应中的电路问题“三步曲”:第一步,确定电源;第二步,画等效电路图;第三步,利用电路规律求解。,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例题1】 用相同导线

3、绕制的边长为L或2L的四个闭合导线框,以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场,如图所示。在每个线框进入磁场的过程中,M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud。下列判断正确的是( )A.UaUbUcUd B.UaUbUdUc C.Ua=UbUc=Ud D.UbUaUdUc,故选B。,探究一,探究二,探究三,答案:B1.判断感应电流和感应电动势的方向,都是利用“相当于电源”的部分根据右手定则或楞次定律判定的。实际问题中应注意外电路电流由高电势流向低电势,而内电路则相反。 2.在闭合电路中,“相当于电源”的导体两端的电压与真实的电源两端的电压一样,等于路端电压,而不等于感应电动势。,探究一,探究二,

4、探究三,变式训练1如图所示,把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环,水平固定在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,一长度为2a,电阻等于R,粗细均匀的金属棒MN放在圆环上,它与圆环始终保持良好接触,当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心时,求:(1)棒上电流的大小和方向及棒两端的电压UMN。 (2)电路中消耗的热功率。,探究一,探究二,探究三,解析:(1)等效电路如图所示,探究一,探究二,探究三,电磁感应中的电荷量问题 问题探究 如图所示,水平金属导轨AC、BD长x、两轨宽L,金属棒置于导轨上,与导轨接触良好,导轨A、B端接有电阻R,其余电阻不计,磁感应强度为B的匀强磁场与导轨平面垂

5、直。,(1)当金属棒以速度v匀速从AB端运动到CD端的过程中,流过电阻R的电荷量为多少? (2)第(1)问中,若金属棒从静止开始匀加速向右运动距离x呢? (3)若金属棒固定于CD端,当磁感应强度以 的变化率从零均匀增大到B的过程中,流过电阻R的电荷量为多少? (4)第(3)问中,若磁感应强度不是均匀变化的呢?,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,知识归纳 电磁感应中的电荷量问题,1.电源内部电流的方向是从负极流向正极,即从低电势流向高电势。 2.求解电路中通过的电荷量时,一定要用平均电动势和平均电流计算。,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例题2】 物理实验中,常用一种叫做“冲击

6、电流计”的仪器测定通过电路的电量。如图所示,探测线圈与冲击电流计串联后可用来测定磁场的磁感应强度。已知线圈的匝数为n,面积为S,线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R。若将线圈放在被测匀强磁场中,开始线圈平面与磁场垂直,现把探测圈翻转90,冲击电流计测出通过线圈的电量为q,由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为( ),探究一,探究二,探究三,答案:B,探究一,探究二,探究三,变式训练2如图所示,将一个闭合金属圆环从有界磁场中匀速拉出,第一次速度为v,通过金属圆环某一截面的电荷量为q1,第二次速度为2v,通过金属圆环某一截面的电荷量为q2,则( )A.q1q2=12 B.q1q2=14 C.q1q2

7、=11 D.q1q2=21,答案:C,探究一,探究二,探究三,电磁感应中的图象问题 问题探究 如图甲所示,矩形导线框abcd固定在匀强磁场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直,规定磁场的正方向垂直于纸面向里,磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示,若规定顺时针方向为感应电流的正方向,定性画出感应电流随时间变化的图象。,探究一,探究二,探究三,要点提示:01 s内电流为负方向,13 s内电流为正方向,34 s电流为负方向。,探究一,探究二,探究三,知识归纳 1.问题概括,探究一,探究二,探究三,2.解决图象问题的一般步骤 (1)明确图象的种类,即是B-t图象还是-t图象,或者E-t图象、I-t图

8、象等。 (2)分析电磁感应的具体过程。 (3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系。 (4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式。 (5)根据函数关系式,进行数学分析,如分析斜率的变化、截距等。 (6)画图象或判断图象。,探究一,探究二,探究三,典例剖析 【例题3】 在竖直方向的磁场中,水平放置一圆形导体环。规定导体环中电流的正方向如图甲所示,磁场向上为正。当磁感应强度B 随时间t按图乙变化时,下列能正确表示导体环中感应电流变化情况的是( ),探究一,探究二,探究三,数不变的情况下,感应电动势与磁场的变化率成正比,即与B-t图象中的斜率成正比,由题图乙可知02 s

9、,斜率不变,故形成的感应电流不变,根据楞次定律可知感应电流方向为顺时针即为正值,24 s斜率不变,电流方向为逆时针即为负值,整个过程中的斜率大小不变,所以感应电流大小不变,故A、B、D错误,C正确。 答案:C,探究一,探究二,探究三,对图象的分析,应做到“四明确一理解” (1)明确图象所描述的物理意义;明确各种“+”“-”的含义;明确斜率的含义;明确图象和电磁感应过程之间的对应关系。,探究一,探究二,探究三,变式训练3如图甲,匝数n=2的金属圈(电阻不计)围成的面积为20 cm2,线圈与R=20 的电阻连接,置于竖直向上、均匀分布的磁场中,磁场与线圈平面垂直,磁感应强度为B,B-t关系如图乙,

10、规定感应电流i从a经过R到b的方向为正方向。忽略线圈的自感影响,则下列i-t关系图正确的是( ),探究一,探究二,探究三,解析:由图可知,02 s内,线圈中磁通量的变化率相同,故02 s内电流的方向相同,由楞次定律可知,电路中电流方向为顺时针,即电流为正方向;同理可知,25 s内电路中的电流为逆时针,为负方向。由,A=310-7 A;同理25 s内,I2=210-7 A,故D正确,ABC错误。 答案:D,探究一,探究二,探究三,【例题4】 如图所示,一底边为L,底边上的高也为L的等腰三角形导体线框以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过长为2L,宽为L的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里。t=

11、0时刻,三角形导体线框的底边刚进入磁场,取沿逆时针方向的感应电流为正,则在三角形导体线框穿过磁场区域的过程中,感应电流i随时间t变化的图线可能是( ),探究一,探究二,探究三,效长度L都变小。再根据右手定则,进、出磁场时感应电流方向相反,进磁场时感应电流方向为正,出磁场时感应电流方向为负,故选A。 答案:A,探究一,探究二,探究三,变式训练4如图所示,两条平行虚线之间存在匀强磁场,虚线间的距离为L,磁场方向垂直纸面向里,abcd是位于纸面内的梯形线圈,ad与bc间的距离也为L,t=0时刻bc边与磁场区域边界重合。现令线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域,取沿abcda方向为

12、感应电流正方向,则在线圈穿越磁场区域的过程中,感应电流I随时间t变化的图线可能是( ),探究一,探究二,探究三,解析:由于bc进入磁场时,根据右手定则判断出其感应电流的方向是沿adcba的方向,其方向与电流的正方向相反,故是负的,所以A、C错误。当逐渐向右移动时,切割磁感线的条数在增加,故感应电流在增大;当bc边穿出磁场区域时,线圈中的感应电流方向变为abcda,是正方向,故其图象在时间轴的上方,所以B正确,D错误。 答案:B,1,2,3,1.(2018全国,18)如图,在同一水平面内有两根平行长导轨,导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域,区域宽度均为l,磁感应强度大小相等、方向交替向上向下,

13、一边长为 l的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动。线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是 ( ),1,2,3,解析:在00.5l过程,前、后两边均切割磁感线,产生相同方向(顺时针)、等大不变的电动势,产生同方向、不变的电流;在0.5ll过程,前、后两边均切割磁感线,产生反向、等大不变的电动势,线框中总电动势为零,电流为零;在l1.5l过程,前、后两边均切割磁感线,产生相同方向(逆时针)、等大不变的电动势,产生同方向、不变的电流,选项D正确。 答案:D,1,2,3,2.2019年1月11日,我国通信广播卫星“中星2D”发射成功。假设卫星舱中有一边长为50 cm的正方形导线框,在地面人员遥控

14、操作下由水平方向转至竖直方向,此时地磁场磁感应强度B=410-5 T,方向如图所示。求:(1)该过程中磁通量的改变量的大小是多少? (2)该过程线框中有无感应电流?设线框电阻为R=0.1 ,若有电流,则通过线框的电荷量是多少?(sin 37=0.6,cos 37=0.8),1,2,3,解析:(1)设线框在水平位置时法线n方向竖直向上,穿过线框的磁通量1=BSsin 37=6.010-6 Wb。 当线框转至竖直位置时,线框平面的法线方向水平向右,与磁感线夹角=143,穿过线框的磁通量2=BScos 143=-8.010-6 Wb,该过程磁通量的改变量大小=|1-2|=1.410-5 Wb。 (2

15、)因为该过程穿过闭合线框的磁通量发生了变化,所以一定有感应,答案:(1)1.410-5 Wb (2)有 1.410-4 C,1,2,3,3.匀强磁场的磁感应强度B=0.2 T,磁场宽度l=4 m,一正方形金属框边长ad=l=1 m,每边的电阻r=0.2 ,金属框以v=10 m/s 的速度匀速穿过磁场区,其平面始终保持与磁感线方向垂直,如图所示。(1)画出金属框穿过磁场区的过程中,各阶段的等效电路图。 (2)画出金属框穿过磁场区的过程中,金属框内感应电流的i-t图线。(要求写出作图依据) (3)画出ab两端电压的U-t图线。(要求写出作图依据),1,2,3,解析:如图a所示,线框的运动过程分为三个阶段:第阶段cd相当于电源;第阶段cd和ab相当于开路时两并联的电源;第阶段ab相当于电源,分别如图b、c、d所示。,1,2,3,ab两端的电压为U1=I1r=2.50.2 V=0.5 V 在第阶段,有I2=0,ab两端的电压U2=E=Blv=2 V,感应电流方向为顺时针方向 ab两端的电压U3=I33r=1.5 V,t3=0.1 s 规定逆时针方向为电流正方向,故i-t图象和ab两端U-t图象分别如图甲、乙所示。,1,2,3,答案:见解析,