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2018-2019版人教版高中物理新导学笔记选修3-2江苏专用版名师制作精品讲义:第四章 电磁感应 微型专题2 Word.docx

2018-2019版人教版高中物理新导学笔记选修3-2江苏专用…

MR杨
2019-03-20 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《2018-2019版人教版高中物理新导学笔记选修3-2江苏专用版名师制作精品讲义:第四章 电磁感应 微型专题2 Worddocx》,可适用于高中教育领域

helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip名校名师推荐helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip微型专题 电磁感应中的电路、电荷量及图象问题学习目标 掌握电磁感应现象中电路问题的分析方法和基本解题思路掌握电磁感应电路中感应电荷量求解的基本思路和方法综合应用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决电磁感应中的图象问题一、电磁感应中的电路问题电磁感应问题常与电路知识综合考查解决此类问题的基本方法是:()明确哪部分电路或导体产生感应电动势该部分电路或导体就相当于电源其他部分是外电路()画等效电路图分清内、外电路()用法拉第电磁感应定律E=n或E=Blv确定感应电动势的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电流方向从负极流向正极()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例 粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场中磁场方向垂直于线框平面其边界与正方形线框的边平行现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场如图所示则在移出过程中线框的一边a、b两点间电势差的绝对值最大的是(  )答案 B解析 磁场中切割磁感线的边相当于电源外电路可看成由三个相同电阻串联形成A、C、D选项中a、b两点间电势差的绝对值为外电路中一个电阻两端的电压:U=E=B选项中a、b两点间电势差的绝对值为路端电压:Uprime=E=所以a、b两点间电势差的绝对值最大的是B图例 固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd边长为L其中ab是一段电阻为R的均匀电阻丝其余三边均为电阻可以忽略的铜线磁感应强度为B方向垂直纸面向里现有一段与ab段的材料、粗细、长度均相同的电阻丝PQ架在导线框上(如图所示)若PQ以恒定的速度v从ad滑向bc当其滑过的距离时通过aP段的电流是多大?方向如何?图答案  方向由P到a解析 PQ在磁场中做切割磁感线运动产生感应电动势由于是闭合回路故电路中有感应电流可将电阻丝PQ视为有内阻的电源电阻丝aP与bP并联且RaP=R、RbP=R于是可画出如图所示的等效电路图电源电动势为E=BLv外电阻为R外==R总电阻为R总=R外+r=R+R即R总=R电路中的电流为:I==通过aP段的电流为:IaP=I=方向由P到aldquo电源rdquo的确定方法:ldquo切割rdquo磁感线的导体(或磁通量发生变化的线圈)相当于ldquo电源rdquo该部分导体(或线圈)的电阻相当于ldquo内电阻rdquo电流的流向:在ldquo电源rdquo内部电流从负极流向正极在ldquo电源rdquo外部电流从正极流向负极二、电磁感应中的电荷量问题例 (middot海安高级中学第一学期期中)如图所示在垂直纸面向里的磁感应强度为B的有界矩形匀强磁场区域内有一个由均匀导线制成的单匝矩形线框abcd线框平面垂直于磁感线线框以恒定的速度v沿垂直磁场边界向左运动运动中线框dc边始终与磁场右边界平行线框边长ad=lcd=l线框导线的总电阻为R则线框离开磁场的过程中求:图()线框离开磁场的过程中流过线框横截面的电荷量q()线框离开磁场过程中cd两点间的电势差Ucd答案 () ()解析 ()线框离开磁场过程中cd边切割磁感线E=Bmiddotlmiddotv回路电流I==流过线框横截面的电荷量q=Deltat=middot=()线框向左离开磁场cd边相当于电源c点为电源正极外电阻R外=RUcd=E=求解电路中通过的电荷量时一定要用平均感应电动势和平均感应电流计算设感应电动势的平均值为则在Deltat时间内:=n=又q=Deltat所以q=n其中DeltaPhi对应某过程中磁通量的变化量R为回路的总电阻n为电路中线圈的匝数针对训练 如图所示空间存在垂直于纸面的匀强磁场在半径为a的圆形区域内部及外部磁场方向相反磁感应强度的大小均为B一半径为b(b>a)、电阻为R的圆形导线环放置在纸面内其圆心与圆形区域的中心重合当内、外磁场同时由B均匀地减小到零的过程中通过导线环横截面的电荷量为(  )图ABCD答案 A解析 设开始时穿过导线环向里的磁通量为正值Phi=Bpia则向外的磁通量为负值Phi=-Bmiddotpi(b-a)总的磁通量为它们的代数和(取绝对值)Phi=Bmiddotpi|b-a|末态总的磁通量为Phiprime=由法拉第电磁感应定律得平均感应电动势为=通过导线环横截面的电荷量为q=middotDeltat=A项正确三、电磁感应中的图象问题问题类型()由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象()由给定的图象分析电磁感应过程求解相应的物理量图象类型()各物理量随时间t变化的图象即B-t图象、Phi-t图象、E-t图象和I-t图象()导体切割磁感线运动时还涉及感应电动势E和感应电流I随导体位移变化的图象即E-x图象和I-x图象解决此类问题需要熟练掌握的规律:安培定则、左手定则、楞次定律、右手定则、法拉第电磁感应定律、欧姆定律等例 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纸面向里磁感应强度B随时间t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下列各图中正确的是(  )图答案 D解析 ~s内磁感应强度B均匀增大由法拉第电磁感应定律可知产生的感应电动势E=恒定电流i=恒定由楞次定律可知电流方向为逆时针方向即负方向在i-t图象上是一段平行于t轴的直线且在t轴下方A、C不正确在~s内磁感应强度B均匀减小由法拉第电磁感应定律和楞次定律可知电流方向为顺时针方向大小恒定在i-t图象上是一段平行于t轴的直线且在t轴上方同理在~s内电流方向为顺时针方向大小恒定在i-t图象上是一段平行于t轴的直线且在t轴上方B不正确故选D本类题目线圈面积不变而磁场发生变化可根据E=nS判断E的大小及变化由楞次定律判断感应电流的方向即图象的ldquo+rdquo、ldquo-rdquo例 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L、宽为L的匀强磁场磁场方向垂直纸面向里t=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方向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(  )图答案 A解析 根据E=BL有vI==可知三角形导体线框进、出磁场时有效长度L有都变小则I也变小再根据楞次定律及安培定则可知进、出磁场时感应电流的方向相反进磁场时感应电流方向为正方向出磁场时感应电流方向为负方向故选A线框进、出匀强磁场可根据E=BLv判断E的大小变化再根据楞次定律判断方向特别注意L为切割的有效长度(电磁感应中的电路问题)如图所示由均匀导线制成的半径为R的圆环以速度v匀速垂直进入一磁感应强度大小为B的有直线边界(图中竖直虚线)的匀强磁场当圆环运动到图示位置(angaOb=deg)时a、b两点的电势差为(  )图ABRvBBRvCBRvDBRv答案 D解析 设整个圆环的电阻为r位于题图所示位置时电路的外电阻是圆环总电阻的即磁场外的部分而在磁场内切割磁感线的有效长度是R其相当于电源E=BmiddotRmiddotv根据欧姆定律可得U=E=BRv选项D正确(电磁感应中的电荷量问题)如图所示将一半径为r的金属圆环在垂直于环面的磁感应强度为B的匀强磁场中用力握中间成ldquordquo字形(金属圆环未发生翻转)并使上、下两圆环半径相等如果环的电阻为R则此过程中流过环的电荷量为(  )图ABCD答案 B解析 流过环的电荷量只与磁通量的变化量和环的电阻有关与时间等其他量无关DeltaPhi=Bpir-middotBpi=Bpir因此电荷量为q==故选B(电磁感应中的图象问题)(middot扬州、泰州、南通、淮安、宿迁、徐州六市月联考)如图所示闭合导线框匀速穿过垂直纸面向里的匀强磁场区域磁场区域宽度大于线框尺寸规定线框中逆时针方向的电流为正则线框中电流i随时间t变化的图象可能正确的是(  )图答案 B(电磁感应中的图象问题)一矩形线框位于一随时间t变化的匀强磁场内磁场方向垂直线框所在的平面(纸面)向里如图甲所示磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示以i表示线框中的感应电流以图甲中线框上箭头所示方向为电流的正方向(即顺时针方向为正方向)则以下的i-t图中正确的是(  )图答案 C一、选择题考点一 电磁感应中的电路问题如图所示设磁感应强度为Bef长为lef的电阻为r外电阻为R其余电阻不计当ef在外力作用下向右以速度v匀速运动时则ef两端的电压为(  )图ABlvBCD答案 B用均匀导线做成的正方形线框边长为m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Ts的变化率增强时线框中a、b两点间的电势差是(  )图AUab=VBUab=-VCUab=VDUab=-V答案 B解析 正方形线框的左半部分磁通量发生变化而产生感应电动势从而在线框中有感应电流产生把左半部分线框看成电源其电动势为E内阻为画出等效电路如图所示则a、b两点间的电势差大小即为电源的路端电压设l是边长且依题意知=Ts由E=得E==middot=timesV=V所以U=IR=middot=V由于a点电势低于b点电势故Uab=-V故B选项正确用一根横截面积为S、电阻率为rho的硬质导线做成一个半径为r的圆环ab为圆环的一条直径如图所示在ab的左侧存在一个匀强磁场磁场垂直圆环所在平面方向如图所示磁感应强度大小随时间的变化率=k(k<)则(  )图A圆环中产生逆时针方向的感应电流B圆环具有收缩的趋势C圆环中感应电流的大小为||D图中a、b两点间的电势差大小为U=|kpir|答案 D解析 由题意可知磁感应强度均匀减小穿过圆环的磁通量减小根据楞次定律和安培定则可以判断圆环中产生顺时针方向的感应电流圆环具有扩张的趋势故A、B错误圆环中产生的感应电动势为E==S半圆=|pirk|圆环的电阻为R=rho=所以圆环中感应电流的大小为I==||故C错误题图中a、b两点间的电势差大小U=ImiddotR=|pikr|故D正确如图所示竖直平面内有一金属圆环半径为a总电阻为R(指剪开拉直时两端的电阻)磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过环平面环的最高点A用铰链连接长度为a、电阻为的导体棒ABAB由水平位置紧贴环面摆下当摆到竖直位置时B点的线速度为v则这时AB两端的电压大小为(  )图ABCDBav答案 A解析 导体棒AB摆到竖直位置时AB切割磁感线的瞬时感应电动势E=Bmiddotamiddotv=Bav外电路电阻大小为=由闭合电路欧姆定律有|UAB|=middot=Bav故选A考点二 电磁感应中的电荷量问题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通过金属圆环某一横截面的电荷量为q第二次速度为v通过金属圆环某一横截面的电荷量为q则(  )图Aq∶q=∶Bq∶q=∶Cq∶q=∶Dq∶q=∶答案 C物理实验中常用一种叫做ldquo冲击电流计rdquo的仪器测定通过电路的电荷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时线圈平面与磁场垂直现把探测线圈翻转deg冲击电流计测出通过线圈的电荷量为q由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为(  )图ABCD答案 C解析 由题意知q=middotDeltat=middotDeltat=Deltat=n=n则B=故C正确(多选)(middot南京市第三次模拟考试)如图甲所示静止在水平面上的等边三角形金属线框匝数n=匝总电阻R=Omega边长L=m处在两个半径均为r=m的圆形匀强磁场中线框顶点与右侧圆心重合线框底边与左侧圆直径重合磁感应强度B垂直水平面向外B垂直水平面向里B、B随时间t的变化如图乙所示线框一直处于静止状态计算过程中pi取下列说法正确的是(  )图A线框具有向左运动的趋势Bt=时刻穿过线框的磁通量为WbCt=s时刻线框中感应电动势为VD~s内通过线框横截面的电荷量为C答案 CD解析 磁场B增加由楞次定律和右手定则可知线框中的电流为顺时针方向由左手定则可知线框左边导线受力向右所以线框有向右运动的趋势A错误由Phi=BS可知t=时刻由磁场B产生的磁通量Phi=Bmiddotpir=Wb方向向外由磁场B产生的磁通量Phi=Bmiddotpir=Wb方向向里所以整个线框的磁通量Phi=Phi-Phi=WbB错误根据法拉第电磁感应定律t=s时刻线框中感应电动势E=nmiddotpir=timestimestimestimesV=VC正确~s内通过线框横截面的电荷量q=nmiddot=timesC=CD正确考点三 电磁感应中的图象问题如图甲所示线圈ab、cd绕在同一软铁芯上在ab线圈中通以变化的电流用示波器测得线圈cd间电压如图乙所示已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中可能正确的是(  )图答案 C(多选)(middot苏北四市联考)如图甲所示一个刚性圆形线圈与电阻R构成闭合回路线圈平面与所在处的匀强磁场方向垂直磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示下列关于线圈中产生的感应电动势e、电阻R消耗的功率P随时间t变化的图象可能正确的有(  )图答案 BD解析 线圈的面积不变磁场均匀变化由E=nS得感应电动势为定值且磁场增强和磁场减弱引起的感应电动势方向相反A错误B正确对于电阻R流过的电流大小不变功率P=IR恒定C错误D正确矩形导线框abcd放在匀强磁场中静止不动磁场方向与线框平面垂直磁感应强度B随时间t变化的图象如图所示设t=时刻磁感应强度的方向垂直纸面向里则在~s时间内选项图中能正确反映线框ab边所受的安培力F随时间t变化的图象是(规定ab边所受的安培力向左为正)(  )图答案 D二、非选择题(电荷量的计算)如图所示导线全部为裸导线半径为r两端开有小口的圆内有垂直纸面向里的匀强磁场磁感应强度大小为B一根长度大于r的导线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端电路中固定电阻值为R其余部分电阻均忽略不计试求MN从圆环左端滑到右端的过程中:图()电阻R上的最大感应电流()电阻R上的平均感应电流()通过电阻R的电荷量答案 () () ()解析 ()MN向右滑动时切割磁感线的有效长度不断变化当MN经过圆心时有效切割长度最长此时感应电动势和感应电流达到最大值所以Imax==()=====()流过电阻R的电荷量等于平均感应电流与时间的乘积所以q=Deltat==(电路问题和图象问题)如图所示匀强磁场的磁感应强度B=T磁场宽度l=m一正方形金属框边长为lprime=m各边的电阻r=Omega金属框以v=ms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cd边始终与磁场边界平行求:图()画出金属框穿过磁场区域的过程中各阶段的等效电路图()画出金属框穿过磁场区域的过程中金属框内感应电流的i-t图线(设电流逆时针方向为正)(要求写出作图依据)()画出ab两端电压大小的U-t图线(要求写出作图依据)答案 见解析解析 ()如图a所示金属框的运动过程分为三个阶段:第Ⅰ阶段cd相当于电源第Ⅱ阶段cd和ab相当于两并联的电源第Ⅲ阶段ab相当于电源各阶段的等效电路图分别如图b、c、d所示()、()第Ⅰ阶段有I===A感应电流方向沿逆时针方向持续时间为t==sab两端的电压为U=Imiddotr=timesV=V在第Ⅱ阶段有I=ab两端的电压U=E=Blprimev=Vt==s=s在第Ⅲ阶段有I==A感应电流方向为顺时针方向ab两端的电压U=Imiddotr=Vt=s因逆时针方向为电流的正方向故i-t图象和ab两端电压大小的U-t图象分别如图甲、乙所示

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