新教材2023年秋高中物理第2章電磁感應(yīng)素養(yǎng)提升課5電磁感應(yīng)中的電路及圖像問題教師用書含答案新人教版選擇性必修第二冊

素養(yǎng)提升課(五)電磁感應(yīng)中的電路及圖像問題1．進一步理解公式E＝nΔΦΔt與E＝2．掌握電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電路問題的分析方法和解題基本思路。3．綜合應(yīng)用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律解決電磁感應(yīng)中的圖像問題。電磁感應(yīng)中的電路問題1．電磁感應(yīng)中電路知識的關(guān)系圖2．解決電磁感應(yīng)中的電路問題三部曲【典例1】在如圖甲所示的電路中，螺線管匝數(shù)n＝1000匝，橫截面積S＝20cm2，螺線管導(dǎo)線電阻r＝1.0Ω，R1＝4.0Ω，R2＝5.0Ω，C＝30μF。在一段時間內(nèi)，垂直穿過螺線管的磁場的磁感應(yīng)強度B的方向如圖甲所示，大小按如圖乙所示的規(guī)律變化，則下列說法正確的是()A．螺線管中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為1.2VB．閉合S，電路中的電流穩(wěn)定后，電容器下極板帶負(fù)電C．閉合S，電路中的電流穩(wěn)定后，電阻R1的電功率為2.56×10-2WD．S斷開后，流經(jīng)R2的電荷量為1.8×10-2CC[根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律：E＝nΔΦΔt＝nSΔBΔt，解得：E＝0.8V，A錯誤；根據(jù)楞次定律可知，螺線管的感應(yīng)電流盤旋而下，則螺線管下端是電源的正極，電容器下極板帶正電，B錯誤；根據(jù)閉合電路歐姆定律，有I＝ER1+R2+r＝0.08A，根據(jù)P＝I2R1得，電阻R1的電功率P＝2.56×10-2W，C正確；S斷開后，流經(jīng)R2的電荷量即為S閉合時電容器極板上所帶的電荷量Q，電容器兩極板間的電壓為：U＝IR2＝0.4V，流經(jīng)(1)“電源”的確定方法：切割磁感線的導(dǎo)體(或磁通量發(fā)生變化的閉合線圈)相當(dāng)于“電源”，該部分導(dǎo)體(或線圈)的電阻相當(dāng)于電源的“內(nèi)阻”。(2)電流的流向：在“電源”內(nèi)部電流從負(fù)極流向正極，在“電源”外部電流從正極流向負(fù)極。[跟進訓(xùn)練]1．(2022·河南?？h第一中學(xué)高二階段練習(xí))如圖所示，間距為l的U形導(dǎo)軌固定在水平面上，垂直導(dǎo)軌向下的勻強磁場磁感應(yīng)強度為B。質(zhì)量為m、電阻為r的金屬桿PQ沿著粗糙U形導(dǎo)軌以初速度v開始向右滑行，金屬桿PQ與U形導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)為μ，ab間電阻為R，導(dǎo)軌電阻忽略不計，取重力加速度為g，則下列說法正確的是()A．通過金屬桿電流的方向為由P到QB．PQ開始運動時ab間電壓為BlvC．PQ運動的過程中系統(tǒng)產(chǎn)生焦耳熱為12mvD．開始運動時PQ的加速度大小為B2lD[根據(jù)右手定則可知金屬桿電流的方向為Q到P，故A錯誤；PQ開始運動時產(chǎn)生的電動勢為E＝Blv，ab間電壓為U＝Rr+R·Blv，故B錯誤；根據(jù)功能關(guān)系可知PQ運動的過程中有12mv2＝Q+Wf，所以系統(tǒng)產(chǎn)生焦耳熱小于12mv2，故C錯誤；開始運動時導(dǎo)體桿PQ受到向左的摩擦力和安培力的合力提供加速度，有F安＋μmg＝ma，而F安＝BIl＝B2l2．一直徑為d、電阻為r的均勻光滑金屬圓環(huán)水平放置在方向豎直向下的勻強磁場中，磁場的磁感應(yīng)強度大小為B，如圖所示。一根長為d、電阻為r2的金屬棒ab始終在圓環(huán)上以速度v(方向與棒垂直)勻速平動，與圓環(huán)接觸良好。當(dāng)ab棒運動到圓環(huán)的直徑位置時，ab棒中的電流為(A．2Bdv3r B．C．Bdvr D．B[當(dāng)ab棒運動到圓環(huán)的直徑位置時，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢大小為E＝Bdv，ab棒相當(dāng)于電源，兩個金屬半圓環(huán)并聯(lián)后，再與ab棒串聯(lián)，則電路的總電阻為R＝r2+r22＝34r，ab電磁感應(yīng)中的圖像問題1．電磁感應(yīng)中常見的圖像問題圖像類型隨時間變化的圖像，如B-t圖像、Φ-t圖像、E-t圖像、I-t圖像隨位移變化的圖像，如E-x圖像、I-x圖像(所以要先看坐標(biāo)軸：哪個物理量隨哪個物理量變化要弄清)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(畫圖像的方法)(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)應(yīng)用知識四個規(guī)律左手定則、安培定則、右手定則、楞次定律2．處理圖像問題要做到“四明確”“一理解”【典例2】如圖所示，在空間中存在兩個相鄰的、磁感應(yīng)強度大小相等、方向相反的有界勻強磁場，其寬度均為l。現(xiàn)將寬度也為l的矩形閉合線圈，從圖中所示位置垂直于磁場方向勻速拉過磁場區(qū)域，則在該過程中，圖中能正確反映線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流(逆時針方向為正)或其所受的安培力(向左為正方向)隨時間變化的圖像是()ABCDD[由左手定則可知，當(dāng)矩形閉合線圈進入磁場和離開磁場時，線圈所受安培力總是水平向左，所以外力始終水平向右，因安培力的大小不同且在中間時最大，故選項D正確，選項C錯誤；當(dāng)矩形閉合線圈進入磁場時，由法拉第電磁感應(yīng)定律判斷，感應(yīng)電流的大小在中間時刻最大，故選項A、B錯誤。]電磁感應(yīng)中圖像選擇類的兩個常用方法排除法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)，特別是分析物理量的正負(fù)，以排除錯誤的選項函數(shù)法根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個物理量之間的函數(shù)關(guān)系，然后由函數(shù)關(guān)系對圖像進行分析和判斷[跟進訓(xùn)練]3．(2022·陜西富平藍光中學(xué)高二期末)如圖甲所示，水平面內(nèi)虛線MN的右側(cè)存在豎直向下的勻強磁場，現(xiàn)有一個閉合的金屬線框以恒定速度從MN左側(cè)沿垂直MN的方向進入勻強磁場區(qū)域，線框中的電流隨時間變化的i-t圖像如圖乙所示，則線框的形狀可能是下圖中的()ABCDA[導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E＝Blv，設(shè)線框總電阻是R，則感應(yīng)電流I＝ER＝BlvR，由題圖乙所示圖像可知，感應(yīng)電流先均勻變大，后均勻變小，由于B、v、R是定值，由上式知I與有效切割長度成正比，則導(dǎo)體棒的有效長度l應(yīng)先均勻變長，后均勻變短，三角形線框勻速進入磁場時，有效長度l先均勻增加，后均勻減小，故A正確；梯形線框勻速進入磁場時，有效長度l先均勻增加，后不變，最后均勻減小，故B錯誤；閉合圓環(huán)勻速進入磁場時，有效長度l先變大，后變小，但隨時間非均勻變化，故C錯誤；圖示形狀勻速進入磁場時，有效長度l先均勻增加，后不變，最后均勻減小，故D4．(多選)(2022·湖南高二期中)如圖所示，空間有一寬度為l的勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向里，abc是由均勻電阻絲做成的等腰直角三角形線框，bc邊上的高也為l。圖示時刻，bc邊與磁場邊界平行，a點在磁場邊界上?，F(xiàn)使線框從圖示位置勻速通過磁場區(qū)，速度方向始終與磁場邊界垂直，若規(guī)定圖示線框的位置x＝0，感應(yīng)電流i沿逆時針方向為正，線框受到的安培力F方向向左為正，則下列圖像可能正確的為()ABCDAC[進入磁場的過程中，線框切割磁感線的有效長度d＝2x，回路中的感應(yīng)電流I＝BdvR＝2BvxR，隨x均