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1、最新教科版高中物理选修（3-2 ）第 1 章法拉第电磁感应定律、楞次定律的综合应用学案 目标定位 1.掌握电磁感应现象中电路问题的分析方法和解题基本思路.2. 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像问题一、电磁感应中的电路问题在电磁感应现象中, 切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势若回路闭合,则产生感应电流, 所以电磁感应问题常与电路知识综合考查解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是：(1) 明确哪部分导体或电路产生感应电动势, 该导体或电路就是电源 , 其他部分是外电路(2) 画等效电路图分清内、外电路, 画出等效电路图是解决此类问题的关键(3) 感应
2、电动势的大小由法拉第电磁感应定律 或BLv确定 , 感应电动势的方向由楞E ntE次定律或右手定则确定, 在等效电源内部从负极指向正极(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例 1用相同导线绕制的边长为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 1 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()图 1A UaUbUcUd B UaUb UdUcC Ua Ub UcUd D UbUaUdUc353344解析Ua 4BLv, Ub 6BLv, Uc 4 B2Lv 2
3、BLv, Ud 6B2L v3BLv, 故选 B.答案B例 2如图2 所示 , 有一范围足够大的匀强磁场, 磁感应强度B 0.2 T,磁场方向垂直纸面向1 / 15里在磁场中有一半径r 0.4 m的金属圆环 , 磁场与圆环面垂直, 圆环上分别接有灯L1、 L2, 两灯的电阻均为R0 2 . 一金属棒MN与圆环接触良好, 金属棒与圆环的电阻均忽略不计图 2(1)若金属棒以v 5 m/s 的速率在圆环上向右匀速滑动, 求金属棒滑过圆环直径的瞬间MN中的0电动势和流过灯L1 的电流；MN, 若此时磁场随时间均匀变化B 4(2)撤去金属棒, 磁感应强度的变化率为t T/s,求回路中的电动势和灯L1 的
4、电功率解析(1) 等效电路如图所示MN中的电动势E1 B2r v0 0.8 VE1MN中的电流I R0 0.8 A2I流过灯 L1 的电流 I 1 2 0.4 A(2) 等效电路如图所示回路中的电动势E B2t r 0.64 V2E2回路中的电流I 2R00.16 A灯 L1 的电功率 P1 I 2R05.12 10 2 W答案(1)0.8 V0.4 A(2)0.64 V5.12 10 2 W2 / 15二、电磁感应中的图像问题1对于图像问题, 搞清物理量之间的函数关系、变化范围、初始条件、斜率的物理意义等, 往往是解题的关键2解决图像问题的一般步骤(1) 明确图像的种类, 即是 B t 图像
5、还是 t 图像 , 或者 E t 图像、 I t 图像等(2) 分析电磁感应的具体过程(3) 确定感应电动势 ( 或感应电流 ) 的大小和方向 , 有下列两种情况：若回路面积不变 , 磁感应强度变化时 , 用楞次定律确定感应电流的方向, 用 E n确定感应t电动势大小的变化；若磁场不变 , 导体杆切割磁感线, 用右手定则判断感应电流的方向, 用BLv确定感应电动势E大小的变化(4) 涉及受力问题 , 可由安培力公式 F BIL 和牛顿运动定律等规律写出有关函数关系式(5) 画图像或判断图像特别注意分析斜率的变化、截距等例 3 在竖直方向的匀强磁场中, 水平放置一圆形导体环规定导体环中电流的正方
6、向如图3甲所示 , 磁场方向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 ()图 3解析根据法拉第电磁感应定律有： nSB, 因此在面积、匝数不变的情况下, 感应电E ntt动势与磁场的变化率成正比, 即与图像中的斜率成正比, 由图像可知： 0 2 s, 斜率不变 , 故B t3 / 15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方向( 俯视 ) 即为正值；2 4 s斜率不变 , 感应电流方向为逆时针方向( 俯视 ), 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例 4
7、如图 4所示 , 等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场, 它的底边在x 轴上且长为2 , 高为, 纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域,LL在 t 0时刻恰好位于如图所示的位置, 以顺时针方向为导线框中电流的正方向,下列选项中 , 能够正确表示导线框的电流位移(I ) 关系的是 ()x图 43解析 如图甲所示 , 线框运动距离xL 时的感应电动势E Bvx；当 L x 2L 时几何关系如图乙所示 , 此时感应电动势为(2) (L) (3L 2x), 此时图线斜率的绝对值为EBvL xBv xBvx L 时的 2 倍 , 由右手定则可知感应电流的方向为顺
8、时针方向, 由对称性可知 A 正确答案A1 ( 电磁感应中的电路问题) 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一边a、 b 两点间的电势差绝对值最大的是()4 / 15答案B解析在磁场中的线框与速度垂直的边等效为切割磁感线产生感应电动势的电源四个选项中的感应电动势大小均相等, 回路电阻也相等, 因此电路中的电流相等,B中 a、 b 两点间电势差为31路端电压 , 为感应电动势的4倍 , 而其他选项则为感应电动势的4倍故选项 B 正确2. (电
9、磁感应中的图像问题) 如图5 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 方向为感应电流的正方向, 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()图 5答案B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 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
10、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沿abcda 方向 , 是正方向 , 故其图线在时间轴的上方, 所以 B 正确 ,D 错误3. (电磁感应中的电路问题) 如图6 所示 , 在磁感应强度B 2 T 的匀强磁场中, 有一个半径r 5 / 150.5 m的金属圆环圆环所在的平面与磁感线垂直, OA 是一个金属棒 ,它沿着顺时针方向以20rad/s的角速度绕圆心O匀速转动A端始终与圆环相接触 ,棒的电阻 0.1 , 图中定值电OAR阻 R 100 , R 4.9 , 电容器的电容 C 100 pF. 圆环和连接导线的电阻忽略不计, 则：12图 6(1) 电容器所带的电荷量是多少？(2) 电路中消耗的电功率是多少？答案(1)4.9 10 10 C(2)5 W解析(1) 等效电路如图所示导体棒 OA产生的感应电动势为rE BL v Br 2 5 V.EI R R2 1 A.则 q CU CIR2 4.9 10 10 C.(2) 电路中消耗的电功率
