《（志鸿优化设计）（江苏专用）2014年高考物理 第九章电磁感应第三节电磁感应中的电路和图象问题教学案》由会员分享，可在线阅读，更多相关《（志鸿优化设计）（江苏专用）2014年高考物理 第九章电磁感应第三节电磁感应中的电路和图象问题教学案（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 电磁感应中的电路和图象问题一、电磁感应中的电路问题在电磁感应中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生_，该导体或回路相当于_。因此，电磁感应问题往往又和电路问题联系在一起。解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是：（1）用法拉第电磁感应定律和楞次定律（右手定则）确定感应电动势的_和_；（2）画等效电路图；（3）运用闭合电路欧姆定律、串并联电路的性质、电功率等公式联立求解。二、电磁感应中的图象问题电磁感应中常涉及磁感应强度 B、磁通量 、感应电动势 E 和感应电流 I 等随_变化的图线，即 B t 图线、 t 图线、 E t 图线和 I t 图线
2、。对于导体切割磁感线产生的感应电动势和感应电流的情况，有时还常涉及感应电动势E 和感应电流 I 等随_变化的图线，即 E x 图线和 I x 图线等。这些图象问题大体上可分为两类：由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象，或由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量。（1）定性或定量地表示出所研究问题的_关系。（2）在图象中 E、 I、 B 等物理量的方向是通过_来反映。（3）画图象时要注意横、纵坐标的_或表达。图象问题中应用的知识：左手定则、安培定则、右手定则、_、_、欧姆定律、牛顿定律、函数图象等知识。1 （2012广东汕头模拟）用均匀导线做成的正方形线圈边长为 l，正方形的一半放
3、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，则（） B 圈中感应电流方向为 圈中产生的电动势 E B t 圈中 A 点电势高于 B 点电势D线圈中 A 点电势低于 B 点电势2半径为 r 带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置，在圆环的缺口两端引出两根导线，分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接，两板间距为 d，如图甲所示。有一变化的磁场垂直于纸面，规定垂直纸面向里为正，变化规律如图乙所示。在 t0 时刻平板之间中心有一重力不计，电荷量为 q 的静止微粒，则以下说法正确的是（）光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 乙A第 2 秒内上极板为正极B第 3 秒内上极板为负
4、极C第 2 秒末微粒回到了原来位置D第 2 秒末两极板之间的电场强度大小为 r2/（2012江苏南京二模）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向如图甲所示，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（）4在范围足够大、方向竖直向下的匀强磁场中， B，有一水平放置的光滑框架，宽度为 L0.4 m，如图所示，框架上放置一质量为 阻为 1 的金属杆 架电阻不计。若杆 恒定加速度 a2 m/s 2，由静止开始做匀变速运动，求：（1）在 5 s 内平均感应电动势是多少？（2）第 5 s 末回路中的电流多大？（3
5、）第 5 s 末作用在杆 的水平外力多大？一、电磁感应中的电路问题自主探究 1 法拉第曾提出一种利用河流发电的设想，并进行了实验研究。实验装置的示意图如图所示，两块面积均为 S 的矩形金属板，平行、正对、竖直地全部浸在河水中，间距为 d。水流速度处处相同，大小为 v，方向水平，金属板与水流方向平行，地磁场磁感应强度的竖直分量为 B，水的电阻率为 ，水面上方有一阻值为 R 的电阻通过绝缘导线和开关 S 连接到两金属板上。忽略边缘效应。求：光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 （1）该发电装置的电动势；（2）通过电阻 R 的电流的大小；（3）电阻 R 消耗的电功率。思考 1：电路中感应电流的方向
6、是怎样的？思考 2：并联在等效电源两端的电压表，其示数是否为电源的电动势？归纳要点1电磁感应中的电路问题分类。（1）以部分电路欧姆定律为中心，包括六个基本物理量（电压、电流、电阻、电功、电功率、电热） ，三条定律（部分电路欧姆定律、电阻定律和焦耳定律） ，以及若干基本规律（串、并联电路特点等） 。（2）以闭合电路欧姆定律为中心，讨论电动势概念，闭合电路中的电流、路端电压以及闭合电路中能量的转化。2应用闭合电路欧姆定律求电流时应特别注意等效电源的内阻对电路的影响。二、电磁感应的图象问题自主探究 2 匀强磁场磁感应强度 B=，磁场宽度 L=3 m，一正方形金属框边长ab=l=1 m，每边电阻 r=
7、，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，金属框内感应电流的 I t 图线；（2）画出 端电压的 U t 图线。思考 1：电磁感应图象问题的解题关键是什么？思考 2：解决电磁感应图象问题的一般步骤是怎样的？归纳要点1电磁感应图象问题的类型（1）由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象。（2）由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量。（3）利用给出的图象判断或画出新的图象。2电磁感应图象问题的特点考查方式比较灵活，有时根据电磁感应现象发生的过程，确定图象的正确与否，有时依据不同的图象，进行综合计算。
8、命题研究一、电磁感应中的电路问题分析【题例 1】 （2012浙江理综）为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了一种“闪烁”装置。如图所示，自行车后轮由半径 0 2 m 的金属内圆、半径m 的金属外圆和绝缘辐条构成。后轮的内、外圆之间等间隔地接有 4 根金属条，每根金属条的中间均串联有一电阻值为 R 的小灯泡。在支架上装有磁铁，形成了磁感应强光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 、方向垂直纸面向外的“扇形”匀强磁场，其内半径为 半径为 角 。后轮以角速度 2 s 相对于转轴转动。若不计其他电阻，忽略磁场的 6边缘效应。（1）当金属条 入“扇形”磁场时，求感应电动势 E，并指出 的电流方向
9、；（2）当金属条 入“扇形”磁场时，画出“闪烁”装置的电路图；（3）从金属条 入“扇形”磁场时开始，经计算画出轮子转一圈过程中，内圆与外圆之间电势差 t 变化的 t 图象；（4）若选择的是“、”的小灯泡，该“闪烁”装置能否正常工作？有同学提出，通过改变磁感应强度 B、后轮外圆半径 速度 和张角 等物理量的大小，优化前同学的设计方案，请给出你的评价。思路点拨： 根据法拉第电磁感应定律计算感应电动势，用右手定则判断电流方向；画电路图时，切割磁感线的导体相当于电源，其他导体是外电路；确定金属条离开磁场时刻和下一金属条进入磁场时刻，画出 t 图象。解题要点：规律总结电磁感应电路问题几点注意（1）产生感
10、应电动势的导体相当于一个电源，感应电动势等效于电源电动势，产生感应电动势的导体的电阻等效于电源的内阻。（2）产生感应电动势的导体跟用电器连接，可以对用电器供电，由闭合电路欧姆定律求解各种问题。（3）产生感应电动势的导体跟电容器连接时，可对电容器充电，稳定后，电容器相当于断路，其所带电荷量可用公式 Q 计算。（4）解决电磁感应中的电路问题，可以根据题意画出等效电路，使复杂电路更简明。命题研究二、电磁感应的图象问题分析【题例 2】 （2012重庆理综）如图所示，正方形区域 有垂直纸面向里的匀强磁场。在外力作用下，一正方形闭合刚性导线框沿 向匀速运动， t0 时刻，其四个顶点 M、 N、 P、 Q恰
11、好在磁场边界中点。下列图象中能反映线框所受安培力 f 的大小随时间 t 变化规律的是（）思路点拨： 解答本题应注意以下两个方面：光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 （1）导线框在运动过程中切割磁感线的有效长度是变化的。（2）推导出 F t 的表达式，再作出判断。解题要点：规律总结电磁感应图象问题的“四明确”（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。（2）理解三个相似关系及其各自的物理意义：v v ， B B ， 。 v t B t t、 、 分别反映了 v、 B、 变化的快慢。 v t 图所示，在磁感应强度为 B 的匀强
12、磁场中，有半径为 r 的光滑半圆形导体框架，一能绕 O 在框架上滑动的导体棒， 间连一个电阻 R，导体框架与导体棒的电阻均不计，若要使 以角速度 匀速转动，则外力做功的功率是（）A B C D2 22 22 2图所示，平行导轨间有一矩形的匀强磁场区域，细金属棒 导轨从 匀速运动到 M N的过程中，棒上感应电动势 E 随时间 t 变化的图示，可能正确的是（）3 （2012广东深圳模拟）一环形线圈放在匀强磁场中，设第 1 s 内磁感线垂直线圈平面（即垂直于纸面）向里，如图甲所示。若磁感应强度 B 随时间 t 变化的关系如图乙所示，那么第 3 s 内线圈中感应电流的大小与其各处所受安培力的方向是（）
13、光世昌老师高中物理精品资源免费下载地址 大小恒定，沿顺时针方向与圆相切B大小恒定，沿着圆半径指向圆心C逐渐增加，沿着圆半径离开圆心D逐渐增加，沿逆时针方向与圆相切4如图甲所示，水平放置的两根平行金属导轨，间距 l0.3 m。导轨左端连接R 的电阻，区域 存在垂直于导轨平面、 B 的匀强磁场，磁场区域宽D0.2 m。细金属棒 2用长为 2D0.4 m 的轻质绝缘杆连接，放置在导轨平面上，并与导轨垂直，每根金属棒在导轨间的电阻均为 r，导轨电阻不计，使金属棒以恒定速度 v1.0 m/s 沿导轨向右穿越磁场，计算从金属棒 t0）到 同时间段通过电阻 R 的电流大小，并在图乙中画出。甲乙电磁感应的力和
14、能量问题分析一、电磁感应中的力学问题1电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用，从而影响导体棒（或线圈）的受力情况和运动情况。解决此类问题应从运动和力的关系着手，运用牛顿第二定律。基本方法是：受力分析运动分析（确定运动过程和最终的稳定状态）由牛顿第二定律列方程求解。这样周而复始地循环，循环结束时加速度等于零，导体达到平衡状态。在分析过程中要抓住 a0 时速度 v 达到最大这一关键条件。2解决电磁感应中的力学问题的一般步骤为：（1）用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向；（2）求回路中的电流大小；（3）分析研究导体受力情况（包括安培力，用左手定则确定其方向） ；（4）列动力学方程或平衡方程求解。【例题 1】如图甲所示，两根足够长的直金属导轨
