《2015-2016学年高中物理 第1章 法拉第电磁感应定律、楞次定律的综合应用学案 教科版选修3-2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2015-2016学年高中物理 第1章 法拉第电磁感应定律、楞次定律的综合应用学案 教科版选修3-2（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、学案6习题课：法拉第电磁感应定律、楞次定律的综合应用目标定位 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)感应电动势的大小由法拉第电磁感应定律En或EBLv确定，感应
2、电动势的方向由楞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1AUaUbUcUd BUaUbUdUcCUaUbUcUd DUbUaUdUc解析UaBLv，UbBLv，UcB2LvBLv，UdB2LvBLv，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B0.2 T，磁场方向垂直纸面向里在磁场中有一半径r0.4
3、 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R02 .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v05 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中的电动势和流过灯L1的电流；(2)撤去金属棒MN，若此时磁场随时间均匀变化，磁感应强度的变化率为 T/s，求回路中的电动势和灯L1的电功率解析(1)等效电路如图所示MN中的电动势E1B2rv00.8 VMN中的电流I0.8 A流过灯L1的电流I10.4 A(2) 等效电路如图所示回路中的电动势E2r20.64 V回路中的电流I0.16 A灯L1的电功率P1I2R
4、05.12102 W答案(1)0.8 V0.4 A(2)0.64 V5.12102 W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Bt图像还是t图像，或者Et图像、It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En确定感应电动势大小的变化；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EBLv确定感应电动势大小的变化(4)涉及受力问题
5、，可由安培力公式FBIL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：EnnS，因此在面积、匝数不变的情况下，感应电动势与磁场的变化率成正比，即与Bt图像中的斜率成正比，由图像可知：02 s，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方向(俯视)即为正值；24 s斜率不变，感应电流方向为逆时针方向(俯视)，即
6、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2L，高为L，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，在t0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(Ix)关系的是()图4解析如图甲所示，线框运动距离xL时的感应电动势EBvx；当LxL时几何关系如图乙所示，此时感应电动势为EBv(2Lx)Bv(xL)Bv(3L2x)，此时图线斜率的绝对值为xL时的2倍，由右手定则可知感应电流的方向
7、为顺时针方向，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() 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两点间电势差为路端电压，为感应电动势的倍，而其他选项则为感应电动势的倍故选项B正确2. (电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
8、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，t0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
9、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B2 T的匀强磁场中，有一个半径r0.5 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20 rad/s的角速度绕圆心O匀速转动A端始终与圆环相接触，OA棒的电阻R0.1 ，图中定值电阻R1100 ，R24.9 ，电容器的电容C100 pF.圆环和连接导线的电阻忽略不计，则：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)4.91010 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EBLBr5 V.I1 A.则qCUCCIR24.91010 C.
10、(2)电路中消耗的电功率PI2(RR2)5 W，或PIE5 W.题组一电磁感应中的图像问题1如图1甲所示，一个闭合线圈固定在垂直纸面的匀强磁场中，设磁场方向向里为磁场的正方向，线圈中的箭头为电流I的正方向线圈中感应电流I随时间变化的图线如图乙所示，则磁感应强度B随时间变化的图线可能是 ()图1答案CD2如图2甲所示，光滑导轨水平放置在竖直方向的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度B随时间的变化规律如图乙所示(规定向下为正方向)，导体棒ab垂直导轨放置，除电阻R的阻值外，其余电阻不计，导体棒ab在水平外力F的作用下始终处于静止状态规定ab的方向为电流的正方向，水平向右的方向为外力的正方向，则在02t
11、0时间内，能正确反映流过导体棒ab的电流与时间或外力与时间关系的图线是 ()图2答案D解析在0t0时间内磁通量为向上减小，t02t0时间内磁通量为向下增加，两者等效，且根据Bt图线可知，两段时间内磁通量的变化率相等，根据楞次定律可判断02t0时间内均产生由b到a的大小不变的感应电流，选项A、B均错误在0t0时间内，可判断导体棒ab所受安培力的方向水平向右，则导体棒ab所受水平外力方向向左，大小FBIL随B的减小呈线性减小；在t02t0时间内，可判断导体棒ab所受安培力的方向水平向左，则导体棒ab所受水平外力方向向右，大小FBIL随B的增加呈线性增加，选项C错误，D正确3如图3所示的区域内有垂直
12、于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B.一个电阻为R、半径为L、圆心角为45的扇形闭合导线框绕垂直于纸面的O轴匀速转动(O轴位于磁场边界)，周期为T，导线框以图示位置开始转动，则线框内产生的感应电流的图像为(规定顺时针方向的电流为正) ()图3答案A解析(1)正确利用法拉第电磁感应定律，在本题中由于扇形导线框匀速转动，因此导线框进入磁场的过程中产生的感应电动势是恒定的(2)注意导线框在进入磁场和离开磁场时，有感应电流产生，当完全进入时，由于磁通量不变，故无感应电流产生导线框刚进入磁场时，感应电流的方向为逆时针方向，即为负，故A正确4如图4所示，宽度为d的有界匀强磁场，方向垂直于纸面向里在纸面所在
13、平面内有一对角线长也为d的正方形闭合线圈ABCD，沿AC方向垂直磁场边界匀速穿过该磁场区域规定逆时针方向为感应电流的正方向，t0时C点恰好进入磁场，则从C点进入磁场开始到A点离开磁场为止，闭合线圈中感应电流随时间的变化图像正确的是 ()图4答案A解析线圈在进入磁场的过程中，根据楞次定律可知，感应电流的方向沿CBADC方向，即为正值，在出磁场的过程中，根据楞次定律知，感应电流的方向沿ABCDA方向，即为负值在线圈进入磁场直到进入一半的过程中，切割的有效长度均匀增大，感应电动势均匀增大，则感应电流均匀增大，在线圈继续运动至全部进入磁场的过程中，切割的有效长度均匀减小，感应电动势均匀减小，则感应电流
14、均匀减小；在线圈出磁场直到离开一半的过程中，切割的有效长度均匀增大，感应电流均匀增大，在线圈全部出磁场的过程中，切割的有效长度均匀减小，感应电流均匀减小故A正确，B、C、D错误5如图5所示，在0x2L的区域内存在着匀强磁场，磁场方向垂直于xOy坐标系平面(纸面)向里具有一定电阻的矩形线框abcd位于xOy坐标系平面内，线框的ab边与y轴重合，bc边长为L.设线框从t0时刻起在外力作用下由静止开始沿x轴正方向做匀加速运动，则线框中的感应电流i(取逆时针方向的电流为正)随时间t变化的函数图像可能是图中的 ()图5答案D解析线框的ab边刚进入磁场时，产生逆时针方向的感应电流，随着速度的增加，感应电流逐渐增大；线框全部进入磁场后，无感应电流；当线框的ab边离开磁场时，此时cd边切割磁感线，产生顺时针方向的感应电流，且随速度的增加而增大，因为线框此时的速度不为零，所以感应电流是从某一值增大，选项D正确6. 如图6所示，一载流长直导线和一矩形线框固定在同一平面内，线框在长直导线右侧，且其长边与长直导线平行已知在t0到tt1的时间间隔内，长直导线中电流i发生某种变化，而线框中的感应电流总是沿顺时针方向，线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右设电流i正方向与图中箭头所示方向相同，则i随时间t变化的图线可能是()图6答案A解析因通电导线周围的磁场离导线越近磁场越强，而线框中左、右两边的电流大
