高中物理 第四章 电磁感应 习题课电磁感应中的电路电荷量及图象问题教学案 新人教版选修
15页1、我带领班子成员及全体职工,积极参加县委、政府和农牧局组织的政治理论学习,同时认真学习业务知识,全面提高了自身素质,增强职工工作积极性,杜绝了纪律松散习题课:电磁感应中的电路、电荷量及图象问题课时要求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.掌握电磁感应电路中感应电荷量求解的基本思路和方法. 3.综合应用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决电磁感应的图象问题.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:(1)明确哪部分电路或导体产生感应电动势,该电路或导体就相当于电源,其他部分是外电路(2)画等效电路图,分清内、外电路(3)用法拉第电磁感应定律En或EBlv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
2、(如图1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1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RaPR、RbPR,于是可画出如图所示的等效电路图电源电动势为EBvL,外电阻为R外R.总电阻为R总R外rRR,即R总R.电路中的电流为:I.通过aP段的电流为:IaPI,方向由P到a.1“电源”的确定方法:“切割”磁感线的导体(或磁通量发生变化的线圈)相当于“电源”,该部分导体(或线圈)的电阻相当于“内电阻”2电流的流向:在“电源”内部电流从负极流向正极,在“电源”外部电流从正极流向负极二、电磁感应中的电荷量问题例2面积S0.2 m2、n100匝的圆形线圈,处在如图2所示的磁场内,磁感应强度B随时间t变化的规律是B0.02t T,R3 ,C30 F,线圈电阻r1 ,求:图2(1)通过R的电流方向和4 s内通过导线横截面的电荷量;(2)电容器的电荷量答案(1)方向由ba0.4 C(2)9106 C解析(1)由楞次定律可求得电流
3、的方向为逆时针,通过R的电流方向为ba,qttntn0.4 C.(2)由EnnS1000.20.02 V0.4 V,I A0.1 A,UCURIR0.13 V0.3 V,QCUC301060.3 C9106 C.(1)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(2)设感应电动势的平均值为,则在t时间内:n,又qt,所以qn.其中对应某过程磁通量的变化,R为回路的总电阻,n为电路中线圈的匝数针对训练1如图3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(ba),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,通过导线环截面的电荷量为()图3A. B.C. D.答案A解析开始时穿过导线环向里的磁通量设为正值,1Ba2,向外的磁通量则为负值,2B(b2a2),总的磁通量为它们的代数和(取绝对值)B|b22a2|,末态总的磁通量为0,由法拉第电磁感应定律得平均感应电动势为,通过导线环截面的电荷量为qt,A项正确三、电磁感应中的图象问题1问题类型(
4、1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象(2)由给定的图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量2图象类型(1)各物理量随时间t变化的图象,即Bt,t,Et和It图象(2)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Ex和Ix图象3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3将一段导线绕成图4甲所示的闭合回路,并固定在纸面内,回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场中回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场,以向里为磁场的正方向,其磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示用F表示ab边受到的安培力,以水平向右为F的正方向,能正确反映F随时间t变化的图象是 ()图4答案B解析由题图乙可知0时间内,磁感应强度随时间线性变化,即k(k是一个常数),圆环的面积S不变,由E可知圆环中产生的感应电动势大小不变,则回路中的感应电流大小不变,ab边受到的安培力大小不变,从而可排除选项C、D;0时间内,由楞次定律可判断出流过ab边的电流方向为由b至a,结合左手定则可判断出ab边受到的安培力的方向向左,为负值,故选项A错误
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