【同步】高中物理教科版(2019)选择性必修2：第2章专题提升5电磁感应中的电路电荷量图像问题课件

第二章专题提升5电磁感应中的电路、电荷量、图像问题重难探究·能力素养全提升目录索引

学以致用·随堂检测全达标学习目标1.学会分析电磁感应中的电路问题。(科学思维)2.会计算电磁感应中流过某一用电器或导体的电荷量。(科学思维)3.掌握电磁感应中各类图像问题的分析方法,明确图像的物理意义。(科学思维)重难探究·能力素养全提升探究点一电磁感应中的电路问题知识归纳1.电磁感应中电路知识的关系图

2.解决电磁感应中的电路问题三步曲——一“源”二“路”三“式”应用体验【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(

)A.Ua<Ub<Uc<UdB.Ua<Ub<Ud<UcC.Ua=Ub=Uc=UdD.Ub<Ua<Ud<UcB解析

线框进入磁场后切割磁感线,a、b产生的感应电动势是c、d的一半,设a线框电阻为4r,则b、c、d线框的电阻分别为6r、8r、6r,在线框进入磁场的过程中,MN两端的电压等于线框回路中的路端电压,根据线框长度和电阻的关系及闭合电路欧姆定律,可知故选B。对点演练1(2023上海建平中学高二期末)如图所示,半径为0.2m粗细均匀的圆形轨道内存在着垂直轨道平面的匀强磁场,磁感应强度大小为0.5T,导体棒ab与虚线直径平行,长度为0.4m,在外力作用下沿轨道平面匀速运动,速度大小为3m/s。已知轨道总电阻为4Ω,导体棒总电阻为2Ω。运动过程中导体棒与轨道良好接触,忽略阻力及摩擦,当导体棒通过圆心时,a、b两点的电势差为(

)

A.0.6V B.0.5VC.0.3V D.0.2VD探究点二电磁感应中的电荷量问题知识归纳闭合回路中磁通量发生变化时,电荷发生定向移动而形成感应电流,在Δt时间内迁移的电荷量(1)从上式可知,线圈匝数一定时,q仅由回路电阻和磁通量的变化量决定,与时间无关。(2)求解电路中通过的电荷量时,I、E均为平均值。应用体验【例2】

物理实验中,常用一种叫作“冲击电流计”的仪器测定通过电路的电荷量。如图所示,探测线圈与冲击电流计串联后可用来测定磁场的磁感应强度。已知线圈的匝数为n,面积为S,线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R。若将线圈放在被测匀强磁场中,开始时线圈平面与磁场垂直,现把探测线圈翻转90°,冲击电流计测出通过线圈的电荷量为q,由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为(

)B对点演练2(2023山西忻州河曲县中学高二开学考试)如图甲所示,正方形导线框固定在匀强磁场中,磁感线方向与导线框所在平面垂直,初始时刻磁场方向垂直纸面向里,且规定垂直纸面向里为正方向,匀强磁场的磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示,已知导线框的边长为L,总电阻为R,下列说法正确的是(

)A.t1~t3时间内,导线框中电流的方向始终为adcbaB.t1~t3时间内,导线框始终有扩张的趋势C.t1~t3时间内,ab边受到的安培力大小为D.t1~t3时间内,通过导线框的电荷量为A解析

t1~t3时间内,导线框中的磁通量先垂直纸面向里减小,后垂直纸面向外增大,根据楞次定律可知,导线框先有扩张的趋势,后有缩小的趋势,结合安培定则可知,导线框中电流的方向始终为adcba,A正确,B错误;t1~t3时间内,穿过导线框的磁通量变化率不变,即感应电流大小不变,由于匀强磁场的磁感应强度先变小后变大,因此ab边受到的安培力先变小后变大,C错误;t1~t3时间内,通过导线框的电荷量q,D错误。探究点三电磁感应中的图像问题知识归纳1.问题概括

图像类型(1)磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E、感应电流I随时间变化的图像,如B-t图像、Φ-t图像、E-t图像、I-t图像(2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,常涉及感应电动势E、感应电流I随位移变化的图像,如E-x图像、I-x图像问题类型(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像(画图像)(2)由给定的有关图像分析电磁感应过程,求解相应的物理量(用图像)解题方法四个规律左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律六类公式(1)平均电动势(2)平动切割电动势E=Blv(3)转动切割电动势E=Bl2ω(4)闭合电路欧姆定律(5)安培力F=BIl(6)牛顿运动定律的相关公式等2.解题步骤(1)明确图像的种类,是B-t图像、Φ-t图像,还是E-t图像、I-t图像等。(2)分析电磁感应的具体过程。(3)用右手定则或楞次定律确定方向的对应关系。(4)结合法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出相应的函数关系式。(5)根据函数关系式进行数学分析,如分析斜率的变化、截距等。(6)画图像或判断图像。特别提示

快速解答图像问题的两种方法(1)排除法:根据选择题的特点,定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化),特别是物理量的正负,排除错误的选项。(2)函数法:根据题目所给条件定量地写出两处物理量之间的函数关系,然后由函数关系对图像作出分析和判断。应用体验【例3】

(2023河北邢台期末)如图所示,有一宽度为2L的有界匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向里。一边长为L、电阻分布均匀的正方形导体框abcd,以恒定的速度v向左匀速穿过磁场区域,从导体框ab边进入磁场开始计时,则a、b两点的电势差Uab随时间t变化的图线正确的是(

)B对点演练3两条相距L的平行虚线间存在一匀强磁场,磁感应强度大小B=0.2T,方向与纸面垂直,边长L=0.1m、总电阻R=0.05Ω的正方形导线框abcd位于纸面内,cd边距磁场边界L,如图所示,已知导线框一直向右做匀速直线运动,cd边在t=1s时刻进入磁场,以初始位置为计时起点,规定电流沿顺时针方向时的电动势E为正,磁感线垂直纸面向外时磁通量Φ为正。则以下关于线框中的感应电动势E、磁通量Φ、感应电流I和安培力F随时间变化的图像正确的是(

)B解析

由题可知,线框速度v=,解得v=0.1

m/s,在0~1

s内线框在磁场外,线圈磁通量、感应电动势、感应电流、安培力均为0。在1~2

s内线框进入磁场,磁通量大小Φ=BLv(t-1

s)=2×10-3×(t-1)

Wb,磁感线垂直纸面向外,则磁通量取正;感应电动势E=BLv=2×10-3

V,感应电流沿顺时针方向,则电动势取正;感应电流I==4×10-2

A,根据左手定则,线框受到向左的安培力,安培力大小为F=BIL=8×10-4

N。在2~3

s内线框开始离开磁场,穿过线框的磁感线仍向外,线框磁通量取正,磁通量大小Φ'=2×10-3

Wb-BLv(t-2

s)=2×10-3×(3-t)

Wb,感应电流沿逆时针方向,则线框电动势取负,但是切割磁感线的速度不变,则大小不变;同样,感应电流大小也不变;安培力仍向左,大小也不变。在3~4

s内线框已经全部离开磁场,线圈磁通量、感应电动势、感应电流、安培力均为0。故选B。学以致用·随堂检测全达标12341.(电磁感应中的电路、电荷量问题)(多选)(2023吉林一中期末)如图所示,单匝正方形闭合线圈MNPQ放置在水平面上,空间存在方向竖直向下、磁感应强度为B的有界匀强磁场,磁场两边界成θ=45°角。线圈的边长为L,总电阻为R。现使线圈以水平向右的速度v匀速进入磁场。下列说法正确的是(

)A.当线圈中心经过磁场边界时,N、P两点间的电压U=BLvB.当线圈中心经过磁场边界时,线圈所受安培力C.当线圈中心经过磁场边界时,回路的瞬时电功率D.线圈从开始进入磁场到其中心经过磁场边界的过程,通过导线某一横截面的电荷量BC123412342.(电磁感应中的图像问题)(2023江苏南通高二期末)如图所示,等边三角形金属框的一个边与有界磁场边界平行,金属框在外力F作用下以垂直于边界的速度匀速进入磁场,则金属框进入磁场的过程中,金属框中的感应电流i、外力大小F、金属框中电功率的瞬时值P、通过金属框某横截面的电荷量q与时间t的关系可能正确的是(

)C1234123412343.(电磁感应中的电路问题)(2023山西忻州高二期末)如图所示,面积为0.3m2的100匝线圈处在匀强磁场中,磁场方向垂直于线圈平面向里,已知磁感应强度随时间均匀增大,变化率为

=0.5T/s,定值电阻R1=6Ω,线圈电阻R2=4Ω,求:(1)回路中的感应电动势大小;(2)回路中电流的大小和通过R1的电流方向;(3)a、b两点间的电势差。1234答案

(1)15V(2)1.5A方向向上

(3)9V磁感应强度随时间均匀增大,根据楞次定律可知,通过R1的电流方向向上。(3)a、b两点间的电势差为R1两端电压,为U=IR1=9

V。12344.(电磁感应中的电路、图像问题)(2023北京101中学高二期末)如图甲所示,在一个正方形金属线圈区域内,存在着磁感应强度B随时间变化的匀强磁场,磁场的方向与线圈平面垂直。金属线圈所围的面积S=0.02m2,匝数n=1000,线圈电阻r=1.0Ω。线圈与电阻R构成闭合回路,电阻R=4.0Ω。匀强磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图乙所示,求:(1)0~4.0s内,通过