2019_2020学年高中物理第一章电磁感应第五节课时2电磁感应中的电路问题和图象问题学案粤教版

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1、课时2　电磁感应中的电路问题和图象问题[学科素养与目标要求]　物理观念：进一步熟练掌握法拉第电磁感应定律、楞次定律、闭合电路欧姆定律．科学思维：1.掌握分析电磁感应现象中电路问题的基本思路和方法，建立解决电磁感应现象中电路问题的思维模型.2.将抽象思维与形象思维相结合，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象问题．一、电磁感应中的电路问题1．明确哪部分电路或导体产生感应电动势，该部分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E＝n或E＝Blv确定感应电动势的大小，用楞次定律或右手

2、定则确定感应电流的方向．注意在等效电源内部，电流方向从负极流向正极．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(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

3、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RaP＝R、RbP＝R，于是可画出如图所示的等效电路图．电源电动势为E＝BLv，外电阻为R外＝＝R.总电阻为R总＝R外＋r＝R＋R，即R总＝R.电路中的电流：I＝＝.通过aP段的电流：IaP＝I＝，方向由P到a.[学科素养]　例1考查了电磁感应中的电路问题．正确画出等效电路图是解题的关键，所以要熟记以下两点：(1)“切割”磁感线的导体(或磁通量发生变化的线圈)相当于“电源”．(2)在“电源”内部电流从负极流向正极，解决本题的思路：先确定“电源”，画出等效电路图，再利用闭合电路欧姆定律

4、来计算总电流，然后根据电路的串、并联关系求出aP段中的电流，通过这样的分析培养了学生的综合分析能力，很好地体现了“科学思维”的学科素养．针对训练　如图所示为用相同导线制成的边长为L或2L的4个单匝闭合线框，以相同的速度先后沿垂直于磁场边界的方向穿过正方形匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，区域宽度大于2L，则进入磁场过程中，感应电流最大的回路是(　　)答案　C解析　线框进入磁场过程中，做切割磁感线运动，设切割磁感线的有效长度为d，产生的感应电动势E＝Bdv，根据电阻定律可知，线框的电阻R＝ρ，由闭合电路欧姆定律可知，回路中的感应电流I＝，联立以上各式有

5、I＝·，所以线框的越大，感应电流越大，对照4种图形可知，C正确．二、电磁感应中的图象问题1．问题类型(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B－t图象、Φ－t图象、E－t图象和I－t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E－x图象和I－x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2　(2018·北京101中学高二下学期期中

6、)如图2甲所示，矩形线圈abcd位于匀强磁场中，磁场方向垂直线圈所在平面，磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示．以图中箭头所示方向为线圈中感应电流i的正方向，以垂直于线圈所在平面向里为磁感应强度B的正方向，则下列图中能正确表示线圈中感应电流i随时间t变化规律的是(　　)图2答案　C解析　由法拉第电磁感应定律和欧姆定律得：I＝＝＝·，所以线圈中的感应电流决定于磁感应强度B随t的变化率，B－t图象的斜率为，故在2～3s内感应电流的大小是0～1s内的2倍．再由B－t图象可知，0～1s时间内，B增大，Φ增大，感应电流的磁场与原磁场方向相反(感应电流的磁场方

7、向向外)，由楞次定律知，感应电流是逆时针的，因而是负值．所以可判断0～1s为负的恒值；1～2s为零；2～3s为正的恒值，C正确．例3　如图3所示，一底边长为L、底边上的高也为L的等腰三角形导体线框以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过长为2L、宽为L的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里．t＝0时刻，三角形导体线框的底边刚进入磁场，取沿逆时针方向的感应电流为正方向，则在三角形导体线框穿过磁场区域的过程中，感应电流i随时间t变化的图线可能是(　　)图3答案　A解析　根据E＝BL有v，I＝＝可知，三角形导体线框进、出磁场时，有效切割长度L有都变小，则I也变

8、小．再根据楞次定律及安培定则，可知进、出磁场时感应电流的方向相反，进磁场时感应电流方向为正方向