高中物理第1章法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律的綜合應(yīng)用學(xué)案教科版選修3-2(已修改)
2024-12-25 03:36 本頁(yè)面
【正文】 學(xué)案 6 習(xí)題課：法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律的綜合應(yīng)用 [目標(biāo)定位 ] .和法拉第電磁感應(yīng)定律解決電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題． 一、電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題 在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的回路將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)．若回路閉合，則產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以電磁感應(yīng)問(wèn)題常與電路知識(shí)綜合考查． 解決與電路相聯(lián)系的電磁感應(yīng)問(wèn)題的基本方法是： (1)明確哪部分導(dǎo)體或電路產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，該導(dǎo)體或電路就是電源，其他部分是外電路． (2)畫(huà)等效電路 圖．分清內(nèi)、外電路，畫(huà)出等效電路圖是解決此類問(wèn)題的關(guān)鍵． (3)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律 E＝ nΔ ΦΔ t或 E＝ BLv 確定，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由楞次定律或右手定則確定，在等效電源內(nèi)部從負(fù)極指向正極． (4)運(yùn)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點(diǎn)、電功率、電熱等公式聯(lián)立求解． 例 1 用相同導(dǎo)線繞制的邊長(zhǎng)為 L或 2L 的四個(gè)閉合導(dǎo)線框，以相同的速度勻速進(jìn)入右側(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng)，如圖 1 所示．在每個(gè)線框進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中， M、 N 兩點(diǎn)間的電壓分別為 Ua、 Ub、 Uc和 列判斷正確的是 ( ) 圖 1 A． UaUbUcUd B． UaUbUdUc C． Ua＝ UbUc＝ Ud D． UbUaUdUc 解析 Ua＝ 34BLv， Ub＝ 56BLv， Uc＝ 34 B2 Lv＝ 32BLv， Ud＝ 46B2 L v＝ 43BLv，故選 B. 答案 B 例 2 如圖 2 所示，有一范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度 B＝ T，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里．在磁場(chǎng)中有一半徑 r＝ m 的金屬圓環(huán)， 磁場(chǎng)與圓環(huán)面垂直，圓環(huán)上分別接有燈 L L2，兩燈的電阻均為 R0＝ 2 Ω. 一金屬棒 MN與圓環(huán)接觸良好，金屬棒與圓環(huán)的電阻均忽略不計(jì)． 圖 2 (1)若金屬棒以 v0＝ 5 m/s的速率在圓環(huán)上向右勻速滑動(dòng)，求金屬棒滑過(guò)圓環(huán)直徑的瞬間 MN中的電動(dòng)勢(shì)和流過(guò)燈 L1的電流； (2)撤去金屬棒 MN，若此時(shí)磁場(chǎng)隨時(shí)間均勻變化，磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率為 Δ BΔ t＝ 4π T/s，求回路中的電動(dòng)勢(shì)和燈 L1的電功率． 解析 (1)等效電路如圖所示． MN 中的電動(dòng)勢(shì) E1＝ B2 r v0＝ V MN 中的電流 I＝ E1R02＝ A 流過(guò)燈 L1的電流 I1＝ I2＝ A (2) 等效電路如圖所示 回路中的電動(dòng)勢(shì) E2＝ Δ BΔ tπ r2＝ V 回路中的電流 I′ ＝ E22R0＝ A 燈 L1的電功率 P1＝ I′ 2R0＝ 10 － 2 W 答案 (1) V A (2) V 10 － 2 W 二、電磁感應(yīng)中的圖像問(wèn)題 1．對(duì)于圖像問(wèn)題，搞清物理量之間的函數(shù)關(guān)系、變化 范圍、初始條件、斜率的物理意義等，往往是解題的關(guān)鍵． 2．解決圖像問(wèn)題的一般步驟 (1)明確圖像的種類，即是 B－ t圖像還是 Φ － t 圖像，或者 E－ t 圖像、 I－ t圖像等． (2)分析電磁感應(yīng)的具體過(guò)程． (3)確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) (或感應(yīng)電流 )的大小和方向，有下列兩種情況： ① 若回路面積不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化時(shí)，用楞次定律確定感應(yīng)電流的方向，用 E＝ nΔ ΦΔ t 確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的變化； ② 若磁場(chǎng)不變，導(dǎo)體桿切割磁感線，用右手定則判斷感應(yīng)電流的方向，用 E＝ BLv 確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小的變化． (4)涉及受力問(wèn) 題，可由安培力公式 F＝ BIL 和牛頓運(yùn)動(dòng)定律等規(guī)律寫(xiě)出有關(guān)函數(shù)關(guān)系式． (5)畫(huà)圖像或判斷圖像．特別注意分析斜率的變化、截距等． 例 3 在豎直方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，水平放置一圓形導(dǎo)體環(huán)．規(guī)定導(dǎo)體環(huán)中電流的正方向如圖 3甲所示，磁場(chǎng)方向向上為正．當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度 B隨時(shí)間 t按圖乙變化時(shí)，下列能正確表示導(dǎo)體環(huán)中感應(yīng)電流
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