【物理】2019届一轮复习人教版 电磁感应 学案

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【物理】2019届一轮复习人教版 电磁感应 学案

电磁感应 一、楞次定律的理解与应用 ‎1.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.感应电流的磁场方向不一定与原磁场方向相反,只有在磁通量增加时两者才相反,而在磁通量减少时两者是同向的.‎ ‎2.“阻碍”并不是“阻止”,而是“延缓”,回路中的磁通量变化的趋势不变,只不过变化得慢了.‎ ‎3.“阻碍”的表现:增反减同、来拒去留等.‎ 例1 如图1甲所示,圆形线圈P静止在水平桌面上,其正上方固定一螺线管Q,P和Q共轴,Q中通有变化电流i,电流随时间变化的规律如图乙所示,图甲中箭头方向为电流正方向,P所受的重力为G,桌面对P的支持力为FN,则(  )‎ 图1‎ A.t1时刻FN>G,P有收缩的趋势 B.t2时刻FN=G,此时穿过P的磁通量为0‎ C.t3时刻FN=G,此时P中无感应电流 D.t4时刻FNG,故A正确;当螺线管中电流不变时,其形成磁场不变,线圈P中的磁通量不变,因此磁铁线圈中无感应电流产生,线圈和磁铁间无相互作用力,故t2时刻FN=G,此时穿过P的磁通量不为0,故B错误;t3时刻螺线管中电流为零,但是线圈P中磁通量是变化的,因此此时线圈中有感应电流,故C错误;t4时刻电流不变时,其形成磁场不变,线圈P中磁通量不变,故D错误.‎ 二、电磁感应中的图象问题 对图象的分析,应做到:‎ ‎(1)明确图象所描述的物理意义;‎ ‎(2)明确各种物理量正、负号的含义;‎ ‎(3)明确斜率的含义;‎ ‎(4)明确图象和电磁感应过程之间的对应关系.‎ 例2 如图2所示,三条平行虚线位于纸面内,中间虚线两侧有方向垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度等大反向.菱形闭合导线框ABCD位于纸面内且对角线AC与虚线垂直,磁场宽度与对角线AC长均为d,现使线框沿AC方向匀速穿过磁场,以逆时针方向为感应电流的正方向,则从C点进入磁场到A点离开磁场的过程中,线框中电流i随时间t的变化关系图象可能是(  )‎ 图2‎ 答案 D 解析 导线框ABCD在进入左边磁场时,由楞次定律和安培定则可以判断出感应电流的方向应为正方向,选项B、C错误;当导线框ABCD一部分在左磁场区,另一部分在右磁场区时,回路中的最大电流要加倍,方向与刚进入时的方向相反,选项D正确,选项A错误.‎ 电磁感应中图象类选择题的两个常见解法 ‎1.排除法: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个物理量之间的函数关系,然后由函数关系对图象作出分析和判断,这未必是最简捷的方法,却是最有效的方法.‎ 三、电磁感应中的电路问题 求解电磁感应中电路问题的关键是分清楚内电路和外电路.‎ ‎“切割”磁感线的导体和磁通量变化的线圈都相当于“电源”,该部分导体的电阻相当于内电阻,而其余部分的电阻则是外电阻.‎ 例3 把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环,水平固定在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中,如图3所示,一长度为2a、电阻等于R、粗细均匀的金属棒MN放在圆环上,它与圆环始终保持良好的接触,当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时,求:‎ 图3‎ ‎(1)棒上电流的大小和方向及棒两端的电压UMN;‎ ‎(2)在圆环和金属棒上消耗的总热功率.‎ 答案 (1) 方向由N→M Bav ‎(2) 解析 (1)把切割磁感线的金属棒看成一个具有内阻为R、电动势为E的电源,两个半圆环看成两个并联电阻,画出等效电路如图所示.‎ 等效电源电动势为:E=Blv=2Bav.‎ 外电路的总电阻为:R外==R.‎ 棒上电流大小为:I===.‎ 电流方向从N流向M.‎ 根据闭合电路欧姆定律知,棒两端的电压为电源路端电压.UMN=IR外=Bav ‎(2)圆环和金属棒上消耗的总热功率为:‎ P=IE=.‎ 电磁感应中电路问题的分析方法 ‎1.明确电路结构,分清内、外电路,画出等效电路图.‎ ‎2.根据产生感应电动势的方式计算感应电动势的大小,如果是磁场变化,由E=n计算;如果是导体切割磁感线,由E=Blv计算.‎ ‎3.根据楞次定律或右手定则判断感应电流的方向.‎ ‎4.根据电路组成列出相应的方程式.‎ 四、电磁感应中的力电综合问题 此类问题涉及电路知识、动力学知识和能量观点,综合性很强,解决此类问题要注重以下三点:‎ ‎1.电路分析 ‎(1)找“电源”:确定出由电磁感应所产生的电源,求出电源的电动势E和内阻r.‎ ‎(2)电路结构分析 弄清串、并联关系,求出相关部分的电流大小,为求安培力做好铺垫.‎ ‎2.力和运动分析 ‎(1)受力分析:分析研究对象(常为金属杆、导体线圈等)的受力情况,尤其注意安培力的方向.‎ ‎(2)运动分析:根据力与运动的关系,确定出运动模型,根据模型特点,找到解决途径.‎ ‎3.功和能量分析 ‎(1)做功分析,找全力所做的功,弄清功的正、负.‎ ‎(2)能量转化分析,弄清哪些能量增加,哪些能量减小,根据功能关系、能量守恒定律列方程求解.‎ 例4 如图4所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ=30°的斜面上,导轨电阻不计,间距L=0.4 m,导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ,两区域的边界与斜面的交线为MN.Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下,Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁感应强度大小均为B=0.5 T.在区域Ⅰ中,将质量m1=0.1 kg、电阻R1=0.1 Ω的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑.然后,在区域Ⅱ中将质量m2=0.4 kg,电阻R2=0.1 Ω的光滑导体棒cd置于导轨上,由静止开始下滑.cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中,ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触,取g=10 m/s2,问:‎ 图4‎ ‎(1)cd下滑的过程中,ab中的电流方向;‎ ‎(2)ab刚要向上滑动时,cd的速度v多大;‎ ‎(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,cd滑动的距离x=3.8 m,此过程中ab上产生的热量Q是多少.‎ 答案 (1)由a流向b (2)5 m/s (3)1.3 J 解析 (1)由右手定则可判断出cd中的电流方向为由d到c,则ab中电流方向为由a流向b.‎ ‎(2)开始放置时ab刚好不下滑,ab所受摩擦力为最大静摩擦力,设其大小为Ffmax,有Ffmax=m1gsin θ①‎ 设ab刚要上滑时,cd棒的感应电动势为E,由法拉第电磁感应定律有E=BLv②‎ 设电路中的感应电流为I,由闭合电路欧姆定律有 I=③‎ 设ab所受安培力为F安,有F安=BIL④‎ 此时ab受到的最大静摩擦力方向沿导轨向下,由平衡条件有F安=m1gsin θ+Ffmax⑤‎ 联立①②③④⑤式,代入数据解得v=5 m/s.‎ ‎(3)设cd棒运动过程中在电路中产生的总热量为Q总,‎ 由能量守恒定律有m2gxsin θ=Q总+m2v2‎ 又Q=Q总,解得Q=1.3 J.‎
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