专题：电磁感应中的电路和图像问题课件-新人教版选修3-2教材

(对应学生用书对应学生用书P191)一、电磁感中的电路问题一、电磁感中的电路问题1内电路和外电路内电路和外电路(1)切切割割磁磁感感线线运运动动的的导导体体或或磁磁通通量量发发生生变变化化的的线线圈圈都都相当于相当于 (2)该该部部分分导导体体的的电电阻阻或或线线圈圈的的电电阻阻相相当当于于电电源源的的 ，其余部分是，其余部分是 电源电源 外电路外电路 内阻内阻 2电源电动势和路端电压电源电动势和路端电压(1)电动势：电动势：E 或或E .(2)路端电压：路端电压：UIR .Blv EIr 二、电磁感应图象问题二、电磁感应图象问题电磁感应现象中的图象及应用电磁感应现象中的图象及应用图象图象类型类型(1)随随 变化的图象如变化的图象如Bt图象，图象，t图象、图象、Et图象和图象和It图象图象(2)随随 变化的图象如变化的图象如Ex图象和图象和Ix图象图象问题问题类型类型(1)由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量的物理量(用图象用图象)应用应用知识知识左手定则、安培定则、右手定则、左手定则、安培定则、右手定则、欧姆定律、牛顿定律、函、欧姆定律、牛顿定律、函数图象等知识数图象等知识.时间时间t 位移位移x 楞次定律楞次定律 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 关于电磁感应图象问题的关于电磁感应图象问题的“四明确一理解四明确一理解”(1)四个明确四个明确明确图象所描述的物理意义明确图象所描述的物理意义明确图象中各种正、负号的含义明确图象中各种正、负号的含义明确图象斜率的含义明确图象斜率的含义明确图象和电磁感应过程之间的对应关系明确图象和电磁感应过程之间的对应关系1.问题归类问题归类两种类型两种类型求解的物理量求解的物理量应用的物理规律应用的物理规律以闭合电以闭合电路欧姆定路欧姆定律为中心律为中心进行的求进行的求解解感应电动势感应电动势E、电流、电流I、路端电压、路端电压U、电路、电路中通过的电荷量中通过的电荷量q以以及闭合电路中的能量及闭合电路中的能量转化等转化等法拉第电磁感应定律、法拉第电磁感应定律、闭合电路的欧姆定律、闭合电路的欧姆定律、电流的定义、功能关电流的定义、功能关系以及能量守恒定律系以及能量守恒定律等等以部分电以部分电路欧姆定路欧姆定律为中心律为中心进行的求进行的求解解六个基本物理量六个基本物理量(电电压、电流、电阻、电压、电流、电阻、电功、电功率和电热功、电功率和电热)、电容器充电电荷量、电容器充电电荷量等等三条定律三条定律(部分电路部分电路欧姆定律、电阻定律欧姆定律、电阻定律和焦耳定律和焦耳定律)以及若以及若干基本规律干基本规律(串、并串、并联电路特点等联电路特点等)2一些常见的误区一些常见的误区(1)误误区区一一：不不能能正正确确分分析析感感应应电电动动势势与与感感应应电电流流方方向向的的关关系系及及内内、外外电电路路中中电电势势的的高高低低关关系系在在电电磁磁感感应应现现象象中中，电电源源内内部部的的电电流流方方向向即即为为感感应应电电动动势势的的方方向向，内内电电路路中中电电流流由由低电势流向高电势，而外电路中电流从高电势流向低电势低电势流向高电势，而外电路中电流从高电势流向低电势(2)误误区区二二：应应用用欧欧姆姆定定律律分分析析求求解解电电路路时时，忘忘记记了了等等效电源内阻对电路的影响效电源内阻对电路的影响(3)误区三：对连接在电路中电表的测量不能正确地分误区三：对连接在电路中电表的测量不能正确地分析，特别是并联在等效电源两端的电压表，它所测量的是路端析，特别是并联在等效电源两端的电压表，它所测量的是路端电压，而不是等效电源的电动势电压，而不是等效电源的电动势(1)调调节节RxR，释释放放导导体体棒棒，当当棒棒沿沿导导轨轨匀匀速速下下滑滑时时，求通过棒的电流求通过棒的电流I及棒的速率及棒的速率v.(2)改改变变Rx，待待棒棒沿沿导导轨轨再再次次匀匀速速下下滑滑后后，将将质质量量为为m、带带电电荷荷量量为为q的的微微粒粒水水平平射射入入金金属属板板间间，若若它它能能匀匀速速通通过过，求此时的求此时的Rx.1.图象问题的特点图象问题的特点考考查查方方式式比比较较灵灵活活，有有时时根根据据电电磁磁感感应应现现象象发发生生的的过过程程，确确定定图图象象的的正正确确与与否否，有有时时依依据据不不同同的的图图象象，进进行行综综合合计计算算2图象问题的求解类型图象问题的求解类型类型类型据电磁感应过程选图象据电磁感应过程选图象据图象分析判断据图象分析判断电磁感应过程电磁感应过程求求解解流流程程3.解题关键解题关键弄弄清清初初始始条条件件，正正、负负方方向向的的对对应应变变化化范范围围，所所研研究究物理量的函数表达式，进出磁场的转折点是解决问题的关键物理量的函数表达式，进出磁场的转折点是解决问题的关键4解决图象问题的一般步骤解决图象问题的一般步骤(1)明明确确图图象象的的种种类类，即即是是Bt图图象象还还是是t图图象象，或或者者Et图象、图象、It图象等图象等(2)分析电磁感应的具体过程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对应关系用右手定则或楞次定律确定方向对应关系(4)结结合合法法拉拉第第电电磁磁感感应应定定律律、欧欧姆姆定定律律、牛牛顿顿定定律律等等规律写出函数关系式规律写出函数关系式(5)根根据据函函数数关关系系式式，进进行行数数学学分分析析，如如分分析析斜斜率率的的变变化、截距等化、截距等(6)画图象或判断图象画图象或判断图象说说明明：对对于于图图象象问问题题，应应做做“三三看看”、“三三明明确确”，即即(1)看轴看轴看清变量看清变量(2)看线看线看图象的形状看图象的形状(3)看点看点看特殊点和转折点看特殊点和转折点(4)明确图象斜率的物理意义明确图象斜率的物理意义(5)明确截距的物理意义明确截距的物理意义(6)明确明确“”“”的含义的含义现以现以b点为原点点为原点O，沿直角边，沿直角边bc作作x轴，让在纸面内与轴，让在纸面内与abc形状完全相同的金属线框形状完全相同的金属线框ABC的的BC边处在边处在x轴上，轴上，t0时线时线框框C点恰好位于原点点恰好位于原点O的位置让的位置让ABC沿沿x轴正方向以恒定的速轴正方向以恒定的速度度v穿过磁场，现规定逆时针方向为线框中感应电流的正方向，穿过磁场，现规定逆时针方向为线框中感应电流的正方向，如下图所示四个如下图所示四个ix图象中，能正确表示感应电流随线框位移图象中，能正确表示感应电流随线框位移变化关系的是变化关系的是()尝试解答尝试解答在在x02L过程中，由于通过线框的磁通过程中，由于通过线框的磁通量始终为零，因此感应电流为零；在量始终为零，因此感应电流为零；在x2L3L过程中，感应过程中，感应电流先由电流先由2i0逐渐减小到零后又增大到逐渐减小到零后又增大到i0；在；在x3L4L过程过程中，感应电流从中，感应电流从i0逐渐减小到零，能正确表示感应电流随线逐渐减小到零，能正确表示感应电流随线框位移变化关系的是图框位移变化关系的是图D.答案答案 D解题时一定要分析清楚运动过程，找出切割磁感线的解题时一定要分析清楚运动过程，找出切割磁感线的有效长度，要有全局观，同时搞清切割磁感线的有几部分导体有效长度，要有全局观，同时搞清切割磁感线的有几部分导体注意每段导体中的感应电动势的方向利用感应电流方向和注意每段导体中的感应电动势的方向利用感应电流方向和it图象里的面积表示电荷量进行选项排除是较便利的方法图象里的面积表示电荷量进行选项排除是较便利的方法答案答案 BC(对应学生用书对应学生用书P193)物理思维方法物理思维方法“等效法等效法”在电磁感应中的应用在电磁感应中的应用“等等效效法法”是是从从事事物物间间的的等等同同效效果果出出发发来来研研究究问问题题的的科科学学思思维维方方法法运运用用等等效效法法，可可以以在在某某种种物物理理意意义义效效果果相相同同的的前前提提下下，把把实实际际的的、复复杂杂的的物物理理现现象象、物物理理过过程程转转化化为为理理想想的的、简简单单的的、等等效效的的物物理理现现象象、物物理理过过程程来来处处理理在在使使用用等等效效法法处处理问题时应注意以下两点：理问题时应注意以下两点：1等等效效前前和和等等效效后后的的物物理理现现象象和和物物理理过过程程应应遵遵守守相相同同的物理规律的物理规律2等等效效法法的的实实质质是是“等等同同性性”，常常见见的的等等效效法法有有三三种种：模型的等效、过程的等效、作用的等效模型的等效、过程的等效、作用的等效(22分分)(2012高考浙江卷高考浙江卷)为了提高自行车夜间行驶的安为了提高自行车夜间行驶的安全性，小明同学设计了一种全性，小明同学设计了一种“闪烁闪烁”装置如图所示，自行车装置如图所示，自行车后轮由半径后轮由半径r15.0102 m的金属内圈、半径的金属内圈、半径r20.40 m的金的金属外圈和绝缘辐条构成属外圈和绝缘辐条构成(2)当当金金属属条条ab进进入入“扇扇形形”磁磁场场时时，画画出出“闪闪烁烁”装装置的电路图；置的电路图；(3)从从金金属属条条ab进进入入“扇扇形形”磁磁场场时时开开始始，经经计计算算画画出出轮轮子子转转一一圈圈过过程程中中，内内圈圈与与外外圈圈之之间间电电势势差差Uab随随时时间间t变变化化的的Uabt图象；图象；(4)若若选选择择的的是是“1.5 V0.3 A”的的小小灯灯泡泡，该该“闪闪烁烁”装装置置能能否否正正常常工工作作？有有同同学学提提出出，通通过过改改变变磁磁感感应应强强度度B、后后轮轮外外圈圈半半径径r2、角角速速度度和和张张角角等等物物理理量量的的大大小小，优优化化前前同同学学的设计方案，请给出你的评价的设计方案，请给出你的评价思思维维启启迪迪(1)ab边边进进入入磁磁场场时时，ab边边相相当当于于电电源源，其其他他三三个个边边并并联联相相当当于于外外电电路路；其其他他边边进进入入磁磁场场时时，磁磁场场中中的的那那个个边边相相当当于于电电源源，ab边边与与另另外外两两个个边边并并联联相相当当于于外外电电路路不不论论哪一种情况，哪一种情况，ab边的电压都等于路端电压边的电压都等于路端电压(2)电路中电流、电压的计算可参照以下思路进行：电路中电流、电压的计算可参照以下思路进行：(2)通过分析，可得电路图为通过分析，可得电路图为(3分分)在在T1 s内内，金金属属条条有有四四次次进进出出，后后三三次次与与第第一一次次相相同同由由可画出如下可画出如下Uabt图象图象(4分分)(4)“闪闪烁烁”装装置置不不能能正正常常工工作作(金金属属条条的的感感应应电电动动势势只只有有4.9102 V，远远小小于于小小灯灯泡泡的的额额定定电电压压，因因此此无无法法工工作作)(4分分)B增大，增大，E增大，但有限度；增大，但有限度；r2增大，增大，E增大，但有限度；增大，但有限度；增大，增大，E增大，但有限度；增大，但有限度；增大，增大，E不变不变(2012苏州模拟苏州模拟)将一个矩形金属线框折成直角框架将一个矩形金属线框折成直角框架abcdefa，置于倾角为，置于倾角为37的斜面上，的斜面上，ab边与斜面的底线边与斜面的底线MN平行，如图所示平行，如图所示.(1)求求线线框框中中感感应应电电流流的的大大小小，并并指指出出ab段段导导线线上上感感应应电流的方向；电流的方向；(2)t为何值时框架的为何值时框架的ab边对斜面的压力恰为零；边对斜面的压力恰为零；(3)从从t0开始到该时刻通过开始到该时刻通过ab边的电荷量是多少边的电荷量是多少答案答案(1)1.0 Aab(2)0.8 s(3)0.8 C令线框的令线框的cd边刚好与磁场左边界重合时，边刚好与磁场左边界重合时，t0，Uab0为正，为正，U0Blv.在下图中，关于线框中在下图中，关于线框中a、b两点间的电势差两点间的电势差Uab随线框随线框cd边的位移边的位移x变化的图象中正确的是变化的图象中正确的是()易错分析易错分析 本题出错原因在于过程分析不全面，没有本题出错原因在于过程分析不全面，没有灵活运用闭合电路的特点，也没有分析内、外电路以及部分电灵活运用闭合电路的特点，也没有分析内、外电路以及部分电路间的连接关系另外题目中规定的路间的连接关系另外题目中规定的Uab0也要注意，不可忽也要注意，不可忽视弄清初始条件，正、负方向的对应变化范围，所研究物理视弄清初始条件，正、负方向的对应变化范围，所研究物理量的函数表达式，进出磁场的转折点是解决问题的关键量的函数表达式，进出磁场的转折点是解决问题的关键电磁感应中的图象问题的分析，要抓住磁通量的变化，电磁感应中的图象问题的分析，要抓住磁通量的变化，从而推知感应电动势从而推知感应电动势(电流电流)大小变化的规律，用楞次定律判断大小变化的规律，用楞次定律判断出感应电动势出感应电动势(电流电流)的方向，从而确定其正负及其在坐标系中的方向，从而确定其正负及其在坐标系中的范围另外，要解决图象问题，必须能把图象反映的规律对的范围另外，要解决图象问题，必须能把图象反映的规律对应到实际过程中去，最终根据实际过程的物理规律进行判断，应到实际过程中去，最终根据实际过程的物理规律进行判断，才是解决图象问题的根本才是解决图象问题的根本如图所示，在如图所示，在PQ、QR区域中存在着磁感应强度大小相区域中存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面一导线框等、方向相反的匀强磁场，磁场方向均垂直于纸面一导线框abcdefa位于纸面内，框的邻边都相互垂直，位于纸面内，框的邻边都相互垂直，bc边与磁场的边边与磁场的边界界P重合导线框与磁场区域的尺寸如图所示从重合导线框与磁场区域的尺寸如图所示从t0时刻开时刻开始，线框匀速横穿两个磁场区域以始，线框匀速横穿两个磁场区域以abcdef为线框为线框中的电动势中的电动势E的正方向，则如图所示的四个的正方向，则如图所示的四个Et关系示意图中关系示意图中正确的是正确的是()解解析析由由右右手手定定则则和和EBlv判判定定水水平平位位移移从从0l时时EBlv；从从l2l时时，E0；从从2l3l时时，E3Blv；从从3l4l时，时，E2Blv，可知图，可知图C正确正确答案答案 C(对应学生用书对应学生用书P195)1矩矩形形导导线线框框abcd(如如图图(甲甲)放放在在匀匀强强磁磁场场中中，磁磁感感线线方方向向与与线线框框平平面面垂垂直直，磁磁感感应应强强度度B随随时时间间变变化化的的图图象象如如图图(乙乙)所示所示t0时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里时刻，磁感应强度的方向垂直纸面向里若若规规定定导导线线框框中中感感应应电电流流逆逆时时针针方方向向为为正正，则则在在04 s时时间间内内，线线框框中中的的感感应应电电流流I以以及及线线框框的的ab边边所所受受安安培培力力F随随时时间变化的图象为间变化的图象为(安培力取向上为正方向安培力取向上为正方向)()答案答案 C2.如图所示，两根相距为如图所示，两根相距为l的平行直导轨的平行直导轨ab、cd，b、d间连有一固定电阻间连有一固定电阻R，导轨电阻可忽略不计，导轨电阻可忽略不计MN为放在为放在ab和和cd上的一导体杆，与上的一导体杆，与ab垂直，其电阻也为垂直，其电阻也为R.整个装置处于匀强整个装置处于匀强磁场中，磁感应强度的大小为磁场中，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直于导轨所在平，磁场方向垂直于导轨所在平面面(指向图中纸面内指向图中纸面内)现对现对MN施力使它沿导轨方向以速度施力使它沿导轨方向以速度v做做匀速运动令匀速运动令U表示表示MN两端电压的大小，则两端电压的大小，则()答案答案 A3(2012东城一模东城一模)如图所示正方形闭合导线框处于磁如图所示正方形闭合导线框处于磁感应强度恒定的匀强磁场中，感应强度恒定的匀强磁场中，C、E、D、F为线框中的四个顶为线框中的四个顶点，图点，图(甲甲)中的线框绕中的线框绕E点转动，图点转动，图(乙乙)中的线框向右平动，磁中的线框向右平动，磁场足够大下列判断正确的是场足够大下列判断正确的是()A图图(甲甲)线框中有感应电流产生，线框中有感应电流产生，C点电势比点电势比D点低点低B图图(甲甲)线框中无感应电流产生，线框中无感应电流产生，C、D两点电势相等两点电势相等C图图(乙乙)线框中有感应电流产生，线框中有感应电流产生，C点电势比点电势比D点低点低D图图(乙乙)线框中无感应电流产生，线框中无感应电流产生，C、D两点电势相等两点电势相等答案答案 B4.(2012太原市高三基础测试太原市高三基础测试)如图，边长为如图，边长为2l的正方形的正方形虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个边长为虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一个边长为l的正方的正方形导线框所在平面与磁场方向垂直，导线框和虚线框的对角线形导线框所在平面与磁场方向垂直，导线框和虚线框的对角线共线从共线从t0开始，使导线框从图示位置开始以恒定速度沿对开始，使导线框从图示位置开始以恒定速度沿对角线方向进入磁场，直到整个导线框离开磁场区域用角线方向进入磁场，直到整个导线框离开磁场区域用I表示表示导线框中的感应电流，取逆时针方向为正，则下列表示导线框中的感应电流，取逆时针方向为正，则下列表示It关关系的图线中，大致正确的是系的图线中，大致正确的是()答案答案 D