第2章 电磁感应 素养拓展课（二）电磁感应中的三类典型问题（Word教参）-【优化指导】2021-2022学年新教材高中物理选择性必修第二册(人教版2019)

素养拓展课(二)　电磁感应中的三类典型问题 学习目标 1.熟悉电磁感应中的常见图像问题，掌握图像问题的分析方法和解题基本思路． 2．应用电磁感应定律和欧姆定律解决电磁感应中的电路问题． 3．运用电磁感应定律和功能关系解决电磁感应中能量转化问题． [对应学生用书P28] 1．问题概括 图像 类型 (1)电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图像，即B­t图像、Φ­t图像、E­t图像和I­t图像 (2)对于切割磁感线时产生感应电动势和感应电流的情况，还常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈(或导线)位移x变化的图像，即E­x图像和I­x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 (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 应用知识 左手定则、安培定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律、相关数学知识等 2.解决图像问题的一般步骤 (1)明确图像的种类，即是B­t图像还是Φ­t图像，或是E­t图像、I­t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对应关系． (4)结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式． (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． (2021·山东德州高二检测)如图甲所示，两个相邻的有界匀强磁场区，方向相反，且垂直纸面，磁感应强度的大小均为B，以磁场区左边界为y轴建立坐标系，磁场区在y轴方向足够长，在x轴方向宽度均为A．矩形导线框ABCD的CD边与y轴重合，AD边长为A．线框从图示位置水平向右匀速穿过两磁场区域，且线框平面始终保持与磁场垂直．以逆时针方向为电流的正方向，线框中感应电流i与线框移动距离x的关系图像正确的是图乙中的(　　) C　[线框进入磁场，在进入磁场0～a的过程中，E＝Bav，电流I0＝，方向为逆时针方向，为正．在进入磁场a～2a的过程中，电动势E＝2Bav，电流I1＝＝2I0，方向为顺时针方向，为负．在进入磁场2a～3a的过程中，E＝Bav，电流I2＝＝I0，方向为逆时针方向，为正，故C正确，A、B、D错误．] [题后总结]　解决线框进出磁场问题需要注意的事项 (1)由线框的形状判断切割磁感线的有效长度是否变化及如何变化． (2)若只有一个磁场且范围足够大，关注以下两个过程即可：进入磁场的过程；离开磁场的过程． (3)若有两个不同的磁场，还需注意线框的边分别在不同磁场时产生感应电流方向的关系． [训练1]　如图所示，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，磁场方向垂直于纸面向里．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变化的图像可能是(　　) A　[根据E＝BLv，I＝＝，三角形导体线框进入、离开磁场时，有效长度L都变小．再根据右手定则，进入、离开磁场时感应电流方向相反，进入磁场时感应电流方向为正方向，离开磁场时感应电流方向为负方向，故选A．] [训练2]　如图甲所示，矩形导线框abcd固定在匀强磁场中，磁感线的方向与导线框所在平面垂直，规定磁场的正方向垂直于纸面向里，磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示，若规定顺时针方向为感应电流的正方向，则感应电流随时间变化的图像正确的是(　　) D　[0～1 s内，磁感应强度B均匀增大，由法拉第电磁感应定律可知，产生的感应电动势E＝恒定，电流i＝恒定；由楞次定律可知，电流方向为逆时针方向，即负方向，故i­t图像上是一段平行于t轴的直线，且在t轴下方，可见，选项A、C错误．同理可知在1～2 s内电流方向为逆时针方向(正方向)，在2～3 s内，磁感应强度反向均匀增大，由法拉第电磁感应定律知，产生的感应电动势E＝恒定，电流i＝恒定，由楞次定律知，电流方向为顺时针方向，即正方向，故i­t图像上是一段平行于t轴的直线，且在t轴上方，选项B错误，D正确．] 1．对电源的理解 (1)在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体相当于电源，如切割磁感线的导体棒、磁通量发生变化的线圈等，“电源”将其他形式的能转化为电能． (2)感应电流和感应电动势的方向，都是通过相当于电源的部分根据右手定则或楞次定律判定的．实际问题中应注意外电路电流由高电势处流向低电势处，而内电路则相反． 2．对电路的理解 (1)内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈，外电路由电阻、电容等电学元件组成． (2)在闭合电路中，相当于“电源”的导体两端的电压与真实的电源两端的电压一样，等于路端电压，而不等于感应电动