第2章 拓展课四 电磁感应中的综合问题（Word教参）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册（鲁科版2019）

拓展课四　电磁感应中的综合问题 核心 素养 物理观念 科学思维 1.会应用法拉第电磁感应定律结合电路知识分析图像问题。 2.能够应用动力学方法分析电磁感应中的平衡和加速运动。 3.综合应用动力学和能量观点分析电磁感应问题。 1.掌握电磁感应中的等效电路图思维。 2.掌握电磁感应中的图形转换思维。 3.了解电磁感应中的动力学分析与能量守恒思维。 [对应学生用书P40] 探究点一　电磁感应中的电路问题　(科学思维之提升) ►要点归纳 1.电磁感应与电路知识的关系图 2.电磁感应电路的几个等效问题 ►对点例练 如图所示，用相同的均匀导线制成的两个圆环a和b，已知b的半径是a的两倍。若在a内存在随时间均匀变化的磁场，b在磁场外，M、N两点间的电势差为U；若该磁场存在于b内，a在磁场外，M、N两点间的电势差为多大？(M、N在连接两环的导线的中点，该连接导线的长度不计) (1)确定电源； (2)确定感应电动势的大小； (3)确定内、外电阻的大小； (4)确定路端电压 答案：2U 解析：磁场的变化引起磁通量的变化，从而使闭合电路产生感应电流。 由题意知，磁场随时间均匀变化，设磁场的变化率为，a的半径为r，则b的半径为2r，圆环导线单位长度电阻为R0。 圆环a的电阻Ra＝2πrR0，圆环b的电阻Rb＝4πrR0。因此有Rb＝2Ra 磁场在a中时，a相当于电源，根据法拉第电磁感应定律，电动势Ea＝πr2 当磁场在b中时，b相当于电源，所以 Eb＝π(2r)2＝4Ea U是a为电源时的路端电压，由闭合电路欧姆定律得 U＝Rb 设Ub是b为电源时的路端电压，同理有 Ub＝Ra 将上面各式联立解得Ub＝2U。 [练1](多选)如图，垂直纸面的正方形匀强磁场区域内，有一位于纸面的正方形导体框abcd，现将导体框分别朝两个方向以v、3v速度匀速拉出磁场，则导体框从两个方向移出磁场的两个过程中(　　) A．导体框中产生的感应电流方向相同 B．导体框ad边两端的电势差为零 C．导体框中产生的焦耳热相同 D．通过导体框横截面的电荷量相同 AD　解析：将导体框拉出磁场的过程中，穿过线框的磁通量都减小，由楞次定律判断出感应电流的方向都沿逆时针方向(从上向下看)，方向相同，A正确；根据E＝Blv知，两次拉导体框的速度不同，感应电动势不同，向右拉出时Uda＝E1＝，向上拉出时Uad＝E2＝，B错误；又I＝，导体框的电阻一样，所以电流不同，而q＝It＝·＝，因此两次通过导体框横截面的电荷量相同，D正确；由Q＝t＝·＝知，导体框中产生的焦耳热不同，C错误。 分析电磁感应现象中电路问题的基本思路 探究点二　电磁感应图像问题　(科学思维之提升) ►要点归纳 1.图像问题 图像类型 (1)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随导体位移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、右手定则、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.解题关键 (1)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，进出磁场的转折点等。 (2)应做到“三看”“三明确”，即： ①看轴——看清变量； ②看线——看图线的形状； ③看点——看特殊点和转折点； ④明确图像斜率的物理意义； ⑤明确截距的物理意义； ⑥明确“＋”“－”的含义。 3.常用方法 (1)排除法：定性分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化情况(变化快慢及均匀变化还是非均匀变化)，特别是分析物理量的正负，以排除错误的选项。 (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像进行分析和判断。 ►对点例练 (多选)如图甲所示，在水平绝缘的桌面上，一个用电阻丝构成的闭合矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场垂直，规定磁场的方向垂直桌面向下为正，磁感应强度B随时间t的变化关系如图乙所示。线框中的感应电流i (规定逆时针为正)随时间t变化的图线和ab边受到的安培力F(规定向右为正)随时间t变化的图线，下列选项中可能正确的是(　　) BD　解析：在0～1 s内，磁感应强度B均匀增加，则线框中产生感应电流，由楞次定律可得电流方向为逆时针，由法拉第电磁感应定律可得，感应电流大小恒定。由于规定电流逆时针方向为正，则由左手定则可得，ab边受到的安培力F方向向右，则安培力为正值，且大小随着磁感应强度B的变化而变化。在1～2 s内