第2章 素养提升课3 电磁感应中的电路及图像问题-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修 第二册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

素养提升课三　电磁感应中的电路及图像问题 [学习目标]　1.会处理电磁感应中的电路问题。　2.会处理电磁感应中的图像问题。 提升点一　电磁感应中的电路问题 1．处理电磁感应中电路问题的一般思路 (1)明确等效电源：明确哪部分电路或导体产生感应电动势，该部分电路或导体就相当于电源，其他部分是外电路。 (2)画等效电路图：分清内、外电路。 (3)用规律： ①用法拉第电磁感应定律E＝n或E＝Blv确定感应电动势的大小； ②用楞次定律或右手定则确定感应电流的方向。在等效电源内部，电流方向从负极指向正极。 (4)求解问题：运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、电热等公式联立求解有关问题。 2．感应电荷量q的求解 (1)公式：q＝。 (2)推导：闭合回路中磁通量发生变化时，电荷发生定向移动而形成感应电流，在Δt时间内迁移的电荷量(感应电荷量)q＝IΔt＝•Δt＝n••Δt＝。 注意：由q＝可知，感应电荷量q由线圈匝数、回路的总电阻和磁通量的变化量共同决定，与时间无关。 (多选)如图所示，由粗细均匀的总电阻为3R的金属条制成的矩形线框abcd，固定在水平面内且处于方向竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中。一接入电路的电阻为R 学生用书↓ 第50页 的导体棒PQ，在水平拉力作用下沿ab、dc以速度v匀速滑动，滑动过程中PQ始终与ab垂直，且与线框接触良好，不计摩擦。在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中(　　 ) A．PQ中电流先增大后减小 B．PQ两端电压先增大后减小 C．PQ上拉力的功率先减小后增大 D．线框消耗的电功率先减小后增大 [审题指导]　在PQ从靠近ad处向bc滑动的过程中： (1)导体棒PQ相当于电源。 (2)外电路的电阻先增大后减小。 BC　[设PQ左侧电路的电阻为Rx，则右侧电路的电阻为3R－Rx，所以外电路的总电阻为R外＝，外电路电阻先增大后减小，再根据闭合电路欧姆定律可得PQ中的电流I＝，先减小后增大，路端电压U＝E－Ir，先增大后减小，故A错误，B正确；由于导体棒做匀速运动，拉力等于安培力，即F＝IlB，拉力的功率P＝IlBv，先减小后增大，所以C正确；外电路的总电阻R外＝，当Rx＝R时R外最大，最大值为R，小于导体棒的电阻R，又外电阻先增大后减小，由电源的输出功率与外电阻的关系可知，线框消耗的电功率先增大后减小，故D错误。] 针对练1.如图甲为手机及无线充电板。图乙为充电原理示意图。交流电源接充电板，对充电板供电，充电板内的送电线圈可产生交变磁场，从而使手机内的受电线圈产生交变电流，再经整流电路转变成直流电后对手机电池充电。为方便研究，现将问题做如下简化：设受电线圈的匝数为n，面积为S，若在t1到t2时间内，磁场垂直于受电线圈平面向上穿过线圈，其磁感应强度由B1均匀增加到B2。下列说法正确的是(　　 ) A．c点的电势高于d点的电势 B．受电线圈中感应电流方向由d到c C．c、d之间的电势差为 D．若想增大c、d之间的电势差，可以仅增加送电线圈中的电流的变化率 D　[受电线圈平面磁感应强度向上，由B1均匀增加到B2，根据楞次定律可得受电线圈中的感应电流为顺时针(从上往下)，即受电线圈中的电流为c→d，受电线圈作为等效电源，电源内部电流由低电势流向高电势，即φc<φd，故A、B错误；根据法拉第电磁感应定律可求得受电线圈的感应电动势大小为E＝n＝，又因为φc<φd，则c、d之间电势差为Ucd＝－，故C错误；仅增加送电线圈中的电流的变化率，穿过受电线圈的增大，所以c、d两端的电势差增大，故D项正确。] 针对练2.如图所示，电阻不计的导轨OPQS固定，其中PQS是半径为r的半圆弧，Q为半圆弧的中点，O为圆心，OM是长为r的可绕O转动的金属杆，其电阻为R，M端与导轨接触良好。空间存在与平面垂直且向里的匀强磁场(图中未画出)，磁感应强度的大小为B，现使OM从OQ位置起以角速度ω逆时针匀速转到OS位置。则该过程中(　　) A．产生的感应电流大小恒定，方向为 OPQMO B．通过OM的电荷量为 C．回路中的感应电动势大小为Br2ω D．金属杆OM的发热功率为 AB　[由导体棒绕其端点在磁场中转动时产生的电动势为：E＝Brv＝Br•＝Br2ω，所以产生的电动势恒定，电流恒定，由于磁场方向垂直纸面向里，由右手定则可知电流的方向为OPQMO，故A正确，C错误；由公式q＝＝＝，故B正确；由闭合电路欧姆定律得：I＝＝，发热功率为P＝I2R＝， 故D错误。故选A、B。] 针对练3.(多选)如图为带灯的自行车后轮的示意图，金属轮框与轮轴之间均匀地连接四根金属条，每根金属条中间都串接一个阻值为3 Ω的小灯泡，车轮半径为0.3 m，轮轴半径可以忽略。车架上固定一个强磁铁，可形成圆心角为60°的扇形匀强磁场区域，磁感应强度大小为2.0 T，