(讲义)第2章 素养提升课5 电磁感应中的电路及图像问题-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(人教版2019)

素养提升课(五)　电磁感应中的电路及图像问题 1．进一步理解公式E＝n与E＝Blv的区别和联系，能够应用两个公式求解感应电动势。 2．掌握电磁感应现象中电路问题的分析方法和解题基本思路。 3．综合应用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决电磁感应中的图像问题。 　电磁感应中的电路问题 1．电磁感应中电路知识的关系图 2．解决电磁感应中的电路问题三部曲 【典例1】　在如图甲所示的电路中，螺线管匝数n＝1 000匝，横截面积S＝20 cm2，螺线管导线电阻r＝1.0 Ω，R1＝4.0 Ω，R2＝5.0 Ω，C＝30 μF。在一段时间内，垂直穿过螺线管的磁场的磁感应强度B的方向如图甲所示，大小按如图乙所示的规律变化，则下列说法正确的是(　　) A．螺线管中产生的感应电动势为1.2 V B．闭合S，电路中的电流稳定后，电容器下极板带负电 C．闭合S，电路中的电流稳定后，电阻R1的电功率为2.56×10-2 W D．S断开后，流经R2的电荷量为1.8×10-2 C C　[根据法拉第电磁感应定律：E＝n，解得：E＝0.8 V，A错误；根据楞次定律可知，螺线管的感应电流盘旋而下，则螺线管下端是电源的正极，电容器下极板带正电，B错误；根据闭合电路欧姆定律，有I＝＝0.08 A，根据P＝I2R1得，电阻R1的电功率P＝2.56×10-2 W，C正确；S断开后，流经R2的电荷量即为S闭合时电容器极板上所带的电荷量Q，电容器两极板间的电压为：U＝IR2＝0.4 V，流经R2的电荷量为：Q＝CU＝1.2×10-5 C，D错误。] 　 (1)“电源”的确定方法：切割磁感线的导体(或磁通量发生变化的闭合线圈)相当于“电源”，该部分导体(或线圈)的电阻相当于电源的“内阻”。 (2)电流的流向：在“电源”内部电流从负极流向正极，在“电源”外部电流从正极流向负极。 [跟进训练] 1．(2022·河南浚县第一中学高二阶段练习)如图所示，间距为l的U形导轨固定在水平面上，垂直导轨向下的匀强磁场磁感应强度为B。质量为m、电阻为r的金属杆PQ沿着粗糙U形导轨以初速度v开始向右滑行，金属杆PQ与U形导轨之间的动摩擦因数为μ，ab间电阻为R，导轨电阻忽略不计，取重力加速度为g，则下列说法正确的是(　　) A．通过金属杆电流的方向为由P到Q B．PQ开始运动时ab间电压为Blv C．PQ运动的过程中系统产生焦耳热为mv2 D．开始运动时PQ的加速度大小为＋μg D　[根据右手定则可知金属杆电流的方向为Q到P，故A错误；PQ开始运动时产生的电动势为E＝Blv，ab间电压为U＝·Blv，故B错误；根据功能关系可知PQ运动的过程中有，所以系统产生焦耳热小于mv2，故C错误；开始运动时导体杆PQ受到向左的摩擦力和安培力的合力提供加速度，有F安＋μmg＝ma，而F安＝BIl＝，联立可得加速度大小为a＝＋μg，故D正确。故选D。] 2．一直径为d、电阻为r的均匀光滑金属圆环水平放置在方向竖直向下的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，如图所示。一根长为d、电阻为的金属棒ab始终在圆环上以速度v(方向与棒垂直)匀速平动，与圆环接触良好。当ab棒运动到圆环的直径位置时，ab棒中的电流为(　　) A．　 B． C． D． B　[当ab棒运动到圆环的直径位置时，产生感应电动势大小为E＝Bdv，ab棒相当于电源，两个金属半圆环并联后，再与ab棒串联，则电路的总电阻为R＝r，ab棒中的电流为I＝，故选B。] 　电磁感应中的图像问题 1．电磁感应中常见的图像问题 图像类型 随时间变化的图像，如B-t图像、Φ-t图像、E-t图像、I-t图像 随位移变化的图像，如E-x图像、I-x图像(所以要先看坐标轴：哪个物理量随哪个物理量变化要弄清) 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(画图像的方法) (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(用图像) 应用知识 四个规律 左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律 2．处理图像问题要做到“四明确”“一理解” 【典例2】　如图所示，在空间中存在两个相邻的、磁感应强度大小相等、方向相反的有界匀强磁场，其宽度均为l。现将宽度也为l的矩形闭合线圈，从图中所示位置垂直于磁场方向匀速拉过磁场区域，则在该过程中，图中能正确反映线圈中所产生的感应电流(逆时针方向为正)或其所受的安培力(向左为正方向)随时间变化的图像是(　　) A　　　　　B　　　　C　　　　D D　[由左手定则可知，当矩形闭合线圈进入磁场和离开磁场时，线圈所受安培力总是水平向左，所以外力始终水平向右，因安培力的大小不同且在中间时最大，故选项D正确，选项C错误；当矩形闭合线圈进入磁场时，由法拉第电磁感应定律判断，感应电流的大小在中间时刻最大，故选项A、B错误。] 　电磁