第2章 专题2 电磁感应中的综合问题-第二章 电磁感应-2023-2024学年高二物理选择性必修二（人教版2019)（举一反三）【解析版】

第2章 电磁感应 专题2电磁感应中的综合问题. 题型归纳 新知梳理 一、电磁感应中的图像问题 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B－t图像、Φ－t图像、E－t图像和I－t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E－x图像和I－x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。 二、电磁感应中的动力学问题 1．基本步骤 (1)明确研究对象和物理过程，即研究哪段导体在哪一过程切割磁感线。 (2)根据导体运动状态，应用法拉第电磁感应定律和楞次定律求出感应电动势的大小和方向。 (3)画出等效电路图，应用闭合电路欧姆定律求电路中的感应电流。 (4)分析导体的受力情况，要特别注意安培力的方向。 (5)列出动力学方程或平衡方程求解。 2．两种状态 (1)导体处于平衡状态——静止或匀速直线运动状态。 处理方法：根据平衡条件(合力等于零)列式分析。 (2)导体处于非平衡状态——加速度不为零。 处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系进行分析。 三、电磁感应中的能量问题 1．能量的转化 (1)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用，因此，要维持感应电流的存在，必须有“外力”克服安培力做功，此过程中，其他形式的能转化为电能。当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能。 (2)“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能。同理，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。 2．基本步骤 (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向。 (2)画出等效电路，求出回路中消耗电功率的表达式。 (3)分析导体机械能的变化，用能量守恒定律得到导体做功的功率的变化与回路中电功率的变化所满足的关系。 举一反三 【题型1】电磁感应中的图像问题 方法点拨 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。 例 1 （2023•北京开学）如图甲所示，一闭合金属圆环处在垂直圆环平面的匀强磁场中。若磁感应强度B随时间t按如图乙所示的规律变化，设图中磁感应强度垂直圆环平面向里为正方向，环中感应电流沿顺时针方向为正方向。则环中电流随时间变化的图像可能是下图中的（　　） A． B． C． D． 【变式1-1】（2023春•宜春期末）如图所示，均匀导线框为边长为的正三角形，有界匀强磁场宽为，导线框从磁场左边界开始向右做匀速直线运动穿过有界磁场，直至恰好完全穿出。此过程中，关于回路产生的感应电流、两端的电势差、施加的外力及回路产生的电功率随时间的变化关系中（规定电流逆时针为正），下列图像中正确的是　　 A． B． C． D． 【变式1-2】（2023•乐清市校级开学）如图所示，在直角坐标系的第一象限中有一等腰直角三角形区域，其内部存在垂直纸面向里的匀强磁场，它的边在轴上且长为。边长也为的正方形导线框的一条边也在轴上，时刻，该线框恰好位于图中所示位置，此后线框在外力的作用下沿轴正方向以恒定的速度通过磁场区域。规定逆时针方向为导线框中电流的正方向，则线框通过磁场区域的过程中，线框中的感应电流、穿过线框平面的磁通量、通过线框横截面的电荷量、外力随线框的位移变化的图像中错误的是（图中曲线是抛物线的一部分）　　 A． B． C． D． 【变式1-3】（2023春•平罗县校级期末）如图所示，一边长为的正方形导线框，匀速穿过宽为、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域。线框刚进入磁场的时刻记为时刻，则下列图像能正确反映线框中的感应电流随时间变化规律的是（规定线框中的电流沿逆时针方向为正）　　 A． B． C． D． 【题型2】电磁感应中的动力学问题 方法点拨 临界问题 基本思路：导体受外力运动感应电动势感应电