专题3 电磁感应规律的综合应用-【赢在微点】轻松课堂2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册人教版（2019）

专题3　电磁感应规律的综合应用 探究一 电磁感应中的电路问题 1.在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势。若回路闭合，则产生感应电流，所以电磁感应问题常与电路知识综合考查。 2.解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法。 (1)明确哪部分导体或电路产生感应电动势，该导体或电路就是电源，其他部分是外电路。 (2)用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小，用楞次定律确定感应电动势的方向。 (3)画等效电路图。分清内外电路，画出等效电路图是解决此类问题的关键。 (4)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。 【例1】　如图甲所示，匝数n=200，面积S=0.03 m2，电阻r=1 Ω的圆形线圈外接一个阻值R=3 Ω的电阻，线圈内有一垂直线圈平面向里的圆形磁场，圆形磁场的面积是圆形线圈面积的，磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示。下列说法正确的是 (　　) A.流经电阻R的电流方向向下 B.线圈中产生的感应电动势E=6 V C.电阻R的功率为6.75 W D.系统在0.35 s内产生的焦耳热为1.40 J 解析　由题图乙可知线圈的磁通量在增加，根据楞次定律可知，线圈中的感应电流方向为逆时针方向，即流经电阻R的电流方向向上，A项错误;根据法拉第电磁感应定律，线圈中产生的感应电动势为E=nS0=200××0.03× V=4 V，B项错误;回路中的电流为I== A=1 A，电阻R消耗的功率为P=I2R=12×3 W=3 W，C项错误;系统在0.35 s内产生的焦耳热为Q=I2(R+r)t=1.4 J，D项正确。 答案　D 【针对训练1】　用相同导线绕制的边长为l或2l的四个闭合导线框，以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场，如图所示。在每个线框进入磁场的过程中，M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud。下列判断正确的是 (　　) A.Ua<Ub<Uc<Ud B.Ua<Ub<Ud<Uc C.Ua=Ub<Uc=Ud D.Ub<Ua<Ud<Uc 解析　Ua=Blv，Ub=Blv，Uc=·B·2lv=Blv，Ud=B·2l·v=Blv，故B项正确。 答案　B 探究二 电磁感应中的图像问题 1.对于图像问题，搞清物理量之间的函数关系、变化范围、初始条件、斜率的物理意义等，往往是解题的关键。 2.解决图像问题的一般步骤。 (1)明确图像的种类，即是B-t图像还是Φ-t图像，或者E-t图像、I-t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。 【例2】　在竖直方向的匀强磁场中，水平放置一圆形导体环。规定导体环中电流的正方向如图甲所示，磁场向上为正。当磁感应强度B随时间t按图乙变化时，下列能正确表示导体环中感应电流变化情况的是 (　　) 甲　 乙 解析　根据法拉第电磁感应定律E=n=nS，因此在面积、匝数不变的情况下，感应电动势与磁场的变化率成正比，即与B-t图像中的斜率成正比，由题中图像可知:0~2 s，斜率不变，故形成的感应电流不变，根据楞次定律可知感应电流方向顺时针即为正值，2 s~4 s斜率不变，电流方向为逆时针，整个过程中的斜率大小不变，所以感应电流大小不变，故A、B、D三项错误，C项正确。 答案　C 【针对训练2】　如图所示，两条平行虚线之间存在匀强磁场，虚线间的距离为L，磁场方向垂直纸面向里，abcd是位于纸面内的梯形线圈，ad与bc间的距离也为L，t=0时刻bc边与磁场区域边界重合。若线圈以恒定的速度v沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域，取沿a→b→c→d→a方向为感应电流正方向，则在线圈穿越磁场区域的过程中，感应电流I随时间t变化的图线可能是 (　　) 解析　由于bc进入磁场时，根据右手定则判断出其感应电流的方向是沿a→d→c→b→a的方向，其方向与电流的正方向相反，所以A、C两项错误;当逐渐向右移动时，切割磁感线的有效长度在增加，故感应电流在增大;当bc边穿出磁场区域时，线圈中的感应电流方向变为a→b→c→d→a，是正方向，故其图像在时间轴的上方，所以B项正确，D项错误。 答案　B 探究三 电磁感应中的动力学问题 1.电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力作用，所以电磁感应问题往往与力学问题联系在一起，处理此类问题的基本方法。 (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向。 (2)求回路中的感应电流的大小和方向。 (3)分析研究导体受力情况(包括安培力)。