2017-2018高中物理 第一章 電磁感應(yīng)章末總結(jié)學(xué)案 粵教版選修3-2

第一章 電磁感應(yīng) 章末總結(jié) 一、楞次定律的理解與應(yīng)用 1．感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化．感應(yīng)電流的磁場方向不一定與原磁場方向相反，只有在磁通量增加時兩者才相反，而在磁通量減少時兩者是同向的． 2．“阻礙”并不是“阻止”，而是“延緩”，回路中的磁通量變化的趨勢不變，只不過變化得慢了． 3．“阻礙”的表現(xiàn)：增反減同、來拒去留等． 例1　圓形導(dǎo)體線圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一豎直螺線管b，二者軸線重合，螺線管與電源和滑動變阻器連接成如圖1所示的電路．若將滑動變阻器的滑片P向下滑動，下列表述正確的是 (　　) 圖1 A．線圈a中將產(chǎn)生俯視順時針方向的感應(yīng)電流 B．穿過線圈a的磁通量變小 C．線圈a有擴張的趨勢 D．線圈a對水平桌面的壓力FN將增大 答案　D 解析　通過螺線管b的電流如圖所示， 根據(jù)安培定則判斷出螺線管b所產(chǎn)生的磁場方向在線圈a中豎直向下，滑片P向下滑動，接入電路的電阻減小，電流增大，所產(chǎn)生的磁場的磁感應(yīng)強度增大，根據(jù)楞次定律可知，a線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向豎直向上，再由安培定則可得線圈a中的電流方向為俯視逆時針方向，A錯誤；由于螺線管b中的電流增大，所產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度增大，線圈a中的磁通量應(yīng)變大，B錯誤；根據(jù)楞次定律可知，線圈a有縮小的趨勢，線圈a對水平桌面的壓力將增大，C錯誤，D正確． 二、電磁感應(yīng)中的圖象問題 對圖象的分析，應(yīng)做到： (1)明確圖象所描述的物理意義； (2)明確各種物理量正、負(fù)號的含義； (3)明確斜率的含義； (4)明確圖象和電磁感應(yīng)過程之間的對應(yīng)關(guān)系． 例2　如圖2所示，三條平行虛線位于紙面內(nèi)，中間虛線兩側(cè)有方向垂直于紙面的勻強磁場，磁感應(yīng)強度等大反向．菱形閉合導(dǎo)線框ABCD位于紙面內(nèi)且對角線AC與虛線垂直，磁場寬度與對角線AC長均為d，現(xiàn)使線框沿AC方向勻速穿過磁場，以逆時針方向為感應(yīng)電流的正方向，則從C點進(jìn)入磁場到A點離開磁場的過程中，線框中電流i隨時間t的變化關(guān)系可能是(　　) 圖2 答案　D 解析　導(dǎo)線框ABCD在進(jìn)入左邊磁場時，由楞次定律和安培定則可以判斷出感應(yīng)電流的方向應(yīng)為正方向，選項B、C不可能；當(dāng)導(dǎo)線框ABCD一部分在左磁場區(qū)，另一部分在右磁場區(qū)時，回路中的最大電流要加倍，方向與剛進(jìn)入時的方向相反，選項D可能，選項A不可能． 電磁感應(yīng)中圖象類選擇題的兩個常見解法 (1)排除法：定性地分析電磁感應(yīng)過程中物理量的變化趨勢(增大還是減小)、變化快慢(均勻變化還是非均勻變化)，特別是物理量的正負(fù)，排除錯誤的選項． (2)函數(shù)法：根據(jù)題目所給條件定量地寫出兩個物理量之間的函數(shù)關(guān)系，然后由函數(shù)關(guān)系對圖象作出分析和判斷，這未必是最簡捷的方法，但卻是最有效的方法． 三、電磁感應(yīng)中的電路問題 求解電磁感應(yīng)中電路問題的關(guān)鍵是分清楚內(nèi)電路和外電路． “切割”磁感線的導(dǎo)體和磁通量變化的線圈都相當(dāng)于“電源”，該部分導(dǎo)體的電阻相當(dāng)于內(nèi)電阻，而其余部分的電阻則是外電阻． 例3　如圖3所示，面積為0.2m2的100匝線圈處在勻強磁場中，磁場方向垂直于線圈平面，已知磁感應(yīng)強度隨時間變化的規(guī)律為B＝(2＋0.2t)T，定值電阻R1＝6Ω，線圈電阻R2＝4Ω，求： 圖3 (1)磁通量的變化率和回路中的感應(yīng)電動勢； (2)a、b兩點間電壓Uab； (3)2s內(nèi)通過R1的電荷量q. 答案　(1)0.04Wb/s　4V　(2)2.4V　(3)0.8C 解析　(1)由B＝(2＋0.2t)T可知＝0.2T/s. 磁通量變化率為＝S＝0.04Wb/s. 由法拉第電磁感應(yīng)定律可知回路中的感應(yīng)電動勢為 E＝n＝100×0.04V＝4V. (2)等效電路如圖所示． a、b兩點間電壓Uab等于定值電阻R1兩端的電壓，則 Uab＝R1＝2.4V. (3)2s內(nèi)的磁感應(yīng)強度變化量為 ΔB＝·t＝0.2×2T＝0.4T 通過R1的電荷量為 q＝·Δt＝·Δt＝n＝n·S ＝100×0.2×C＝0.8C. 路端電壓、電動勢和某導(dǎo)體兩端的電壓三者的關(guān)系： (1)某段導(dǎo)體作為外電路時，它兩端的電壓就是電流與其電阻的乘積． (2)某段導(dǎo)體作為電源時，它兩端的電壓就是路端電壓，等于電流與外電阻的乘積，或等于電動勢減去內(nèi)電壓，當(dāng)其內(nèi)阻不計時路端電壓等于電源電動勢． (3)某段導(dǎo)體作為電源且電路斷路時，導(dǎo)體兩端的電壓等于電源電動勢． 四、電磁感應(yīng)中的力電綜合問題 此類問題涉及電路知識、動力學(xué)知識和能量觀點，綜合性很強，解決此類問題要注重以下三點： 1．電路分析 (1)找“電源”：確定出由電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的電源，求出電源的電動勢E和內(nèi)阻r. (2)電路結(jié)構(gòu)分析 弄清串、并聯(lián)關(guān)系，求出相關(guān)部分的電流大小，為求安培力做好鋪墊． 2．力和運動分析 (1)受力分析：分析研究對象(常為金屬桿、導(dǎo)體線圈等)的受力情況，尤其注意安培力的方向． (2)運動分析：根據(jù)力與運動的關(guān)系，確定出運動模型，根據(jù)模型特點，找到解決途徑． 3．功和能量分析 (1)做功分析，找全力所做的功，弄清功的正、負(fù)． (2)能量轉(zhuǎn)化分析，弄清哪些能量增加，哪些能量減少，根據(jù)功能關(guān)系、能量守恒定律列方程求解． 例4　如圖4所示，兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角θ＝30°的斜面上，導(dǎo)軌電阻不計，間距L＝0.4m，導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN.Ⅰ中的勻強磁場方向垂直斜面向下，Ⅱ中的勻強磁場方向垂直斜面向上，兩磁場的磁感應(yīng)強度大小均為B＝0.5T．在區(qū)域Ⅰ中，將質(zhì)量m1＝0.1kg、電阻R1＝ 0．1Ω的金屬條ab放在導(dǎo)軌上，ab剛好不下滑．然后，在區(qū)域Ⅱ中將質(zhì)量m2＝0.4kg，電阻R2＝0.1Ω的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上，由靜止開始下滑．cd在滑動過程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場中，ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸，取g＝10m/s2，問： 圖4 (1)cd下滑的過程中，ab中的電流方向； (2)ab剛要向上滑動時，cd的速度v多大； (3)從cd開始下滑到ab剛要向上滑動的過程中，cd滑動的距離x＝3.8m，此過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少． 答案　(1)由a流向b　(2)5m/s　(3)1.3J 解析　(1)由右手定則可判斷出cd中的電流方向為由d到c，則ab中電流方向為由a流向b. (2)開始放置時ab剛好不下滑，ab所受摩擦力為最大靜摩擦力，設(shè)其為fmax，有fmax＝m1gsinθ① 設(shè)ab剛要上滑時，cd棒的感應(yīng)電動勢為E，由法拉第電磁感應(yīng)定律有E＝BLv ② 設(shè)電路中的感應(yīng)電流為I，由閉合電路歐姆定律有 I＝ ③ 設(shè)ab所受安培力為F安，有F安＝BIL ④ 此時ab受到的最大靜摩擦力方向沿導(dǎo)軌向下，由平衡條件有F安＝m1gsinθ＋fmax ⑤ 聯(lián)立①②③④⑤式，代入數(shù)據(jù)解得v＝5m/s. (3)設(shè)cd棒運動過程中在電路中產(chǎn)生的總熱量為Q總，由能量守恒定律有m2gxsinθ＝Q總＋m2v2 又Q＝Q總 解得Q＝1.3J. 6