課時(shí)2 電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題和圖象問(wèn)題
[學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求]
物理觀念:進(jìn)一步熟練掌握法拉第電磁感應(yīng)定律、楞次定律、閉合電路歐姆定律.
科學(xué)思維:1.掌握分析電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電路問(wèn)題的基本思路和方法,建立解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中電路問(wèn)題的思維模型.2.將抽象思維與形象思維相結(jié)合,綜合應(yīng)用楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律解決電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題.
一、電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題
1.明確哪部分電路或?qū)w產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),該部分電路或?qū)w就相當(dāng)于電源,其他部分是外電路.
2.畫(huà)等效電路圖,分清內(nèi)、外電路.
3.用法拉第電磁感應(yīng)定律E=n或E=Blv確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小,用楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電流的方向.注意在等效電源內(nèi)部,電流方向從負(fù)極流向正極.
4.運(yùn)用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點(diǎn)、電功率、電熱等公式聯(lián)立求解.
例1 固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的正方形導(dǎo)線框abcd邊長(zhǎng)為L,其中ab是一段電阻為R的均勻電阻絲,其余三邊均為電阻可以忽略的銅線.磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向垂直紙面向里.現(xiàn)有一段與ab段的材料、粗細(xì)、長(zhǎng)度均相同的電阻絲PQ架在導(dǎo)線框上(如圖1所示).若PQ以恒定的速度v從ad滑向bc,當(dāng)其滑過(guò)的距離時(shí),通過(guò)aP段的電流是多大?方向如何?
圖1
答案 方向由P到a
解析 PQ在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),由于是閉合回路,故電路中有感應(yīng)電流,可將電阻絲PQ視為有內(nèi)阻的電源,電阻絲aP與bP并聯(lián),且RaP=R、RbP=R,于是可畫(huà)出如圖所示的等效電路圖.
電源電動(dòng)勢(shì)為E=BLv,外電阻為R外==R.
總電阻為R總=R外+r=R+R,即R總=R.
電路中的電流:I==.
通過(guò)aP段的電流:IaP=I=,方向由P到a.
[學(xué)科素養(yǎng)] 例1考查了電磁感應(yīng)中的電路問(wèn)題.正確畫(huà)出等效電路圖是解題的關(guān)鍵,所以要熟記以下兩點(diǎn):(1)“切割”磁感線的導(dǎo)體(或磁通量發(fā)生變化的線圈)相當(dāng)于“電源”.(2)在“電源”內(nèi)部電流從負(fù)極流向正極,解決本題的思路:先確定“電源”,畫(huà)出等效電路圖,再利用閉合電路歐姆定律來(lái)計(jì)算總電流,然后根據(jù)電路的串、并聯(lián)關(guān)系求出aP段中的電流,通過(guò)這樣的分析培養(yǎng)了學(xué)生的綜合分析能力,很好地體現(xiàn)了“科學(xué)思維”的學(xué)科素養(yǎng).
針對(duì)訓(xùn)練 如圖所示為用相同導(dǎo)線制成的邊長(zhǎng)為L或2L的4個(gè)單匝閉合線框,以相同的速度先后沿垂直于磁場(chǎng)邊界的方向穿過(guò)正方形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域,磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,區(qū)域?qū)挾却笥?L,則進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中,感應(yīng)電流最大的回路是( )
答案 C
解析 線框進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中,做切割磁感線運(yùn)動(dòng),設(shè)切割磁感線的有效長(zhǎng)度為d,產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=Bdv,根據(jù)電阻定律可知,線框的電阻R=ρ,由閉合電路歐姆定律可知,回路中的感應(yīng)電流I=,聯(lián)立以上各式有I=·,所以線框的越大,感應(yīng)電流越大,對(duì)照4種圖形可知,C正確.