课时2 电磁感应中的电路问题、图象问题
一、电磁感应中的电路问题
1.内电路和外电路
(1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于电源。
(2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的内阻,其余部分是外电路。
2.电源电动势和路端电压
(1)电动势:E=Blv或E=n
。
(2)路端电压:U=IR=E-Ir。
二、电磁感应的图象问题
|
图象
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变化的图象,即B-t图象、Φ-t图象、E-t图象和I-t图象
(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随位移x变化的图象,即E-x 图象和I-x图象
|
|
问题
类型
|
(1)由给定的电磁感应过程判断或画出正确的图象
(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量
(3)利用给出的图象判断或画出新的图象
|
|
应用
知识
|
左手定则、安培定则、右手定则、楞次定律、法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律、函数图象知识等
|
考点一 电磁感应中的电路问题
1.对电源的理解:在电磁感应现象中,产生感应电动势的那部分导体就是电源。如切割磁感线的导体棒、内有磁通量变化的线圈等。这种电源将其他形式能转化为电能。
2.对电路的理解:内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈,外电路由电阻、电容等电学元件组成。
3.解决电磁感应中的电路问题的一般步骤
(1)确定电源。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,该导体或回路就相当于电源,利用E=n或E=Blvsin θ求感应电动势的大小,利用右手定则或楞次定律判断电流方向。
(2)分析电路结构(内、外电路及外电路的串、并联关系),画出等效电路图。
(3)利用电路规律求解。主要应用欧姆定律及串、并联电路的基本性质等列方程求解。
4.电路问题的分类
(1)确定等效电源的正负极、感应电流的方向、电势高低、电容器极板带电性质等问题。
(2)根据闭合电路求解电路中的总电阻、路端电压、电功率等问题。
(3)根据电磁感应的平均感应电动势求解电路中通过的电荷量
=n,
=
,q=Δt=
。
(1)判断感应电流和感应电动势的方向,都是利用“相当于电源”的部分根据右手定则或楞次定律判定的。实际问题中应注意外电路电流由高电势流向低电势,而内电路则相反。
(2)在闭合电路中,“相当于电源”的导体两端的电压与真实的电源两端的电压一样,等于路端电压,而不等于感应电动势。
[典例1] 放在绝缘水平面上的两平行金属导轨MN和PQ之间宽度为L,导轨长度足够,置于垂直于导轨平面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中,导轨左端接有电阻R,右端接有电容器C,其余部分电阻不计,长为2L的金属棒ab与导轨接触良好。现将棒ab的a点固定,将ab棒自垂直于导轨位置开始沿导轨平面顺时针旋转90°,旋转角速度恒为ω,在此过程中,
(1)R上的最大电功率为多少?
(2)通过电阻R的总电荷量为多少?
解析:ab棒转动切割磁感线,且切割长度由L增至2L以后ab离开MN,电路断开。
(1)当b端恰至MN上时,E最大
Em=B·2L·
=2BωL2
PRm=
=
。
(2)棒ab旋转60°的过程中,电路处在通路状态,切割磁感线的长度在增大,电阻R上电流在增大,通过R的电荷量由q=t计算,其中电流需取平均值;
由法拉第电磁感应定律=n,
