2023年新教材高中物理本章小结2第2章电磁感应课件新人教版选择性必修第二册

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第二章　电磁感应本章小结构建知识网络电磁感应电磁感应归纳专题小结专题1　楞次定律、右手定则、左手定则、安培定则的综合应用例1　(多选)如图所示装置中，cd杆光滑且原来静止．当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动(导体棒切割磁感线速度越大，感应电流越大) (　　)A．向右匀速运动　　 B．向右加速运动C．向左加速运动　　 D．向左减速运动解析： ab杆向右匀速运动，在ab杆中产生恒定的电流，该电流在线圈L1中产生恒定的磁场，在L2中不产生感应电流，所以cd杆不动，故A错误；ab杆向右加速运动，根据右手定则知，在ab杆上产生增大的由a到b的电流，根据安培定则，在L1中产生方向向上且增强的磁场，该磁场向下通过L2，由楞次定律，在cd杆上产生c到d的感应电流，根据左手定则，cd杆受到向右的安培力，cd杆将向右运动，故B正确；同理可得C错误，D正确．答案：BD规律总结：几个规律的应用中，要抓住各个对应的因果关系．(1)因变而生电(ΔΦ→L)→楞次定律；(2)因动而生电(v、B→I)→右手定则；(3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则；(4)因电而生磁(I→B)→安培定则．专题2　电磁感应中的电路问题1．对电源的理解．(1)在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体相当于电源，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的能转化为电能．(2)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处流向低电势处，而内电路则相反．2．对电路的理解．(1)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．(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．3．解决电磁感应中的电路问题的基本思路．(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，用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向．(3)分清内外电路，画出等效电路图．(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2　如图所示，MN、PQ为平行光滑金属导轨(金属导轨电阻忽略不计)，MN、PQ相距L＝50 cm，导体棒AB在两轨道间的电阻为r＝1 Ω，且可以在MN、PQ上滑动，定值电阻R1＝3 Ω，R2＝6 Ω，整个装置放在磁感应强度为B＝1.0 T的匀强磁场中，磁场方向垂直于整个导轨平面，现用外力F拉着AB棒向右以v＝5 m/s的速度做匀速运动．求：(1)导体棒AB产生的感应电动势E和AB棒上的感应电流方向；(2)导体棒AB两端的电压UAB.解析：(1)导体棒AB产生的感应电动势E＝BLv＝2.5 V.由右手定则知，AB棒上的感应电流方向向上，即沿B→A方向．答案：(1)2.5 V　B→A方向　(2)1.7 V方法总结：导体棒在匀强磁场运动过程中的变与不变(1)外电阻的变与不变：若外电路由无阻导线和定值电阻构成，导体棒运动过程中外电阻不变；若外电路由考虑电阻的导线组成，导体棒运动过程中外电阻改变．(2)内电阻与电动势的变与不变：切割磁感线的有效长度不变，则内电阻与电动势均不变．反之，发生变化．处理电磁感应过程中的电路问题时，需特别关注电动势及内、外电阻是否变化．专题3　电磁感应中的图像问题1．明确图像的种类，即是B－t图像还是Φ－t图像，或者是E－t图像、I－t图像、F－t图像等．2．分析电磁感应的具体过程．4．画图像或判断图像，特别注意分析斜率的变化、截距等．5．涉及受力问题，可由安培力公式F＝BIL和牛顿运动定律等规律写出有关函数关系式．例3　如图所示，在空间中存在两个相邻的、磁感应强度大小相等、方向相反的有界匀强磁场，其宽度均为L.现将宽度也为L的矩形闭合线圈，从图中所示位置垂直于磁场方向匀速拉过磁场区域，则在该过程中，能正确反映线圈中所产生的感应电流或其所受的安培力随时间变化的图像是 (　　) ABCD解析：由楞次定律可知，当矩形闭合线圈进入磁场和离开磁场时，安培力总是阻碍物体的运动，方向始终向左，所以外力始终水平向右，因安培力的大小不同且在中间时最大，故D正确，C错误；当矩形闭合线圈进入磁场时，由法拉第电磁感应定律判断，线圈在中间时感应电流的大小是最大的，A、B错误．答案：D规律总结：解决线框进出磁场问题需要注意的事项．(1)由线框的形状判断切割磁感线的有效长度是否变化，如何变化．(2)若只有一个磁场且足够宽，关注两个过程即可：进入磁场的过程和离开磁场的过程．(3)若有两个不同的磁场，还需注意线框的边分别在不同磁场时产生感应电流方向的关系．专题4　电磁感应中的“双杆”模型1．模型分类．“双杆”模型分为两类：一类是“一动一静”，甲杆静止不动，乙杆运动，其实质是单杆问题，不过要注意问题包含着一个条件，即甲杆静止、受力平衡．另一类是两杆都在运动，对于这种情况，要注意两杆切割磁感线产生的感应电动势是相加还是相减．2．分析方法．通过受力分析，确定运动状态，一般会有收尾状态．对于收尾状态则有恒定的速度或者加速度等，再结合运动学规律、牛顿运动定律和能量观点分析求解．例4　如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ＝30°的斜面上，导轨电阻不计，间距L＝0.4 m．导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ，两区域的边界与斜面的交线为MN，Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下，Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为B＝0.5 T．在区域Ⅰ中，将质量m1＝0.1 kg，电阻R1＝0.1 Ω的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑．然后，在区域Ⅱ中将质量m2＝0.4 kg，电阻R2＝0.1 Ω 的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑．cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，g取10 m/s2.求：(1)cd下滑的过程中，ab中的电流方向；(2)ab刚要向上滑动时，cd的速度v；(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x＝3.8 m，此过程中ab上产生的热量Q.解析：(1)由右手定则可知，ab中的电流方向为由a流向b.(2)开始ab刚好不下滑时，ab所受摩擦力为最大静摩擦力，设其为Fmax，有Fmax＝m1gsin θ.设ab刚好要上滑时，cd棒的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律得E＝BLv，设ab所受安培力为F安，有F安＝ILB，此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下，由平衡条件得F安＝m1gsin θ＋Fmax，综合以上各式，代入数据解得v＝5 m/s.(3)设cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为Q总，由能量守恒得综合上式，代入数据解得Q＝1.3 J.方法总结：分析“双杆”模型问题时，要注意双杆之间的制约关系，即“动杆”与“被动杆”之间的关系，最终两杆的收尾状态的确定是分析该类问题的关键．专题5　自感中“闪亮”与“不闪亮”问题例5　图甲和图乙是演示自感现象的两个电路图，L1和L2为电感线圈．实验时，断开开关S1瞬间，灯A1突然闪亮，随后逐渐变暗；闭合开关S2，灯A2逐渐变亮，而另一个相同的灯A3立即变亮，最终A2与A3的亮度相同．下列说法正确的是 (　　)A．图甲中，A1与L1的电阻值相同B．图甲中，闭合S1，电路稳定后，A1中电流大于L1中电流C．图乙中，变阻器R与L2的电阻值相同D．图乙中，闭合S2瞬间，L2中电流与变阻器R中电流相等解析：图甲中，稳定时通过A1的电流记为I1，通过L1的电流记为IL.S1断开瞬间，A1突然变亮，可知IL>I1，因此A1和L1电阻不相等，所以A、B错误；图乙中，闭合S2时，由于自感作用，通过L2与A2的电流I2会逐渐增大，而通过R与A3的电流I3立即变大，因此电流不相等，D错误；由于最终A2与A3亮度相同，所以两支路电流I相同，根据部分电路欧姆定律，两支路电压U与电流I均相同，所以两支路电阻相同，由于A2、A3完全相同，故变阻器R与L2的电阻值相同，C正确．答案：C规律总结：自感现象的四大特点．(1)自感电动势总是阻碍导体中原电流的变化．(2)通过线圈中的电流不能发生突变，只能缓慢变化．(3)电流稳定时，自感线圈就相当于普通导体．(4)线圈的自感系数越大，自感现象越明显，自感电动势只是延缓了电流、磁通量的变化过程，但它不能使过程停止，更不能使过程反向．典练素养提升1．[科学态度与责任](多选)如图所示为安检门原理图，左边门框中有一通电线圈，右边门框中有一接收线圈．工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向均匀增大的电流，则 (　　)A．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为逆时针方向B．无金属片通过时，接收线圈中的感应电流增大C．有金属片通过时，接收线圈中的感应电流方向为顺时针方向D．有金属片通过时，接收线圈中的感应电流大小发生变化【答案】AD　【解析】当左侧线圈中通有均匀增大的顺时针方向的电流时，知穿过右侧线圈的磁通量向右，且增大，根据楞次定律，右侧线圈中产生逆时针方向的电流，A正确；通电线圈中存在顺时针方向均匀增大的电流，则通电线圈中的磁通量均匀增大，所以穿过右侧线圈中的磁通量均匀增大，则磁通量的变化率是定值，由法拉第电磁感应定律可知，接收线圈中的感应电流不变，B错误；有金属片通过时，则穿过金属片中的磁通量发生变化，金属片中会产生感应电流，感应电流的方向与接收线圈中的感应电流的方向相同，接收线圈中的感应电流方向不变，但金属片中的感应电流会将该空间中的磁场的变化削弱一些，引起接收线圈中的感应电流大小发生变化，故C错误，D正确．2．[物理观念]夏天时，在北半球，当我们抬头观看教室内的电风扇，会发现电风扇正在逆时针转动．金属材质的电风扇示意图如图所示，由于地磁场的存在，下列关于A、O两点的电势及电势差的说法，正确的是 (　　)A．A点电势比O点电势高B．A点电势比O点电势低C．A点电势和O点电势相等D．扇叶长度越短，UAO的电势差数值越大【答案】A　3．[科学探究](多选)如图所示是法拉第制作的世界上第一台发电机的模型原理图．把一个半径为r的铜盘放在磁感应强度大小为B的匀强磁场中，使磁感线水平向右垂直穿过铜盘，铜盘安装在水平的铜轴上．两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触．G为灵敏电流计．现使铜盘按照图示方向以角速度ω匀速转动，则下列说法正确的是 (　　)A．C点电势一定低于D点电势B．圆盘中产生的感应电动势大小为Bωr2C．电流计中的电流方向为由a到bD．铜盘不转动，所加磁场磁感应强度减小，则铜盘中产生顺时针方向的感应电流(从左向右看)【答案】AD　4．[科学思维](多选)如图甲所示，abcd为由金属导体做成的框架，其平面与水平面所成角度为θ，质量为m的导体棒PQ与ab、cd接触良好，回路的总电阻为R，整个装置放在垂直于框架平面的变化的磁场中，磁场的磁感应强度变化情况如图乙所示(取磁场方向垂直框架平面向上为正)，PQ始终静止．关于PQ与ab、cd间摩擦力f在0到t1内变化情况的说法中，有可能正确的是 (　　)A．f一直增大　　 B．f一直减小C．f先增大，后减小　　 D．f先减小，后增大【答案】AD　若开始安培力大于mgsin θ，则摩擦力为f＝F安－mgsin θ，由于安培力逐渐减小，摩擦力逐渐减小，当F安＝mgsin θ时，摩擦力为零并开始反向变为f＝mgsin θ－F安，f随着安培力的减小将逐渐增大．故A、D正确，B、C错误．5．[科学思维]如图所示，相距为d的两水平直线L1和L2分别是水平向里的匀强磁场的上、下边界，磁场的磁感应强度为B，正方形线框abcd边长为L(L