2024年高中物理新教材同步学案 选择性必修第二册 第2章 章末素养提升（含解析）

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章末素养提升例1　(2023·吉林辽源市第五中学高二期末)以下四图都与电磁感应有关，下列说法正确的是(　　)A．真空冶炼炉能在真空环境下，使炉内的金属产生涡流，从而炼化金属B．当蹄形磁体顺时针转动时，铝框将朝相反方向转动C．金属探测器通过使用恒定电流的长柄线圈来探测地下是否有金属D．磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，目的是起到电磁驱动的作用答案　A解析　真空冶炼炉能在真空环境下，利用电磁感应现象，使炉内的金属产生涡流，从而炼化金属，故A正确；根据电磁驱动原理，当蹄形磁体顺时针转动时，铝框将朝相同方向转动，故B错误；金属探测器通过使用交变电流的长柄线圈来探测地下是否有金属，故C错误；磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，铝框中产生感应电流，使铝框尽快停止摆动，起到电磁阻尼的作用，故D错误。例2　(2023·湖北卷)近场通信(NFC)器件应用电磁感应原理进行通讯，其天线类似一个压平的线圈，线圈尺寸从内到外逐渐变大。如图所示，一正方形NFC线圈共3匝，其边长分别为1.0 cm、1.2 cm和1.4 cm，图中线圈外线接入内部芯片时与内部线圈绝缘。若匀强磁场垂直通过此线圈，磁感应强度变化率为103 T/s，则线圈产生的感应电动势最接近(　　)A．0.30 V B．0.44 VC．0.59 V D．4.3 V答案　B解析　根据法拉第电磁感应定律可知E＝eq \f(ΔΦ,Δt)＝eq \f(ΔBS,Δt)＝103×(1.02＋1.22＋1.42)×10－4 V＝0.44 V，故选B。例3　(2023·江苏卷)如图所示，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，OC导体棒的O端位于圆心，棒的中点A位于磁场区域的边缘。现使导体棒绕O点在纸面内逆时针转动。O、A、C点电势分别为φO、φA、φC，则(　　)A．φO>φC B．φC>φAC．φO＝φA D．φO－φA＝φA－φC答案　A解析　由题图可看出导体棒OA段逆时针转动切割磁感线，则根据右手定则可知φO>φA，其中导体棒AC段不在磁场中，不切割磁感线，电流为0，则φC＝φA，A正确，B、C错误；根据以上分析可知φO－φA>0，φA－φC＝0，则φO－φA>φA－φC，D错误。例4　(多选)(2022·辽宁省实验中学期中)航母上飞机弹射起飞所利用的电磁驱动原理如图所示，由绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路，右侧金属圆环套在光滑的绝缘杆上。当开关闭合瞬间，线圈中突然通过直流电流时，线圈右侧的金属圆环被弹射出去。下列说法正确的是(　　)A．从右侧看，开关闭合瞬间金属圆环中会产生逆时针方向的感应电流B．电源正、负极调换后，闭合开关S的瞬间，金属圆环仍能向右弹射C．若将金属圆环置于线圈左侧，电路接通时，使滑动变阻器的滑片向上加速滑动时，金属圆环会被向左弹射出去D．若将金属圆环置于线圈左侧，则闭合开关S的瞬间，金属圆环将向左弹射答案　BCD解析　在闭合开关的瞬间，线圈中电流从左侧流入，磁场变强，磁场方向向右，由楞次定律可知，感应电流方向从左侧看为逆时针，从右侧看为顺时针，故A错误；电源正、负极调换后，根据“增离减靠”可知，金属圆环仍能向右弹射，故B正确；电路接通时，使滑动变阻器的滑片向上加速滑动时，滑动变阻器接入电路中的阻值减小，则电路中的电流增大，根据“增离减靠”可知，左侧的金属圆环会被向左弹射出去，故C正确；若金属圆环放在线圈左侧，闭合开关瞬间根据“增离减靠”可知，金属圆环将向左弹射，故D正确。例5　(2023·广东清远市部分名校联考)如图所示，虚线左侧的匀强磁场垂直纸面向外，右侧的匀强磁场垂直纸面向里。一金属小球从固定的光滑绝缘圆弧轨道上的点a无初速度释放后向右侧运动到最高点b的过程中，下列说法正确的是(　　)A．a、b两点等高B．小球在最低点处于平衡状态C．小球在穿过虚线时内部会产生涡流D．小球在穿过虚线时受到竖直向上的磁场力答案　C解析　由于电磁阻尼，b点一定低于a点，A错误；小球在穿过虚线时，穿过小球的磁通量发生变化，小球内部会产生涡流，C正确；小球在最低点水平方向还受到向左的电磁阻尼，即受到向左的磁场力，不是处于平衡状态，B、D错误。例6　(2023·黑龙江大庆市大庆实验中学月考)如图所示，一个三角形框架底边长为2L，以一定的速度匀速经过有界磁场区域，两磁感应强度大小相等，方向相反，宽度均为L，框架通过磁场的过程中，感应电流的变化图像是(取逆时针方向为正)(　　)答案　C解析　将三角形框架整个运动过程分成4个部分分析，如图所示线框从位置1运动到位置2的过程中，根据楞次定律判断可知，感应电流方向沿逆时针方向，即为正；导线有效切割长度均匀减小，产生的感应电动势均匀减小，感应电流均匀减小；设开始时感应电流大小为2I，则此过程中，电流由2I减至I；线框从位置2运动到位置3的过程中，根据楞次定律判断可知，感应电流方向沿顺时针方向，即为负；开始时电流为3I，均匀减小至2I；线框从位置3运动到位置4的过程中，根据楞次定律判断可知，感应电流方向沿逆时针方向，即为正；电流由0均匀增大至I；线框从位置4运动到全部穿出磁场的过程中，根据楞次定律判断可知，感应电流方向沿逆时针方向，即为正；电流由I均匀减小至0。故C正确。例7　(2022·北京人大附中高二期末)如图所示，光滑固定平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成θ角，两端点M、P间接有阻值为R的定值电阻。阻值为r的金属棒ab垂直导轨放置，其他部分电阻不计，整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向上。从t＝0时刻开始，棒受到一个平行于导轨向上的外力F作用，由静止开始沿导轨向上运动，运动中棒始终与导轨垂直，且接触良好，通过R的感应电流I随时间t变化的图像如图乙所示，选项图中给出了外力F大小随时间t变化的图像，其中正确的是(　　)答案　B解析　设金属棒ab的速度大小为v，由题图乙并根据闭合电路欧姆定律可得I＝eq \f(BLv,R＋r)＝kt，解得v＝eq \f(kR＋r,BL)t，所以v随时间t均匀增大，即金属棒ab做匀加速运动，设加速度大小为a，根据牛顿第二定律有F－mgsin θ－BIL＝ma，解得F＝BLkt＋ma＋mgsin θ，由上式可知F－t图像为斜率为正且与F轴正半轴相交的直线，故选B。物理观念感应电流的方向1.楞次定律：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化2.右手定则：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向感应电动势的大小1.E＝neq \f(ΔΦ,Δt)，适用于一切电磁感应现象2.导体棒平动切割磁感线E＝Blvsin θ，θ为v与B的夹角3.导体棒转动切割磁感线：E＝eq \f(1,2)Bl2ω感生电场麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场涡流当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体，如果穿过它的磁通量发生变化，导体内都会产生感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流电磁阻尼和电磁驱动1.电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动2.电磁驱动：若磁场相对于导体运动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来互感和自感1.互感电动势；两个相互靠近且没有导线相连的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势2.自感：当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出的感应电动势3.自感电动势：由于自感而产生的感应电动势E＝Leq \f(ΔI,Δt)，其中eq \f(ΔI,Δt)是电流的变化率；L是自感系数，简称自感或电感。单位：亨利，符号：H磁场的能量线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源把能量输送给磁场，储存在磁场中科学思维物理模型能用磁感线与匀强磁场等模型综合分析电磁感应问题类比分析法涡流、电磁阻尼和电磁驱动现象的类比能量守恒的思想能从能量的视角分析解释楞次定律，解释生产生活中的各种电磁感应现象科学探究1.会对影响感应电流方向的因素提出问题、合理的猜想、获取证据、得出结论并进行解释等过程，提升科学探究素养2.会设计磁通量增加和磁通量减少的实验情境来探究规律，会根据电流表指针偏转方向确定感应电流的方向，会针对条形磁体在闭合线圈中插入、拔出的过程，观察现象并设计表格记录相关数据3.会引入“中间量”探究表述感应电流方向的规律，会概括总结规律并从能量守恒角度理解“阻碍”的意义科学态度与责任1.通过实例了解涡流、电磁阻尼和电磁驱动、互感与自感现象的利弊以及它们在生产生活中的应用2.通过了解众多电磁感应现象在生产生活中的应用，体会科学、技术、社会之间紧密的联系