【講與練】高中物理人教版(2019)選擇性必修2：第2章電磁感應章末小結課件

第二章電磁感應章

末

小

結方法歸納提煉進考場練真題知識網(wǎng)絡構建知識網(wǎng)絡構建方法歸納提煉

一、“三定則、一定律”的應用“三定則”指安培定則、左手定則和右手定則，“一定律”指楞次定律。2．用楞次定律判定感應電流方向的基本思路“一原、二感、三電流”：①明確研究回路的原磁場——弄清研究的回路中原磁場的方向及磁通量的變化情況；②確定感應電流的磁場——根據(jù)楞次定律中的“阻礙”原則，結合原磁場磁通量變化情況，確定感應電流的磁場的方向；③判定電流方向——根據(jù)感應電流的磁場方向，運用安培定則判斷感應電流的方向。3．楞次定律中“阻礙”的主要表現(xiàn)形式(1)阻礙原磁通量的變化——“增反減同”；(2)阻礙相對運動——“來拒去留”；(3)使線圈面積有擴大或縮小的趨勢——“增縮減擴”；(4)阻礙原電流的變化(自感現(xiàn)象)——“增反減同”。

在水平面上放置兩個完全相同的帶中心軸的金屬圓盤(電阻不為零)，它們彼此用導線把中心軸和對方圓盤的邊緣相連接，組成電路如圖所示，一勻強磁場穿過兩圓盤垂直向外，若不計一切摩擦，當a盤在外力作用下做逆時針轉(zhuǎn)動時，圓盤b(

)A．沿與a盤相同的方向轉(zhuǎn)動B．沿與a盤相反的方向轉(zhuǎn)動C．轉(zhuǎn)動的角速度可能大于a盤的角速度D．轉(zhuǎn)動的角速度可能等于a盤的角速度典例1B解析：如圖所示，金屬圓盤可看作由多根金屬輻條組成，a盤在外力作用下逆時針轉(zhuǎn)動時，圓盤切割磁感線，由右手定則可知，電動勢方向為O1→A，在閉合電路中有方向為O1AO2BO1的感應電流，而對b盤，由左手定則和能量守恒定律可知，b盤順時針轉(zhuǎn)動且其轉(zhuǎn)動的角速度一定小于a盤的角速度，選項B正確。二、電磁感應中的綜合問題此類問題涉及電路知識、動力學知識和能量觀點，綜合性很強，解決此類問題要注意以下三點：1．電路分析(1)找“電源”：確定出由電磁感應所產(chǎn)生的電源，求出電源的電動勢E和內(nèi)阻r。(2)電路結構分析弄清串、并聯(lián)關系，求出相關部分的電流大小，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，找全部力所做的功，弄清功的正、負。(2)能量轉(zhuǎn)化分析，弄清哪些能量增加，哪些能量減小，根據(jù)功能關系、能量守恒定律列方程求解。(2023·內(nèi)蒙古高二期中)如圖所示，固定在水平面上間距為l的兩條平行光滑金屬導軌，垂直于導軌放置的兩根金屬棒MN和PQ長度也為l、電阻均為R，兩棒與導軌始終接觸良好。兩端通過開關S與電阻為0.5R的邊長為a的正方形單匝金屬線圈相連，線圈內(nèi)存在豎直向下均勻增加的磁場，磁場的變化率為常量k。圖中虛線右側(cè)有垂直于導軌平面向下的勻強磁場，磁感應強度大小為B。PQ的質(zhì)量為m，金屬導軌足夠長、電阻忽略不計。典例2(1)閉合S，若使PQ保持靜止，需在其上加多大的水平恒力F，并指出其方向；(2)斷開S，PQ在上述恒力作用下，由靜止開始到速度大小為v的加速過程中流過PQ的電荷量為q，求該過程PQ產(chǎn)生的焦耳熱。三、電磁感應中的動量問題當導體棒在磁場中做非勻變速直線運動時，利用牛頓運動定律不易解答這類問題，可以應用動量定理或動量守恒定律來解答。1．動量定理多應用于桿切割磁感線中求解變力的時間、速度、位移和電荷量問題。2．電磁感應中雙桿切割磁感線運動，若雙桿系統(tǒng)所受合外力為零，運用動量守恒定律結合能量守恒定律可求解與能量有關的問題。動量觀點系統(tǒng)動量守恒系統(tǒng)動量不守恒能量觀點棒1動能的減少量＝棒2動能的增加量＋焦耳熱外力做的功＝棒1的動能＋棒2的動能＋焦耳熱(2023·河南新蔡縣高二開學考試)如圖所示，兩根足夠長的固定平行金屬導軌位于同一水平面內(nèi)，導軌間的距離為L，導軌上橫放著兩根導體棒ab和cd。設兩根導體棒的質(zhì)量皆為m，電阻皆為R，導軌光滑且電阻不計，在整個導軌平面內(nèi)都有豎直向上的勻強磁場，磁感強度為B。開始時ab和cd兩導體棒有方向相反的水平初速，初速大小分別為v0和2v0，求：(1)從開始到最終穩(wěn)定回路中產(chǎn)生的焦耳熱；典例3進考場練真題一、高考真題探析

(多選)(2021·全國甲卷，21)由相同材料的導線繞成邊長相同的甲、乙兩個正方形閉合線圈，兩線圈的質(zhì)量相等，但所用導線的橫截面積不同，甲線圈的匝數(shù)是乙的2倍?，F(xiàn)兩線圈在豎直平面內(nèi)從同一高度同時由靜止開始下落，一段時間后進入一方向垂直于紙面的勻強磁場區(qū)域，磁場的上邊界水平，如圖所示。不計空氣阻力，已知下落過程中線圈始終平行于紙面，上、下邊保持水平。在線圈下邊進入磁場后且上邊進入磁場前，可能出現(xiàn)的是(

)典例ABA．甲和乙都加速運動B．甲和乙都減速運動C．甲加速運動，乙減速運動D．甲減速運動，乙加速運動[試題情境]本題以相同質(zhì)量、不同長度、同種材料構成的兩個導體框在磁場中的運動為素材創(chuàng)設學習探索問題情境，屬于綜合性題目。[必備知識]密度公式、電阻定律、閉合電路的歐姆定律、機械能守恒定律、楞次定律、法拉第電磁感應定律、安培力、牛頓第二定律。[能力素養(yǎng)]本題屬于導體框在磁場中運動的問題，著重考查考生的理解能力和推理論證能力?？疾榈膶W科核心素養(yǎng)為物理觀念和科學思維，要求考生對牛頓運動定律、電阻定律、法拉第電磁感應定律等知識融會貫通，進而推理論證兩導線框的受力及運動情況。[失分剖析]考生寫多匝線圈產(chǎn)生的感應電動勢及安培力表達式時，忽略了匝數(shù)n的作用。二、進考場練真題1．(2023·湖北卷)近場通信(NFC)器件應用電磁感應原理進行通訊，其天線類似一個壓平的線圈，線圈尺寸從內(nèi)到外逐漸變大。如圖所示，一正方形NFC線圈共3匝，其邊長分別為1.0cm、1.2cm和1.4cm，圖中線圈外線接入內(nèi)部芯片時與內(nèi)部線圈絕緣。若勻強磁場垂直通過此線圈，磁感應強度變化率為103T/s，則線圈產(chǎn)生的感應電動勢最接近(

)A．0.30V B．0.44VC．0.59V

D．4.3VB2．(2023·全國卷)一學生小組在探究電磁感應現(xiàn)象時，進行了如下比較實驗。用圖(a)所示的纏繞方式，將漆包線分別繞在幾何尺寸相同的有機玻璃管和金屬鋁管上，漆包線的兩端與電流傳感器接通。兩管皆豎直放置，將一很小的強磁體分別從管的上端由靜止釋放，在管內(nèi)下落至管的下端。實驗中電流傳感器測得的兩管上流過漆包線的電流I隨時間t的變化分別如圖(b)和圖(c)所示，分析可知(

)AA．圖(c)是用玻璃管獲得的圖像B．在鋁管中下落，小磁體做勻變速運動C．在玻璃管中下落，小磁體受到的電磁阻力始終保持不變D．用鋁管時測得的電流第一個峰到最后一個峰的時間間隔比用玻璃管時的短解析：強磁體在鋁管中運動，鋁管會形成渦流，玻璃是絕緣體故強磁體在玻璃管中運動，玻璃管不會形成渦流。強磁體在鋁管中加速后很快達到平衡狀態(tài)，做勻速直線運動，而玻璃管中的磁體則一直做加速運動，故由圖像可知圖(c)的脈沖電流峰值不斷增大，說明強磁體的速度在增大，與玻璃管中磁體的運動情況相符，A正確；在鋁管中下落，脈沖電流的峰值一樣，磁通量的變化率相同，故小磁體做勻速運動，B錯誤；在玻璃管中下落，玻璃管為絕緣體，線圈的脈沖電流峰值增大，電流不斷在變化，故小磁體受到的電磁阻力在不斷變化，C錯誤；強磁體分別從管的上端由靜止釋放，在鋁管中，磁體在線圈間做勻速運動，玻璃管中磁體在線圈間做加速運動，故用鋁管時測得的電流第一個峰到最后一個峰的時間間隔比用玻璃管時的長，D錯誤。3．(2021·河北卷，7)如圖，兩光滑導軌水平放置在豎直向下的勻強磁場中，磁感應強度大小為B，導軌間距最窄處為一狹縫，取狹縫所在處O點為坐標原點，狹縫右側(cè)兩導軌與x軸夾角均為θ，一電容為C的電容器與導軌左端相連，導軌上的金屬棒與x軸垂直，在外力F作用下從O點開始以速度v向右勻速運動，忽略所有電阻，下列說法正確的是(

)AA．通過金屬棒的電流為2BCv2tanθB．金屬棒到達x0時，電容器極板上的電荷量為BCvx0tanθC．金屬棒運動過程中，電容器的上極板帶負電D．金屬棒運動過程中，外力F做功的功率恒定4．(2022·浙江1月，13)如圖所示，將一通電螺線管豎直放置，螺線管內(nèi)部形成方向豎直向上、磁感應強度大小B＝kt的勻強磁場，在內(nèi)部用絕緣輕繩懸掛一與螺線管共軸的金屬薄圓管，其電阻率為ρ、高度為h、半徑為r、厚度為d(d?r)，則(

)C5．(2022·全國甲卷，3)三個用同樣的細導線做成的剛性閉合線框，正方形線框的邊長與圓線框的直徑相等，圓線框的半徑與正六邊形線框的邊長相等，如圖所示。把它們放入磁感應強度隨時間線性變化的同一勻強磁場中，線框所在平面均與磁場方向垂直，正方形、圓形和正六邊形線框中感應電流的大小分別為I1、I2和I3。則(

)A．I1<I3<I2

B．I1>I3>I2C．I1＝I2>I3

D．I1＝I2＝I3C6．(多選)(2023·遼寧卷)如圖，兩根光滑平行金屬導軌固定在絕緣水平面上，左、右兩側(cè)導軌間距分別為d和2d，處于豎直向上的磁場中，磁感應強度大小分別為2B和B。已知導體棒MN的電阻為R、長度為d，導體棒PQ的電阻為2R、長度為2d，PQ的質(zhì)量是MN的2倍。初始時刻兩棒靜止，兩棒中點之間連接一壓縮量為L的輕質(zhì)絕緣彈簧。釋放彈簧，兩棒在各自磁場中運動直至停止，彈簧始終在彈性限度內(nèi)。整個過程中兩棒保持與導軌垂直并接觸良好，導軌足夠長且電阻不計。下列說法正確的是(

)AC7．(2022·全國乙卷，11)如圖，一不可伸長的細繩的上端固定，下端系在邊長為l＝0.40m的正方形金屬框的一個頂點上。金屬框的一條對角線水平，其下方有方向垂直于金屬框所在平面的勻強磁場。已知構成金屬框的導線單位長度的阻值為λ＝5.0×10－3Ω/m；在t＝0到t＝3.0s時間內(nèi)，磁感應強度大小隨時間t的變化關系為B(t)＝0.3－0.1t(SI)。求：(1)t＝2.0s時金屬框所受安培力的大小；(2)在t＝0到t＝2.0s時間內(nèi)金屬框產(chǎn)生的焦耳熱。8．(2023·全國卷)如圖，水平桌面上固定一光滑U形金屬導軌，其平行部分的間距為l，導軌的最右端與桌子右邊緣對齊，導軌的電阻忽略不計。導軌所在區(qū)域有方向豎直向上的勻強磁場，磁感應強度大小為B。一質(zhì)量為m、電阻為R、長度也為l的金屬棒P靜止在導軌上。導軌上質(zhì)量為3m的絕緣棒Q位于P的左側(cè)，以大小為v0的速度向P運動并與P發(fā)生彈性碰撞，碰撞時間很短。碰撞一次后，P和Q先后從導軌的最右端滑出導軌，并落在地面上同一地點。P在導軌上運動時，兩端與導軌接觸良好，P與Q始終平行。不計空氣阻力。求。(1)金屬棒P滑出導軌時的速度大??；(2)金屬棒P在導軌上運動過程中產(chǎn)生的熱量；(3)與P碰撞后，絕緣棒Q在導軌上運動的時間。BC10．(多選)(2022·全國統(tǒng)考高考真題)如圖，兩根相互平行的光滑長直金屬導軌固定在水平絕緣桌面上，在導軌的左端接入電容為C的電容器和阻值為R的電阻。質(zhì)量為m、阻值也為R的導體棒MN靜止于導軌上，與導軌垂直，且接觸良好，導軌電阻忽略不計，整個系統(tǒng)處于方向豎直向下的勻強磁場中。開始時，電容器所帶的電荷量為Q，合