《新教材變化解讀及考法剖析》-高中物理選擇性第2章電磁感應

《新教材變化解讀及考法剖析》高中物理選擇性必修第二冊第2章電磁感應《新教材變化解讀及考法剖析》高中物理選擇性必修第二冊第2章電磁感應新教材物理選擇性必修第二冊變化解讀主題增加、刪除及調(diào)整原因分析安培力與洛倫茲力“會計算安培力的大小”調(diào)整為“會計算勻強磁場中安培力的大小”使安培力大小的計算明確要求在勻強磁場中電磁感應“理解法拉第電磁感應定律”調(diào)整為“通過實驗，理解法拉第電磁感應定律”中學生對法拉第電磁感應定律的理解必須建立在實驗的基礎(chǔ)上，故明確提出對實驗的要求交變電流“知道交變電流，能用函數(shù)表達式和圖像描述交變電流”調(diào)整為“通過實驗，認識交變電流，能用公式和圖像描述正弦交變電流”強調(diào)實驗的作用，描述中“公式”比“函數(shù)表達式”更準確刪除“通過實驗，了解電容器和電感器對交變電流的導通的阻礙作用”限于課時，對此部分不作要求增加了“了解發(fā)電機和電動機工作過程中的能量轉(zhuǎn)化”強調(diào)應用意識電磁振蕩與電磁波增加“認識電磁普在人類生活和社會發(fā)展中的作用”刪除多條具體內(nèi)容中類似“在人類生活中社會中的作用”，統(tǒng)一在上位概念“電磁學”里體現(xiàn)增加了“初步了解場的統(tǒng)一性和多樣性，體會物理學對統(tǒng)一性的追求”加強物理觀念中“物質(zhì)觀”的教學，體會物理中對統(tǒng)一理論基本目標的追求增加了“通過實驗，了解電磁振蕩”電磁振蕩是比較抽象的概念，實驗可幫助學生更好地理解電磁振蕩的產(chǎn)生刪除了“了解電磁波的應用和在科技、經(jīng)濟、社會發(fā)展中的作用”電磁波的應用在具體內(nèi)容中有要求，“在經(jīng)濟、社會中的作用”放在電磁學中的統(tǒng)一說傳感器增加“用傳感器設計并制作簡單的自動控制裝置”學生實驗強調(diào)這部分內(nèi)容動手實踐的作用新教材特點1、突出核心素養(yǎng)理念，培養(yǎng)全面發(fā)展人才新教材從物理觀念的培養(yǎng)、科學思維的體現(xiàn)、科學探究的設計、態(tài)度責任的體現(xiàn)等方面突出核心素養(yǎng)理念，培養(yǎng)全面發(fā)展人才。2、考慮學生認知特點，優(yōu)化教科書結(jié)構(gòu)新教材從學生認知水平及物理學科特點兩方面出發(fā)，在學生合理的認知水平發(fā)展下學習物理概念、規(guī)律，形成物理觀念，發(fā)展探究能力；在整體的結(jié)構(gòu)安排上，遵從人們認識事物“先現(xiàn)象，后本質(zhì)”的一般規(guī)律。3、聯(lián)系實際突出STSE的思想新教材從問題引入、分析的實例、概念和規(guī)律的應用、練習和習題、多個方面來貫徹聯(lián)系實際的原則，突出科學（Science），技術(shù)（Technology），社會（Society），環(huán)境（Environment）相互聯(lián)系的思想。教材除了在正文的安排中盡可能注意物理知識與生活、技術(shù)、社會的聯(lián)系，還特意設置了STSE欄目，介紹、探討科學技術(shù)與社會之間相互關(guān)聯(lián)的問題。4、關(guān)注社會發(fā)展反映我國科技進步內(nèi)容的選擇上，一是在學習經(jīng)典內(nèi)容時，新教材多用當代人生活的實例；二是盡可能反映新科學、技術(shù)的發(fā)展，使教科書有時代氣息。5、注重基礎(chǔ)，兼顧差異新教材以概念規(guī)律的學習為載體打好基礎(chǔ)，注重核心素養(yǎng)的培養(yǎng)；內(nèi)容的設計上體現(xiàn)了一些彈性：設置“拓展學習”欄、章后設置A、B兩組習題（A組習題對應《課程標準》中必修內(nèi)容的要求，B組比《課程標準》中必修內(nèi)容略有超出，供學有余力的學生選做）。新教材物理選擇性必修第二冊《第2章電磁感應》變化解讀【變動1】實驗：探究影響感應電流方向的因素，這個實驗由演示實驗改成了學生實驗。1．某小組的同學做“探究影響感應電流方向的因素”實驗。（1）首先按圖甲①所示方式連接電路，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電流計指針向右偏轉(zhuǎn)；再按圖甲②所示方式連接電路，閉合開關(guān)后，發(fā)現(xiàn)電流計指針向左偏轉(zhuǎn)。進行上述實驗的目的是。A.檢查電流計測量電路的電流是否準確B.檢查干電池是否為新電池C.推斷電流計指針偏轉(zhuǎn)方向與電流方向的關(guān)系（2）接下來，用圖乙所示的裝置做實驗。圖乙中螺線管上的粗線標示的是導線的繞行方向。某次實驗中在條形磁鐵插入螺線管的過程中，觀察到電流計指針向右偏轉(zhuǎn)，說明螺線管中的電流方向（從上往下看）是沿（選填順時針或逆時針）方向。（3）下表是該小組設計的記錄表格的一部分，表中完成了實驗現(xiàn)象的記錄，還有一項需要推斷的實驗結(jié)果未完成，請幫助該小組完成，填入表中的橫線上（選填豎直向上或豎直向下）。操作N極朝下插入螺線管從上往下看的平面圖（B0表示原磁場，即磁鐵產(chǎn)生的磁場）原磁場通過螺線管磁通量的增減增加感應電流的方向沿逆時針方向感應電流的磁場B′的方向2．(1)如圖所示為探究“感應電流方向的規(guī)律”實驗裝置，下列電表中最適合該實驗的是(填字母)。(2)某同學用如圖所示可拆變壓器，探究線圈兩端電壓與匝數(shù)的關(guān)系，輸入輸出如圖所示．將單刀雙擲開關(guān)打到1，增大副線圈匝數(shù)，小燈泡的亮度將(填“變亮”“變暗”或“不變”)。該同學利用該裝置進一步探究電容器對交變電流的影響，他將開關(guān)打到2，小燈泡發(fā)光，現(xiàn)增大輸入端的交流電源頻率，小燈泡的亮度將(填“變亮”“變暗”或“不變”)。3．在“研究磁通量變化時感應電流的方向”的實驗中：（1）①某同學用通電螺線管代替條形磁鐵進行如下實驗操作：A.將靈敏電流計直接與電池兩極相連，檢測靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)方向與電流流向的關(guān)系；B.按圖接好電路；C.把原線圈放入副線圈中，接通、斷開電鍵觀察并記錄靈敏電流計指針偏轉(zhuǎn)方向；D．歸納出感應電流的方向與磁通量變化的關(guān)系。其中錯誤之處是、。

②已知一靈敏電流計，當電流從正接線柱流入時，指針向正接線柱一側(cè)偏轉(zhuǎn)，現(xiàn)把它與線圈串聯(lián)接成圖8所示電路，條形磁鐵的磁極、運動方向及靈敏電流計的正負接線柱和指針偏轉(zhuǎn)方向均如圖所示，試畫出螺線管上導線的繞向?！咀儎?】把舊教材“電磁感應規(guī)律的應用”的中“動生感動勢”這部分知識別整合到“導體切割磁感線時的感應電動勢”。知識更為緊湊。4．如圖所示是銅制圓盤發(fā)電機的示意圖，銅盤安裝在水平固定的轉(zhuǎn)軸上，它的邊緣正好在兩磁極之間（磁板未畫出;磁場方向和銅盤盤面垂直），兩塊銅片C、D分別與轉(zhuǎn)動軸和銅盤的邊緣接觸。使銅盤轉(zhuǎn)動，電阻R中就有電流通過。設銅盤沿順時針方向（從左向右看）勻速轉(zhuǎn)動，兩磁極之間的磁場可視為勻強磁場，關(guān)于通過電阻R的電流，下列說法正確的是（）A．正弦式交變電流B．恒定電流，電流方向從上向下通過電阻RC．恒定電流，電流方向從下向上通過電阻RD．電流大小不斷變化，電流方向從下向上通過電阻R5．在范圍足夠大、方向豎直向下的勻強磁場中，B=0.2T，有一水平放置的光滑框架，寬度為l=0.4m，如圖所示，框架上放置一質(zhì)量為0.05kg、接入電路的電阻為1Ω的金屬桿cd，金屬桿與框架垂直且接觸良好，框架電阻不計。若cd桿在水平外力的作用下以恒定加速度a=2m/s2由靜止開始向右沿框架做勻變速直線運動，則：（1）在5s內(nèi)，回路產(chǎn)生的平均感應電動勢是多大？（2）第5s末，回路中的電流是多大？（3）第5s末，作用在cd桿上的水平外力大小為多少？6．如圖甲所示，ACD是固定在水平面上的半徑為2r、圓心為O的金屬半圓弧導軌，EF是半徑為r、圓心也為O的半圓弧，在半圓弧EF與導軌ACD之間的半圓環(huán)區(qū)域內(nèi)存在垂直導軌平面向外的勻強磁場，磁感應強度大小為B，B隨時間t變化的圖象如圖乙所示．OA間接有電阻P，金屬桿OM可繞O點轉(zhuǎn)動，M端與軌道接觸良好，金屬桿OM與電阻P的阻值均為R，其余電阻不計。（1）0～t0時間內(nèi)，OM桿固定在與OA夾角為θ1＝的位置不動，求這段時間內(nèi)通過電阻P的感應電流大小和方向；（2）t0～2t0時間內(nèi)，OM桿在外力作用下以恒定的角速度逆時針轉(zhuǎn)動，2t0時轉(zhuǎn)過角度θ2＝到OC位置，求電阻P在這段時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱Q。【變動3】把舊教材“電磁感應規(guī)律的應用”的中“電磁感應現(xiàn)象中的感生電場”這部分知識別整合到“渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動”。知識更為緊湊。7．如圖甲，N=200匝的線圈，橫截面積是S=0.01m2，線圈兩端A、B與一個理想電壓表相連。線圈中有垂直紙面向里的磁場，磁場的磁感應強度按圖乙規(guī)律變化，則（）A．電壓表的示數(shù)是8VB．感應電流的方向為A流向BC．A點電勢低于B點電勢D．感應電流的方向為B流向A8．如圖甲所示，豎直放置的通電直導線A和圓形導線B位于同一平面內(nèi)。導線A中通入如圖乙所示的電流，以豎直向上為電流的正方向。下列說法中正確的是（）A．時刻B中沒有感應電流B．時刻A、B間安培力為零C．時刻B中的感應電流方向與時刻的相反D．時間內(nèi)B中的感應電流大小和方向都不變9．一勻強磁場，磁場方向垂直紙面，規(guī)定向里的方向為正，在磁場中有一細金屬圓環(huán)，線圈位于紙面內(nèi)，如圖甲所示．現(xiàn)令磁感應強度值B隨時間t變化，先按圖乙所示的Oa圖線變化，后來又按bc和cd變化，令E1、E2、E3分別表示這三段變化過程中感應電動勢的大小，I1、I2、I3分別表示對應的感應電流，則（）A．E1>E2，I1沿逆時針方向，I2沿順時針方向B．E1<E2，I1沿逆時針方向，I2沿順時針方向C．E1<E2，I2沿順時針方向，I3沿逆時針方向D．E2=E3，I2沿順時針方向，I3沿順時針方向【變動4】新教材“互感和自感”對演示實驗要求有所提高。10．如圖甲、乙電路中，電阻R、電感線圈L的電阻均和燈泡A的電阻相等。關(guān)于燈泡的亮、暗變化情況，下列說法中正確的是（）A．在電路甲中，閉合開關(guān)S后，A燈將逐漸變亮B．在電路乙中，閉合開關(guān)S后，A燈將逐漸變亮C．在電路甲中，斷開開關(guān)S后，A燈將先變得更亮，然后逐漸變暗D．在電路乙中，斷開開關(guān)S后，A燈將先變得更亮，然后逐漸變暗11．小王同學用如圖甲所示電路研究電磁感應現(xiàn)象，小李同學用如圖乙所示電路研究自感現(xiàn)象。（1）小王同學實驗時發(fā)現(xiàn)，閉合開關(guān)時，電流表指針向左偏轉(zhuǎn)。電路穩(wěn)定后，若向右移動滑片，此過程中電流表指針將向（選填“左”或“右”）偏轉(zhuǎn)，實驗結(jié)束后，未斷開開關(guān)，也未把A、B兩線圈和鐵芯分開放置，在拆除電路時突然被電擊了一下，則被電擊是在拆除（選填“A”或“B”）線圈所在電路時發(fā)生的。（2）小李同學用圖乙中（1）（2）兩個電路研究通電自感和斷電自感現(xiàn)象，圖中L是一帶鐵芯的線圈，直流電阻忽略不計，A、B是額定電壓為1.5V的燈泡，直流電源為一節(jié)新的干電池。兩電路電鍵S閉合后，會看到：小燈泡A將（選填“慢慢變亮”“立即變亮”或“立即變亮，然后慢慢熄滅”），小燈泡B將（選填“慢慢變亮”“立即變亮”或“立即變亮，然后慢慢熄滅”）；S斷開后，小燈泡A將（選填“慢慢熄滅”“立即熄滅”或“閃亮一下，然后熄滅”），S斷開后，小燈泡B將（選填“慢慢熄滅”“立即熄滅”或“閃亮一下，然后熄滅”）。12．（1）在研究自感現(xiàn)象時，自感系數(shù)較大的線圈一般都有直流電阻，某同學利用如圖（1）所示的電路采用伏安法測定線圈的直流電阻，在實驗測量完畢后，將電路拆去時應。A．先斷開開關(guān)S1B．先斷開開關(guān)S2C．先拆去電流表

D．先拆去電阻R（2）圖（2）所示是該同學研究自感現(xiàn)象的實驗電路圖，并用電流傳感器顯示出在t=1×103s時斷開開關(guān)前后一段時間內(nèi)各時刻通過線圈L的電流（如圖（3）所示）。已知電源電動勢E=6V，內(nèi)阻不計，燈泡的阻值R1=6Ω，電阻R的阻值為2Ω。①線圈的直流電阻為Ω；②開關(guān)斷開時，該同學觀察到的現(xiàn)象是：。參考答案：1．C順時針豎直向上【詳解】(1)[1]電流從正接線柱流入就右偏，從負接線柱流入就左偏，從而確定電流的流入方向與指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系。故選C。(2)[2]電流計指針向右偏轉(zhuǎn)，說明感應電流從正接線柱流入電表，說明螺線管中的電流方向（從上往下看）是沿順時針方向。(3)[3]根據(jù)右手螺旋定則，感應電流的磁場B′的方向豎直向上。2．B變亮變亮【詳解】（1）[1]本實驗是探究“感應電流方向的規(guī)律”，結(jié)合感應電流產(chǎn)生的條件，當條形磁鐵的運動，會導致閉合線圈內(nèi)的磁通量變化，從而產(chǎn)生較小的感應電流，因此需要靈敏的電流計，因電流有正反方向，所以應選擇B圖的電流表。故選B。（2）[2]將單刀雙擲開關(guān)打到1，增大副線圈匝數(shù)，根據(jù)原副線圈電壓與其匝數(shù)成正比，當增大副線圈匝數(shù)，小燈泡的電壓增大，那么小燈泡的亮度將變亮；[3]將開關(guān)打到2，小燈泡發(fā)光，根據(jù)容抗公式，現(xiàn)增大輸入端的交流電源頻率，通過電容器的電流更大，燈泡會變亮。3．A中電流計要串接保護電阻后接到電池上B中原副線圈位置換錯了【分析】不能用導線直接把電源兩極連接起來，否則會造成電源短路，損壞電源，應串聯(lián)保護電阻再接到電源上，故A錯誤；原線圈應用小線圈，副線圈應用大線圈，故B錯誤。根據(jù)楞次定律判斷出感應電流磁場方向，然后由安培定則判斷出線圈的繞向，最后作圖?！驹斀狻浚?）[1][2]A．將靈敏電流計直接與電池兩極相連，會造成電源短路，損壞電源，電流計要串接保護電阻后接到電池上，故A操作錯誤；B．原線圈應該用小線圈，副線圈應用用大線圈，由圖示電路圖可知，原副線圈弄反了，故B操作錯誤。（2）[3]由圖示可知，穿過螺線管的磁場方向向下，磁鐵向螺線管靠近，穿過螺線管的磁通量變大，由楞次定律可知，感應電流磁場方向應向上，由安培定則可知，從上向下看，螺線管的繞向是沿逆時針方向，如下圖所示4．C【詳解】圓盤轉(zhuǎn)動時，相當于半徑切割磁感線，因為勻速轉(zhuǎn)動，則產(chǎn)生恒定不變的感應電流，根據(jù)右手定則可知，D點相當電源的正極，則電流方向從下向上通過電阻R。故選C。5．（1）0.4V；（2）0.8A；（3）0.164N【詳解】（1）金屬桿5s內(nèi)的位移金屬桿5s內(nèi)的平均速度故平均感應電動勢（2）金屬桿第5s末的速度此時回路中的感應電動勢則回路中的電流（3）金屬桿做勻加速直線運動，則又故6．（1）；感應電流方向為：A→O；（2）【詳解】（1）0～t0時間內(nèi)的感應電動勢E1＝＝·S1其中＝S1＝·π（2r）2－πr2＝感應電流I1＝聯(lián)立解得I1＝由楞次定律可判斷通過電阻P的感應電流方向為：A→O。（2）t0～2t0時間內(nèi)，OM轉(zhuǎn)動的角速度為ω＝感應電動勢為E2＝B0r其中＝又I2＝則電阻P在這段時間內(nèi)產(chǎn)生的焦耳熱Q＝I22Rt0聯(lián)立得Q＝7．AB【詳解】A．由法拉第電磁感應定律得感應電動勢為故A正確。BCD．由楞次定律可知，感應電流方向是逆時針方向，所以A點電勢高，點電勢低，感應電流的方向為A流向B，故B正確，CD錯誤。故選AB。8．BD【詳解】A．導線A中電流變化產(chǎn)生磁場，時刻B中磁通量變化率不為零，根據(jù)產(chǎn)生感應電流的條件，所以B中有感應電流，故A錯誤；B．時刻A中電流為零，由安培力公式故A受到安培力為零，所以A、B間安培力為零，故B正確；C．時刻與時刻，A中電流的變化率相同，即B中磁通量的變化率相同，由楞次定律，所以兩時刻B中感應電流的方向相同，故C錯誤；D．時間內(nèi)，A中電流的變化率相同，即B中磁通量的變化率相同，由及和楞次定律可得，B中感應電流的大小和方向都不變，故D正確。.故選BD。9．BD【詳解】由楞次定律可判斷出I1沿逆時針方向，I2與I3均沿順時針方向；由法拉第電磁感應定律可知由圖知應有第1段中磁通量的變化率較小，而bc、cd兩段中磁通量的變化率相同，故有E1＜E2=E3故選BD。10．AD【詳解】A．在電路甲中，閉合開關(guān)S瞬間，L中電流要增大，就會產(chǎn)生自感電動勢，阻礙電流的增大，所以電路甲中，閉合開關(guān)S后，燈泡將逐漸變亮，A正確；B．在電路乙中，閉合開關(guān)S瞬間，A燈將立即變亮，B錯誤；C．在電路甲中，斷開開關(guān)時，L中電流要減小，就會產(chǎn)生自感電動勢，相當于電源，自感電動勢阻礙電流的減小，由于燈泡中的電流從原先的值開始逐漸減小，所以燈泡不會先變得更亮，C錯誤；D．在電路乙中，開關(guān)斷開時，L相當于電源，由于L中原來的電流大于燈泡中原來的電流，則燈泡將先變得