【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修2：第2章電磁感應(yīng)及其應(yīng)用本章整合課件

第2章本章整合知識網(wǎng)絡(luò)·體系構(gòu)建專題突破·歸納整合目錄索引

知識網(wǎng)絡(luò)·體系構(gòu)建專題突破·歸納整合專題一楞次定律、右手定則、左手定則、安培定則的綜合應(yīng)用比較項目適用場合楞次定律回路中磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電流時,原磁場方向、感應(yīng)電流磁場方向的關(guān)系右手定則導(dǎo)體切割磁感線時速度方向、磁場方向、感應(yīng)電流方向的關(guān)系左手定則通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力方向、電流方向、磁場方向的關(guān)系安培定則通電導(dǎo)線、圓環(huán)產(chǎn)生磁場時,磁場方向、電流方向關(guān)系典例1

(多選)如圖所示裝置中,cd桿光滑且原來靜止。當ab桿做如下哪些運動時,cd桿將向右移動(導(dǎo)體棒切割磁感線速度越大,感應(yīng)電流越大)(

)A.向右做勻速運動

B.向右做加速運動C.向左做加速運動

D.向左做減速運動BD解析

ab桿向右做勻速運動,在ab桿中產(chǎn)生恒定的電流,該電流在線圈L1中產(chǎn)生恒定的磁場,在L2中不產(chǎn)生感應(yīng)電流,所以cd桿不動,故A錯誤;ab桿向右加速運動,根據(jù)右手定則,知在ab桿上產(chǎn)生增大的由a到b的電流,根據(jù)安培定則,在L1中產(chǎn)生方向向上且增強的磁場,該磁場向下通過L2,由楞次定律,在cd桿上產(chǎn)生c到d的感應(yīng)電流,根據(jù)左手定則,cd桿受到向右的安培力,cd桿將向右運動,故B正確;同理可得C錯誤,D正確。方法技巧

幾個規(guī)律的應(yīng)用中,要抓住各個對應(yīng)的因果關(guān)系(1)因變而生電(ΔΦ→L)→楞次定律;(2)因動而生電(v、B→I)→右手定則;(3)因電而受力(I、B→F安)→左手定則;(4)因電而生磁(I→B)→安培定則。針對訓(xùn)練1如圖所示,線圈M與電源E、開關(guān)S、滑動變阻器R相連,線圈N與電流計G相連,線圈M與線圈N繞在同一鐵芯上。已知電流計G的指針向電流流入一側(cè)偏轉(zhuǎn),則下列操作可以使電流計G的指針向“+”接線柱偏轉(zhuǎn)的是(

)A.閉合開關(guān)S瞬間B.保持S斷開,將滑動變阻器R的滑片向右移C.保持S閉合,將滑動變阻器R的滑片向右移D.保持S閉合,將滑動變阻器R的滑片向左移C解析

由安培定則知,閉合開關(guān)S瞬間,線圈M在其內(nèi)部產(chǎn)生向左的磁通量,則通過線圈N的磁通量向左增加,由楞次定律知感應(yīng)電流磁場向右,通過電流計的電流為從左到右,則電流計指針向“-”接線柱偏轉(zhuǎn),故A錯誤;保持S斷開,則線圈M中沒有電流,沒有磁通量通過鐵芯,電流計不偏轉(zhuǎn),故B錯誤;保持S閉合,將滑動變阻器R的滑片向右移,R接入電路的電阻增大,通過線圈M的電流減小,鐵芯中向左的磁通量減小,由“增反減同”知線圈N中感應(yīng)磁場方向向左,則通過電流計的電流為從右到左,電流計指針向“+”接線柱偏轉(zhuǎn),故C正確;由C中分析可知,R的滑片向左移,出現(xiàn)的現(xiàn)象與C完全相反,結(jié)果電流計指針會向“-”接線柱偏轉(zhuǎn),故D錯誤。專題二電磁感應(yīng)中的電路問題1.對電源的理解(1)在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中,產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當于電源,如切割磁感線的導(dǎo)體棒、內(nèi)有磁通量變化的線圈等,這種電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。(2)判斷感應(yīng)電流和感應(yīng)電動勢的方向,都是利用相當于電源的部分根據(jù)右手定則或楞次定律判定的。實際問題中應(yīng)注意外電路電流由高電勢處流向低電勢處,而內(nèi)電路則相反。2.對電路的理解(1)內(nèi)電路是切割磁感線的導(dǎo)體或磁通量發(fā)生變化的線圈,外電路由電阻、電容等電學(xué)元件組成。(2)在閉合電路中,相當于“電源”的導(dǎo)體兩端的電壓與真實的電源兩端的電壓一樣,等于路端電壓,而不等于感應(yīng)電動勢。3.解決電磁感應(yīng)中的電路問題的基本思路(1)明確哪部分導(dǎo)體或電路產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,該導(dǎo)體或電路就是電源,其他部分是外電路。(2)用法拉第電磁感應(yīng)定律確定感應(yīng)電動勢的大小,用楞次定律或右手定則確定感應(yīng)電動勢的方向。(3)分清內(nèi)外電路,畫出等效電路圖。(4)運用閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路特點、電功率、焦耳熱等公式聯(lián)立求解。典例2

如圖所示,MN、PQ為平行光滑金屬導(dǎo)軌(金屬導(dǎo)軌電阻忽略不計),MN、PQ相距L=50cm,導(dǎo)體棒AB在兩軌道間的電阻為r=1Ω,且可以在MN、PQ上滑動,定值電阻R1=3Ω,R2=6Ω,整個裝置放在磁感應(yīng)強度為B=1.0T的勻強磁場中,磁場方向垂直于整個導(dǎo)軌平面,現(xiàn)用外力F拉著AB棒向右以v=5m/s的速度做勻速直線運動。求:(1)導(dǎo)體棒AB產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E和AB棒上的感應(yīng)電流方向;(2)導(dǎo)體棒AB兩端的電壓UAB。解析

(1)導(dǎo)體棒AB產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=BLv=2.5

V由右手定則知,AB棒上的感應(yīng)電流方向向上,即沿B→A方向。方法技巧

導(dǎo)體棒在勻強磁場中運動的變與不變(1)外電阻的變與不變:若外電路由無阻導(dǎo)線和定值電阻構(gòu)成,導(dǎo)體棒運動過程中外電阻不變;若外電路由考慮電阻的導(dǎo)線組成,導(dǎo)體棒運動過程中外電阻改變。(2)內(nèi)電阻與電動勢的變與不變:切割磁感線的有效長度不變,則內(nèi)電阻與電動勢均不變;反之,發(fā)生變化。處理電磁感應(yīng)過程中的電路問題時,需特別關(guān)注電動勢及內(nèi)、外電阻是否變化。針對訓(xùn)練2(多選)如圖所示,兩根足夠長的光滑金屬導(dǎo)軌水平平行放置,間距為l=1m,cd間、de間、cf間分別接著阻值R=10Ω的電阻。一阻值R=10Ω的導(dǎo)體棒ab以速度v=4m/s勻速向左運動,導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好。導(dǎo)軌所在平面存在磁感應(yīng)強度大小B=0.5T、方向豎直向下的勻強磁場。下列說法正確的是(

)A.導(dǎo)體棒ab中電流的方向為由b到aB.cd兩端的電壓為1VC.de兩端的電壓為1VD.fe兩端的電壓為1VBD解析

由右手定則可知ab中電流方向為a→b,A錯誤;導(dǎo)體棒ab切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E=Blv,ab為電源,cd間電阻R為外電路負載,de和cf間電阻中無電流,de和cf間無電壓,因此cd和fe兩端電壓相等,即

V,B、D正確,C錯誤。專題三電磁感應(yīng)中的圖像問題1.明確圖像的種類,即是B-t圖像還是Φ-t圖像,或者是E-t圖像、I-t圖像、F-t圖像等。2.分析電磁感應(yīng)的具體過程。3.確定感應(yīng)電動勢(或感應(yīng)電流)的大小和方向,有下列兩種情況:(1)若回路面積不變,磁感應(yīng)強度變化時,用楞次定律確定感應(yīng)電流的方向,(2)若磁場不變,導(dǎo)體切割磁感線,用右手定則判斷感應(yīng)電流的方向,用E=Blv確定感應(yīng)電動勢大小的變化。4.畫圖像或判斷圖像,特別注意分析斜率的變化、截距的大小等。5.涉及受力問題,可由安培力公式F=IlB和牛頓運動定律等規(guī)律寫出有關(guān)函數(shù)關(guān)系式。典例3

如圖所示,在空間中存在兩個相鄰的、磁感應(yīng)強度大小相等、方向相反的有界勻強磁場,其寬度均為L?，F(xiàn)將寬度也為L的矩形閉合線圈,從圖中所示位置垂直于磁場方向勻速拉過磁場區(qū)域,則在該過程中,圖中能正確反映線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流或其所受的安培力隨時間變化的圖像是(

)D解析

由楞次定律可知,當矩形閉合線圈進入磁場和離開磁場時,安培力總是阻礙物體的運動,方向始終向左,所以外力始終水平向右,因安培力的大小不同且在中間時最大,故選項D正確,選項C錯誤;當矩形閉合線圈進入磁場時,由法拉第電磁感應(yīng)定律判斷,感應(yīng)電流的大小在中間時是最大的,故選項A、B錯誤。方法技巧

解決線框進出磁場問題需要注意的事項(1)由線框的形狀判斷切割磁感線的有效長度是否變化,如何變化。(2)若只有一個磁場且足夠?qū)?關(guān)注兩個過程即可,即進入磁場的過程和離開磁場的過程。(3)若有兩個不同的磁場,還需注意線框的邊分別在不同磁場時產(chǎn)生感應(yīng)電流方向的關(guān)系。針對訓(xùn)練3(多選)(2023福建福州平潭嵐華中學(xué)期末)如圖所示,水平光滑桌面上有一等邊三角形金屬線框abc,c點恰處于方向垂直于桌面向里的勻強磁場的邊界PQ上,在拉力F的作用下,線框以恒定速率通過勻強磁場區(qū)域,磁場的寬度大于線框的邊長,且運動過程中ab始終與PQ保持平行。在線框從開始進入磁場區(qū)域到完全進入磁場區(qū)域的過程中,下列四幅圖中可正確反映線框中的感應(yīng)電流I、熱功率P、外力F以及通過線框橫截面的電荷量q隨時間t或時間的二次方t2的變化規(guī)律的是(

)答案

AC專題四電磁感應(yīng)中的“雙桿”模型1.模型分類“雙桿”模型分為兩類:一類是“一動一靜”,甲桿靜止不動,乙桿運動,其實質(zhì)是單桿問題,不過要注意問題包含著一個條件——甲桿靜止、受力平衡。另一類是兩桿都在運動,對于這種情況,要注意兩桿切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是相加還是相減。2.分析方法通過受力分析,確定運動狀態(tài),一般會有收尾狀態(tài)。對于收尾狀態(tài)往往會有恒定的速度或者加速度等,再結(jié)合運動學(xué)規(guī)律、牛頓運動定律和能量觀點進行分析求解。典例4

如圖所示,兩根足夠長的平行金屬導(dǎo)軌固定在傾角θ=30°的斜面上,導(dǎo)軌電阻不計,間距L=0.4m。導(dǎo)軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ,兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN,Ⅰ中的勻強磁場方向垂直斜面向下,Ⅱ中的勻強磁場方向垂直斜面向上,兩磁場的磁感應(yīng)強度大小均為B=0.5T。在區(qū)域Ⅰ中,將質(zhì)量m1=0.1kg,電阻R1=0.1Ω的金屬條ab放在導(dǎo)軌上,ab剛好不下滑。然后,在區(qū)域Ⅱ中將質(zhì)量m2=0.4kg,電阻R2=0.1Ω的光滑導(dǎo)體棒cd置于導(dǎo)軌上,由靜止開始下滑。cd在滑動過程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場中,ab、cd始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸,g取10m/s2。(1)求cd下滑的過程中,ab中的電流方向;(2)求ab剛要向上滑動時,cd的速度v;(3)若從cd開始下滑到ab剛要向上滑動的過程中,cd滑動的距離x=3.8m,求此過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q。解析

(1)由右手定則可知,電流方向為由a流向b。

(2)開始放置ab剛好不下滑時,ab所受摩擦力為最大靜摩擦力,設(shè)其為Fmax,有Fmax=m1gsin

θ設(shè)ab剛好要上滑時,cd棒的感應(yīng)電動勢為E,由法拉第電磁感應(yīng)定律得E=BLv設(shè)ab所受安培力為F安,有F安=ILB此時ab受到的最大靜摩擦力方向沿斜面向下,由平衡條件得F安=m1gsin

θ+Fmax綜合以上各式,代入數(shù)據(jù)解得v=5

m/s。(3)設(shè)cd棒的運動過程中電路中產(chǎn)生的總熱量為Q總,由能量守恒得

綜合上式,代入數(shù)據(jù)解得Q=1.3

J。

答案

(1)由a流向b

(2)5m/s

(3)1.3J方法技巧

分析“雙桿”模型問題時,要注意“雙桿”之間的制約關(guān)系,即“動桿”與“被動桿”之間的關(guān)系,最終“雙桿”的收尾狀態(tài)的確定是分析該類問題的關(guān)鍵。針對訓(xùn)練4(多選)(2022湖南卷)如圖所示,間距l(xiāng)=1m的U形金屬導(dǎo)軌,一端接有0.1Ω的定值電阻R,固定在高h=0.8m的絕緣水平桌面上。質(zhì)量均為0.1kg的勻質(zhì)導(dǎo)體棒a和b靜止在導(dǎo)軌上,兩導(dǎo)體棒與導(dǎo)軌接觸良好且始終與導(dǎo)軌垂直,接入電路的阻值均為0.1Ω,與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)均為0.1(設(shè)最大靜摩擦力等于滑動摩擦力),導(dǎo)體棒a距離導(dǎo)軌最右端1.74m。整個空間存在豎直向下的勻強磁場(圖中未畫出),磁感應(yīng)強度大小為0.1T。用F=0.5N沿導(dǎo)軌水平向右的恒力拉導(dǎo)體棒a,當導(dǎo)體棒a運動到導(dǎo)軌最右端時,導(dǎo)體棒b剛要滑動,撤去F,導(dǎo)體棒a離開導(dǎo)軌后落到水平地面上。重力加速度取10m/s2,不計空氣阻力,不計其他電阻,下列說法正確的是(

)A.導(dǎo)體棒a離開導(dǎo)軌至落地過程中,水平位移為0.6mB.導(dǎo)體棒a離開導(dǎo)軌至落地前,其感應(yīng)電動勢不變C.導(dǎo)體棒a在導(dǎo)軌上運動的過程中,導(dǎo)體棒b有向右運動的趨勢D.導(dǎo)體棒a在導(dǎo)軌上運動的過程中,通過電阻R的電荷量為0.58C答案

BD解析

當導(dǎo)體棒b剛要滑動時,有F安=μmg,F安=BIbl,設(shè)此時導(dǎo)體棒a的速度為運動過程中與磁場垂直,水平速度v不變,由E=Blv知,其感應(yīng)電動勢不變,故B正確;導(dǎo)體棒a在導(dǎo)軌上運動的過程中,由右手定則判斷出電路中電流方向,又由左手定則知導(dǎo)體棒b受到的安培力的方向向左,導(dǎo)體棒b有向左運動的趨勢,故C錯誤;導(dǎo)體棒a在導(dǎo)軌上運動的過程中,通過電路的電荷量專題五自感中“閃亮”與“不閃亮”問題項目與線圈串聯(lián)的燈泡與線圈并聯(lián)的燈泡(線圈有電阻)電路圖通電時電流逐漸增大,燈泡逐漸變亮電流突然增大,然后逐漸減小達到穩(wěn)定斷電時電流逐漸減小,燈泡逐漸變暗,電流方向不變電路中穩(wěn)態(tài)電流為I1、I2:①若I2≤I1,燈泡逐漸變暗;②若I2>I1,燈泡“閃亮”后逐漸變暗。兩種情況下燈泡中電流方向均改變典例5

圖甲、乙是演示自感現(xiàn)象的兩個電路圖,L1和L2為電感線圈。實驗時,斷開開關(guān)S1瞬間,燈A1突然閃亮,隨后逐漸變暗;閉合開關(guān)S2,燈A2逐漸變亮,而另一個相同的燈A3立即變亮,最終A2與A3的亮度相同。下列說法正確的是(

)A.圖甲中,A1與L1的電阻值相同B.圖甲中,閉合S1,電路穩(wěn)定后,A1中電流大于L1中電流C.圖乙中,變阻器R與L2的電阻值相同D