人教版(新教材)高中物理選擇性必修2第二章電磁感應(yīng)章末核心素養(yǎng)提升

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE1章末核心素養(yǎng)提升一、安培定則、左手定則、右手定則的區(qū)別1.適用于不同現(xiàn)象安培定則又叫右手螺旋定則，適用于判定運(yùn)動電荷或電流產(chǎn)生的磁場的方向；左手定則適用于判定磁場對運(yùn)動電荷或電流作用力的方向；右手定則適用于判定導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向。2.左手定則和右手定則的因果關(guān)系不同左手定則是因?yàn)橛须?，結(jié)果是受力，即“因電而動”；右手定則是因?yàn)槭芰\(yùn)動，結(jié)果是有電，即“因動而電”。3.記憶方法左手定則與右手定則在使用時易混淆，可采用“字形記憶法”：“力”字最后一筆向左，用左手定則判斷力；“電”字最后一筆向右，用右手定則判定感應(yīng)電動勢或感應(yīng)電流，總之可簡記為“力左電右”?！祭?〗如圖所示，在載流直導(dǎo)線附近固定有兩平行光滑導(dǎo)軌A、B，導(dǎo)軌與直導(dǎo)線平行且在同一水平面內(nèi)，在導(dǎo)軌上有兩條可自由滑動的導(dǎo)體棒ab和cd。載流直導(dǎo)線中的電流逐漸增強(qiáng)時，導(dǎo)體棒ab和cd的運(yùn)動情況是()A.一起向左運(yùn)動B.一起向右運(yùn)動C.ab和cd相向運(yùn)動，相互靠近D.ab和cd相背運(yùn)動，相互遠(yuǎn)離〖解析〗法一電流增強(qiáng)時，電流在abdc回路中產(chǎn)生的垂直向里的磁場增強(qiáng)，回路磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知，回路產(chǎn)生逆時針方向電流；ab邊電流方向a→b，所受安培力向右，cd邊電流方向d→c，所受安培力向左，故ab和cd相向運(yùn)動，選項(xiàng)C正確。法二電流增強(qiáng)時，電流在abdc回路中產(chǎn)生的垂直向里的磁場增強(qiáng)，回路磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知，回路要減小面積以阻礙磁通量的增加(增縮減擴(kuò))，因此，兩導(dǎo)體棒要相向運(yùn)動，相互靠近，選項(xiàng)C正確。〖答案〗C〖針對訓(xùn)練1〗如圖所示，MN是一根固定的通電長直導(dǎo)線，電流方向向上，今將一金屬線框abcd放在導(dǎo)線上，讓線框的位置偏向?qū)Ь€的左邊，兩者彼此絕緣，當(dāng)導(dǎo)線中的電流突然增大時，線框整體受力情況為()A.受力向右 B.受力向左C.受力向上 D.受力為零

〖解析〗由安培定則可知，通電長直導(dǎo)線周圍的磁場分布如圖所示。當(dāng)長直導(dǎo)線上的電流突然增大時，穿過矩形線框的合磁通量增加，合磁場方向向外，線框中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，因ad、bc兩邊分布對稱，故所受的安培力合力為零；而ab、cd兩邊雖然通過的電流方向相反，但它們所處的磁場方向也相反，由左手定則可知它們所受的安培力均向右，所以線框整體受力向右。選項(xiàng)A正確?！即鸢浮紸二、等效變換法變換物理模型是將陌生的物理模型與熟悉的物理模型相比較、分析異同并從中挖掘其內(nèi)在的聯(lián)系，從而建立起熟悉的模型與未知現(xiàn)象之間相互關(guān)系的一種特殊解題方法。巧妙地運(yùn)用“類同”變換，“類似”變換，“類異”變換，可使復(fù)雜、陌生、抽象的問題變成簡單、熟悉、具體的問題，從而使問題大為簡化。解決電磁感應(yīng)電路的關(guān)鍵就是借鑒或利用相似模型來啟發(fā)理解和變換物理模型，即把電磁感應(yīng)的問題等效轉(zhuǎn)換成穩(wěn)恒直流電路問題，把產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體等效為內(nèi)電路，感應(yīng)電動勢的大小相當(dāng)于電源電動勢，其余部分相當(dāng)于外電路，并畫出等效電路圖。此時，處理問題的方法與閉合電路求解基本一致，唯一要注意的是電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，有時導(dǎo)體兩端有電壓，但沒有電流流過，這與電源兩端有電勢差，但沒有接入電路時電流為零的情況一樣。方法1阻礙相對運(yùn)動法——判斷閉合回路產(chǎn)生感應(yīng)電流后的運(yùn)動方向及運(yùn)動趨勢依據(jù)楞次定律，當(dāng)判斷回路產(chǎn)生感應(yīng)電流后如何運(yùn)動時，可用此方法快捷解題。如磁體插入一閉合線圈，線圈必受一斥力；磁體插入一圓環(huán)，圓環(huán)必受一斥力；圓環(huán)從中拔出，則圓環(huán)受引力。歸納起來有八個字——“敵進(jìn)我退，敵退我進(jìn)”。〖例2〗(多選)在條形磁鐵的中央位置的正上方水平固定一銅質(zhì)圓環(huán)，如圖所示，以下判斷正確的是()A.釋放圓環(huán)，圓環(huán)下落時磁鐵對桌面的壓力比磁鐵的重力大B.釋放圓環(huán)，圓環(huán)下落時環(huán)的機(jī)械能守恒C.給磁鐵水平向右的初速度，磁鐵滑動時做減速運(yùn)動D.給磁鐵水平向右的初速度，圓環(huán)產(chǎn)生向左的運(yùn)動趨勢〖解析〗圓環(huán)豎直向下運(yùn)動時，通過圓環(huán)的磁通量始終為零，穿過圓環(huán)的磁通量不變，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，環(huán)下落時磁鐵對桌面的壓力等于磁鐵的重力，圓環(huán)下落過程中只受重力作用，機(jī)械能守恒，故A錯誤，B正確；給磁鐵水平向右的初速度，穿過線圈向上的磁通量增加，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流將阻礙線圈與磁鐵之間的相對運(yùn)動，所以磁鐵滑動時做減速運(yùn)動，圓環(huán)產(chǎn)生向右的運(yùn)動趨勢，故C正確，D錯誤?！即鸢浮紹C方法2圖像法電磁感應(yīng)中的圖像問題必須要注意(1)正確識別圖像，即正確識別橫、縱坐標(biāo)所表示的物理量及其物理意義；(2)分析清楚圖像反映的物理過程?！祭?〗緊靠在一起的線圈A與B如圖甲所示，當(dāng)給線圈A通以圖乙所示的電流(規(guī)定由a進(jìn)入、b流出為電流正方向)時，則電壓表兩端的電勢差Ucd隨時間變化的情況應(yīng)為圖中的()〖解析〗0～1s內(nèi)，A線圈中電流正向均勻增大，產(chǎn)生向左均勻增大的磁場，由楞次定律可知，電壓表中的感應(yīng)電流方向由c到d，大小不變，c點(diǎn)電勢高，所以選項(xiàng)A正確?！即鸢浮紸三、電磁感應(yīng)中的綜合問題此類問題涉及電路知識、動力學(xué)知識和能量觀點(diǎn)，綜合性很強(qiáng)，解決此類問題要注意以下三點(diǎn)：1.電路分析(1)找“電源”：確定出由電磁感應(yīng)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(jié)構(gòu)分析弄清串、并聯(lián)關(guān)系，求出相關(guān)部分的電流大小，為求安培力做好鋪墊。2.力和運(yùn)動分析(1)受力分析：分析研究對象(常為金屬桿、導(dǎo)體線圈等)的受力情況，尤其注意安培力的方向。(2)運(yùn)動分析：根據(jù)力與運(yùn)動的關(guān)系，確定出運(yùn)動性質(zhì)，根據(jù)性質(zhì)特點(diǎn)，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(fù)。(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(guān)系、能量守恒定律列方程求解?！祭?〗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(xiāng)＝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(qiáng)磁場方向垂直斜面向下，Ⅱ中的勻強(qiáng)磁場方向垂直斜面向上，兩磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)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，取g＝10m/s2，問：(1)cd下滑的過程中，ab中的電流方向；(2)ab剛要向上滑動時，cd的速度v多大；(3)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，此過程中ab上產(chǎn)生的熱量Q是多少。〖解析〗(1)由右手定則可判斷出cd中的電流方向?yàn)橛蒬到c，則ab中電流方向?yàn)橛蒩流向b。(2)開始放置時ab剛好不下滑，ab所受摩擦力為最大靜摩擦力，設(shè)其為Fmax，有Fmax＝m1gsinθ①設(shè)ab剛要上滑時，cd棒的感應(yīng)電動勢為E，由法拉第電磁感應(yīng)定律有E＝Blv②設(shè)電路中的感應(yīng)電流為I，由閉合電路歐姆定律有I＝eq\f(E,R1＋R2)③設(shè)ab所受安培力為F安，有F安＝BIl④此時ab受到的最大靜摩擦力方向沿導(dǎo)軌向下，由平衡條件有F安＝m1gsinθ＋Fmax⑤聯(lián)立①②③④⑤式，代入數(shù)據(jù)解得v＝5m/s。(3)設(shè)cd棒運(yùn)動過程中在電路中產(chǎn)生的總熱量為Q總，由能量定恒定律有m2gxsinθ＝Q總＋eq\f(1,2)m2v2又Q＝eq\f(R1,R1＋R2)Q總解得Q＝1.3J。〖答案〗(1)a→b(2)5m/s(3)1.3J〖針對訓(xùn)練2〗相距為l＝2m的足夠長的金屬直角導(dǎo)軌如圖甲所示放置，它們各有一邊在同一水平面內(nèi)，另一邊垂直于水平面。質(zhì)量均為m＝0.1kg的金屬細(xì)桿ab、cd與導(dǎo)軌垂直接觸形成閉合回路，桿與導(dǎo)軌之間的動摩擦因數(shù)均為μ＝0.5，導(dǎo)軌電阻不計，回路中ab、cd電阻分別為R1＝0.6Ω、R2＝0.4Ω。整個裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B＝0.50T、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中。當(dāng)ab桿在平行于水平導(dǎo)軌的拉力F作用下從靜止開始沿導(dǎo)軌勻加速運(yùn)動時，cd桿也同時從靜止開始沿導(dǎo)軌向下運(yùn)動。測得拉力F與時間t的關(guān)系如圖乙所示。g取10m/s2，求：(1)ab桿的加速度a；(2)當(dāng)cd桿達(dá)到最大速度時ab桿的速度大??；(3)若從開始到cd桿達(dá)到最大速度的過程中拉力F做了5.2J的功，該過程中ab桿所產(chǎn)生的焦耳熱。〖解析〗(1)經(jīng)時間t，桿ab的速率v＝at此時，回路中的感應(yīng)電流I＝eq\f(E,R1＋R2)＝eq\f(Blv,R1＋R2)對桿ab由牛頓第二定律得F－BIl－μmg＝ma由以上各式整理得F＝ma＋μmg＋eq\f(B2l2,R1＋R2)at將t＝0，F(xiàn)＝1.5N代入上式得a＝10m/s2。(2)cd桿受力情況如圖，當(dāng)cd桿所受重力與滑動摩擦力相等時，速度最大，即mg＝μFN又FN＝F安安培力F安＝BI′l感應(yīng)電流I′＝eq\f(E′,R1＋R2)