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

第二章電磁感應(yīng)章

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結(jié)方法歸納提煉進(jìn)考場(chǎng)練真題知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法歸納提煉

一、“三定則、一定律”的應(yīng)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(yīng)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(chǎng)——弄清研究的回路中原磁場(chǎng)的方向及磁通量的變化情況；②確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)——根據(jù)楞次定律中的“阻礙”原則，結(jié)合原磁場(chǎng)磁通量變化情況，確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的方向；③判定電流方向——根據(jù)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向，運(yùn)用安培定則判斷感應(yīng)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(duì)運(yùn)動(dòng)——“來(lái)拒去留”；(3)使線圈面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢(shì)——“增縮減擴(kuò)”；(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(gè)完全相同的帶中心軸的金屬圓盤(pán)(電阻不為零)，它們彼此用導(dǎo)線把中心軸和對(duì)方圓盤(pán)的邊緣相連接，組成電路如圖所示，一勻強(qiáng)磁場(chǎng)穿過(guò)兩圓盤(pán)垂直向外，若不計(jì)一切摩擦，當(dāng)a盤(pán)在外力作用下做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤(pán)b(

)A．沿與a盤(pán)相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)B．沿與a盤(pán)相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)C．轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度可能大于a盤(pán)的角速度D．轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度可能等于a盤(pán)的角速度典例1B解析：如圖所示，金屬圓盤(pán)可看作由多根金屬輻條組成，a盤(pán)在外力作用下逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤(pán)切割磁感線，由右手定則可知，電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)镺1→A，在閉合電路中有方向?yàn)镺1AO2BO1的感應(yīng)電流，而對(duì)b盤(pán)，由左手定則和能量守恒定律可知，b盤(pán)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)且其轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度一定小于a盤(pán)的角速度，選項(xiàng)B正確。二、電磁感應(yīng)中的綜合問(wèn)題此類問(wèn)題涉及電路知識(shí)、動(dòng)力學(xué)知識(shí)和能量觀點(diǎn)，綜合性很強(qiáng)，解決此類問(wèn)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(dòng)勢(shì)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(dòng)分析(1)受力分析：分析研究對(duì)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(dòng)分析：根據(jù)力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，確定出運(yùn)動(dòng)模型，根據(jù)模型特點(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。(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(dǎo)軌，垂直于導(dǎo)軌放置的兩根金屬棒MN和PQ長(zhǎng)度也為l、電阻均為R，兩棒與導(dǎo)軌始終接觸良好。兩端通過(guò)開(kāi)關(guān)S與電阻為0.5R的邊長(zhǎng)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(chǎng)，磁場(chǎng)的變化率為常量k。圖中虛線右側(cè)有垂直于導(dǎo)軌平面向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。PQ的質(zhì)量為m，金屬導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)、電阻忽略不計(jì)。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(kāi)S，PQ在上述恒力作用下，由靜止開(kāi)始到速度大小為v的加速過(guò)程中流過(guò)PQ的電荷量為q，求該過(guò)程PQ產(chǎn)生的焦耳熱。三、電磁感應(yīng)中的動(dòng)量問(wèn)題當(dāng)導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中做非勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律不易解答這類問(wèn)題，可以應(yīng)用動(dòng)量定理或動(dòng)量守恒定律來(lái)解答。1．動(dòng)量定理多應(yīng)用于桿切割磁感線中求解變力的時(shí)間、速度、位移和電荷量問(wèn)題。2．電磁感應(yīng)中雙桿切割磁感線運(yùn)動(dòng)，若雙桿系統(tǒng)所受合外力為零，運(yùn)用動(dòng)量守恒定律結(jié)合能量守恒定律可求解與能量有關(guān)的問(wèn)題。動(dòng)量觀點(diǎn)系統(tǒng)動(dòng)量守恒系統(tǒng)動(dòng)量不守恒能量觀點(diǎn)棒1動(dòng)能的減少量＝棒2動(dòng)能的增加量＋焦耳熱外力做的功＝棒1的動(dòng)能＋棒2的動(dòng)能＋焦耳熱(2023·河南新蔡縣高二開(kāi)學(xué)考試)如圖所示，兩根足夠長(zhǎng)的固定平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間的距離為L(zhǎng)，導(dǎo)軌上橫放著兩根導(dǎo)體棒ab和cd。設(shè)兩根導(dǎo)體棒的質(zhì)量皆為m，電阻皆為R，導(dǎo)軌光滑且電阻不計(jì)，在整個(gè)導(dǎo)軌平面內(nèi)都有豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度為B。開(kāi)始時(shí)ab和cd兩導(dǎo)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(kāi)始到最終穩(wěn)定回路中產(chǎn)生的焦耳熱；典例3進(jìn)考場(chǎng)練真題一、高考真題探析

(多選)(2021·全國(guó)甲卷，21)由相同材料的導(dǎo)線繞成邊長(zhǎng)相同的甲、乙兩個(gè)正方形閉合線圈，兩線圈的質(zhì)量相等，但所用導(dǎo)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(shí)由靜止開(kāi)始下落，一段時(shí)間后進(jìn)入一方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)的上邊界水平，如圖所示。不計(jì)空氣阻力，已知下落過(guò)程中線圈始終平行于紙面，上、下邊保持水平。在線圈下邊進(jìn)入磁場(chǎng)后且上邊進(jìn)入磁場(chǎng)前，可能出現(xiàn)的是(

)典例ABA．甲和乙都加速運(yùn)動(dòng)B．甲和乙都減速運(yùn)動(dòng)C．甲加速運(yùn)動(dòng)，乙減速運(yùn)動(dòng)D．甲減速運(yùn)動(dòng)，乙加速運(yùn)動(dòng)[試題情境]本題以相同質(zhì)量、不同長(zhǎng)度、同種材料構(gòu)成的兩個(gè)導(dǎo)體框在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)為素材創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)探索問(wèn)題情境，屬于綜合性題目。[必備知識(shí)]密度公式、電阻定律、閉合電路的歐姆定律、機(jī)械能守恒定律、楞次定律、法拉第電磁感應(yīng)定律、安培力、牛頓第二定律。[能力素養(yǎng)]本題屬于導(dǎo)體框在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題，著重考查考生的理解能力和推理論證能力。考查的學(xué)科核心素養(yǎng)為物理觀念和科學(xué)思維，要求考生對(duì)牛頓運(yùn)動(dòng)定律、電阻定律、法拉第電磁感應(yīng)定律等知識(shí)融會(huì)貫通，進(jìn)而推理論證兩導(dǎo)線框的受力及運(yùn)動(dòng)情況。[失分剖析]考生寫(xiě)多匝線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及安培力表達(dá)式時(shí)，忽略了匝數(shù)n的作用。二、進(jìn)考場(chǎng)練真題1．(2023·湖北卷)近場(chǎng)通信(NFC)器件應(yīng)用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行通訊，其天線類似一個(gè)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(zhǎng)分別為1.0cm、1.2cm和1.4cm，圖中線圈外線接入內(nèi)部芯片時(shí)與內(nèi)部線圈絕緣。若勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直通過(guò)此線圈，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為103T/s，則線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最接近(

)A．0.30V B．0.44VC．0.59V

D．4.3VB2．(2023·全國(guó)卷)一學(xué)生小組在探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，進(jìn)行了如下比較實(shí)驗(yàn)。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(jī)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)中電流傳感器測(cè)得的兩管上流過(guò)漆包線的電流I隨時(shí)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(yùn)動(dòng)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(shí)測(cè)得的電流第一個(gè)峰到最后一個(gè)峰的時(shí)間間隔比用玻璃管時(shí)的短解析：強(qiáng)磁體在鋁管中運(yùn)動(dòng)，鋁管會(huì)形成渦流，玻璃是絕緣體故強(qiáng)磁體在玻璃管中運(yùn)動(dòng)，玻璃管不會(huì)形成渦流。強(qiáng)磁體在鋁管中加速后很快達(dá)到平衡狀態(tài)，做勻速直線運(yùn)動(dòng)，而玻璃管中的磁體則一直做加速運(yùn)動(dòng)，故由圖像可知圖(c)的脈沖電流峰值不斷增大，說(shuō)明強(qiáng)磁體的速度在增大，與玻璃管中磁體的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)，B錯(cuò)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(cuò)誤；強(qiáng)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(yùn)動(dòng)，玻璃管中磁體在線圈間做加速運(yùn)動(dòng)，故用鋁管時(shí)測(cè)得的電流第一個(gè)峰到最后一個(gè)峰的時(shí)間間隔比用玻璃管時(shí)的長(zhǎng)，D錯(cuò)誤。3．(2021·河北卷，7)如圖，兩光滑導(dǎo)軌水平放置在豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，導(dǎo)軌間距最窄處為一狹縫，取狹縫所在處O點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，狹縫右側(cè)兩導(dǎo)軌與x軸夾角均為θ，一電容為C的電容器與導(dǎo)軌左端相連，導(dǎo)軌上的金屬棒與x軸垂直，在外力F作用下從O點(diǎn)開(kāi)始以速度v向右勻速運(yùn)動(dòng)，忽略所有電阻，下列說(shuō)法正確的是(

)AA．通過(guò)金屬棒的電流為2BCv2tanθB．金屬棒到達(dá)x0時(shí)，電容器極板上的電荷量為BCvx0tanθC．金屬棒運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電容器的上極板帶負(fù)電D．金屬棒運(yùn)動(dòng)過(guò)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(yīng)強(qiáng)度大小B＝kt的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，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(guó)甲卷，3)三個(gè)用同樣的細(xì)導(dǎo)線做成的剛性閉合線框，正方形線框的邊長(zhǎng)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(zhǎng)相等，如圖所示。把它們放入磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間線性變化的同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線框所在平面均與磁場(chǎng)方向垂直，正方形、圓形和正六邊形線框中感應(yīng)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(dǎo)軌固定在絕緣水平面上，左、右兩側(cè)導(dǎo)軌間距分別為d和2d，處于豎直向上的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為2B和B。已知導(dǎo)體棒MN的電阻為R、長(zhǎng)度為d，導(dǎo)體棒PQ的電阻為2R、長(zhǎng)度為2d，PQ的質(zhì)量是MN的2倍。初始時(shí)刻兩棒靜止，兩棒中點(diǎn)之間連接一壓縮量為L(zhǎng)的輕質(zhì)絕緣彈簧。釋放彈簧，兩棒在各自磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)直至停止，彈簧始終在彈性限度內(nèi)。整個(gè)過(guò)程中兩棒保持與導(dǎo)軌垂直并接觸良好，導(dǎo)軌足夠長(zhǎng)且電阻不計(jì)。下列說(shuō)法正確的是(

)AC7．(2022·全國(guó)乙卷，11)如圖，一不可伸長(zhǎng)的細(xì)繩的上端固定，下端系在邊長(zhǎng)為l＝0.40m的正方形金屬框的一個(gè)頂點(diǎn)上。金屬框的一條對(duì)角線水平，其下方有方向垂直于金屬框所在平面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。已知構(gòu)成金屬框的導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的阻值為λ＝5.0×10－3Ω/m；在t＝0到t＝3.0s時(shí)間內(nèi)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時(shí)間t的變化關(guān)系為B(t)＝0.3－0.1t(SI)。求：(1)t＝2.0s時(shí)金屬框所受安培力的大小；(2)在t＝0到t＝2.0s時(shí)間內(nèi)金屬框產(chǎn)生的焦耳熱。8．(2023·全國(guó)卷)如圖，水平桌面上固定一光滑U形金屬導(dǎo)軌，其平行部分的間距為l，導(dǎo)軌的最右端與桌子右邊緣對(duì)齊，導(dǎo)軌的電阻忽略不計(jì)。導(dǎo)軌所在區(qū)域有方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m、電阻為R、長(zhǎng)度也為l的金屬棒P靜止在導(dǎo)軌上。導(dǎo)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(yùn)動(dòng)并與P發(fā)生彈性碰撞，碰撞時(shí)間很短。碰撞一次后，P和Q先后從導(dǎo)軌的最右端滑出導(dǎo)軌，并落在地面上同一地點(diǎn)。P在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩端與導(dǎo)軌接觸良好，P與Q始終平行。不計(jì)空氣阻力。求。(1)金屬棒P滑出導(dǎo)軌時(shí)的速度大?。?2)金屬棒P在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量；(3)與P碰撞后，絕緣棒Q在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間。BC10．(多選)(2022·全國(guó)統(tǒng)考高考真題)如圖，兩根相互平行的光滑長(zhǎng)直金屬導(dǎo)軌固定在水平絕緣桌面上，在導(dǎo)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(dǎo)體棒MN靜止于導(dǎo)軌上，與導(dǎo)軌垂直，且接觸良好，導(dǎo)軌電阻忽略不計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)處于方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。開(kāi)始時(shí)，電容器所帶的電荷量為Q，合