【同步】高中物理鲁科版(2019)选择性必修2：第2章电磁感应及其应用本章整合课件

第2章本章整合知识网络·体系构建专题突破·归纳整合目录索引

知识网络·体系构建专题突破·归纳整合专题一楞次定律、右手定则、左手定则、安培定则的综合应用比较项目适用场合楞次定律回路中磁通量变化产生感应电流时,原磁场方向、感应电流磁场方向的关系右手定则导体切割磁感线时速度方向、磁场方向、感应电流方向的关系左手定则通电导线在磁场中所受的安培力方向、电流方向、磁场方向的关系安培定则通电导线、圆环产生磁场时,磁场方向、电流方向关系典例1

(多选)如图所示装置中,cd杆光滑且原来静止。当ab杆做如下哪些运动时,cd杆将向右移动(导体棒切割磁感线速度越大,感应电流越大)(

)A.向右做匀速运动

B.向右做加速运动C.向左做加速运动

D.向左做减速运动BD解析

ab杆向右做匀速运动,在ab杆中产生恒定的电流,该电流在线圈L1中产生恒定的磁场,在L2中不产生感应电流,所以cd杆不动,故A错误;ab杆向右加速运动,根据右手定则,知在ab杆上产生增大的由a到b的电流,根据安培定则,在L1中产生方向向上且增强的磁场,该磁场向下通过L2,由楞次定律,在cd杆上产生c到d的感应电流,根据左手定则,cd杆受到向右的安培力,cd杆将向右运动,故B正确;同理可得C错误,D正确。方法技巧

几个规律的应用中,要抓住各个对应的因果关系(1)因变而生电(ΔΦ→L)→楞次定律;(2)因动而生电(v、B→I)→右手定则;(3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则;(4)因电而生磁(I→B)→安培定则。针对训练1如图所示,线圈M与电源E、开关S、滑动变阻器R相连,线圈N与电流计G相连,线圈M与线圈N绕在同一铁芯上。已知电流计G的指针向电流流入一侧偏转,则下列操作可以使电流计G的指针向“+”接线柱偏转的是(

)A.闭合开关S瞬间B.保持S断开,将滑动变阻器R的滑片向右移C.保持S闭合,将滑动变阻器R的滑片向右移D.保持S闭合,将滑动变阻器R的滑片向左移C解析

由安培定则知,闭合开关S瞬间,线圈M在其内部产生向左的磁通量,则通过线圈N的磁通量向左增加,由楞次定律知感应电流磁场向右,通过电流计的电流为从左到右,则电流计指针向“-”接线柱偏转,故A错误;保持S断开,则线圈M中没有电流,没有磁通量通过铁芯,电流计不偏转,故B错误;保持S闭合,将滑动变阻器R的滑片向右移,R接入电路的电阻增大,通过线圈M的电流减小,铁芯中向左的磁通量减小,由“增反减同”知线圈N中感应磁场方向向左,则通过电流计的电流为从右到左,电流计指针向“+”接线柱偏转,故C正确;由C中分析可知,R的滑片向左移,出现的现象与C完全相反,结果电流计指针会向“-”接线柱偏转,故D错误。专题二电磁感应中的电路问题1.对电源的理解(1)在电磁感应现象中,产生感应电动势的那部分导体相当于电源,如切割磁感线的导体棒、内有磁通量变化的线圈等,这种电源将其他形式的能转化为电能。(2)判断感应电流和感应电动势的方向,都是利用相当于电源的部分根据右手定则或楞次定律判定的。实际问题中应注意外电路电流由高电势处流向低电势处,而内电路则相反。2.对电路的理解(1)内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈,外电路由电阻、电容等电学元件组成。(2)在闭合电路中,相当于“电源”的导体两端的电压与真实的电源两端的电压一样,等于路端电压,而不等于感应电动势。3.解决电磁感应中的电路问题的基本思路(1)明确哪部分导体或电路产生感应电动势,该导体或电路就是电源,其他部分是外电路。(2)用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小,用楞次定律或右手定则确定感应电动势的方向。(3)分清内外电路,画出等效电路图。(4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路特点、电功率、焦耳热等公式联立求解。典例2

如图所示,MN、PQ为平行光滑金属导轨(金属导轨电阻忽略不计),MN、PQ相距L=50cm,导体棒AB在两轨道间的电阻为r=1Ω,且可以在MN、PQ上滑动,定值电阻R1=3Ω,R2=6Ω,整个装置放在磁感应强度为B=1.0T的匀强磁场中,磁场方向垂直于整个导轨平面,现用外力F拉着AB棒向右以v=5m/s的速度做匀速直线运动。求:(1)导体棒AB产生的感应电动势E和AB棒上的感应电流方向;(2)导体棒AB两端的电压UAB。解析

(1)导体棒AB产生的感应电动势E=BLv=2.5

V由右手定则知,AB棒上的感应电流方向向上,即沿B→A方向。方法技巧

导体棒在匀强磁场中运动的变与不变(1)外电阻的变与不变:若外电路由无阻导线和定值电阻构成,导体棒运动过程中外电阻不变;若外电路由考虑电阻的导线组成,导体棒运动过程中外电阻改变。(2)内电阻与电动势的变与不变:切割磁感线的有效长度不变,则内电阻与电动势均不变;反之,发生变化。处理电磁感应过程中的电路问题时,需特别关注电动势及内、外电阻是否变化。针对训练2(多选)如图所示,两根足够长的光滑金属导轨水平平行放置,间距为l=1m,cd间、de间、cf间分别接着阻值R=10Ω的电阻。一阻值R=10Ω的导体棒ab以速度v=4m/s匀速向左运动,导体棒与导轨接触良好。导轨所在平面存在磁感应强度大小B=0.5T、方向竖直向下的匀强磁场。下列说法正确的是(

)A.导体棒ab中电流的方向为由b到aB.cd两端的电压为1VC.de两端的电压为1VD.fe两端的电压为1VBD解析

由右手定则可知ab中电流方向为a→b,A错误;导体棒ab切割磁感线产生的感应电动势E=Blv,ab为电源,cd间电阻R为外电路负载,de和cf间电阻中无电流,de和cf间无电压,因此cd和fe两端电压相等,即

V,B、D正确,C错误。专题三电磁感应中的图像问题1.明确图像的种类,即是B-t图像还是Φ-t图像,或者是E-t图像、I-t图像、F-t图像等。2.分析电磁感应的具体过程。3.确定感应电动势(或感应电流)的大小和方向,有下列两种情况:(1)若回路面积不变,磁感应强度变化时,用楞次定律确定感应电流的方向,(2)若磁场不变,导体切割磁感线,用右手定则判断感应电流的方向,用E=Blv确定感应电动势大小的变化。4.画图像或判断图像,特别注意分析斜率的变化、截距的大小等。5.涉及受力问题,可由安培力公式F=IlB和牛顿运动定律等规律写出有关函数关系式。典例3

如图所示,在空间中存在两个相邻的、磁感应强度大小相等、方向相反的有界匀强磁场,其宽度均为L。现将宽度也为L的矩形闭合线圈,从图中所示位置垂直于磁场方向匀速拉过磁场区域,则在该过程中,图中能正确反映线圈中所产生的感应电流或其所受的安培力随时间变化的图像是(

)D解析

由楞次定律可知,当矩形闭合线圈进入磁场和离开磁场时,安培力总是阻碍物体的运动,方向始终向左,所以外力始终水平向右,因安培力的大小不同且在中间时最大,故选项D正确,选项C错误;当矩形闭合线圈进入磁场时,由法拉第电磁感应定律判断,感应电流的大小在中间时是最大的,故选项A、B错误。方法技巧

解决线框进出磁场问题需要注意的事项(1)由线框的形状判断切割磁感线的有效长度是否变化,如何变化。(2)若只有一个磁场且足够宽,关注两个过程即可,即进入磁场的过程和离开磁场的过程。(3)若有两个不同的磁场,还需注意线框的边分别在不同磁场时产生感应电流方向的关系。针对训练3(多选)(2023福建福州平潭岚华中学期末)如图所示,水平光滑桌面上有一等边三角形金属线框abc,c点恰处于方向垂直于桌面向里的匀强磁场的边界PQ上,在拉力F的作用下,线框以恒定速率通过匀强磁场区域,磁场的宽度大于线框的边长,且运动过程中ab始终与PQ保持平行。在线框从开始进入磁场区域到完全进入磁场区域的过程中,下列四幅图中可正确反映线框中的感应电流I、热功率P、外力F以及通过线框横截面的电荷量q随时间t或时间的二次方t2的变化规律的是(

)答案

AC专题四电磁感应中的“双杆”模型1.模型分类“双杆”模型分为两类:一类是“一动一静”,甲杆静止不动,乙杆运动,其实质是单杆问题,不过要注意问题包含着一个条件——甲杆静止、受力平衡。另一类是两杆都在运动,对于这种情况,要注意两杆切割磁感线产生的感应电动势是相加还是相减。2.分析方法通过受力分析,确定运动状态,一般会有收尾状态。对于收尾状态往往会有恒定的速度或者加速度等,再结合运动学规律、牛顿运动定律和能量观点进行分析求解。典例4

如图所示,两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ=30°的斜面上,导轨电阻不计,间距L=0.4m。导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ,两区域的边界与斜面的交线为MN,Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下,Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场的磁感应强度大小均为B=0.5T。在区域Ⅰ中,将质量m1=0.1kg,电阻R1=0.1Ω的金属条ab放在导轨上,ab刚好不下滑。然后,在区域Ⅱ中将质量m2=0.4kg,电阻R2=0.1Ω的光滑导体棒cd置于导轨上,由静止开始下滑。cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中,ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触,g取10m/s2。(1)求cd下滑的过程中,ab中的电流方向;(2)求ab刚要向上滑动时,cd的速度v;(3)若从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中,cd滑动的距离x=3.8m,求此过程中ab上产生的热量Q。解析

(1)由右手定则可知,电流方向为由a流向b。

(2)开始放置ab刚好不下滑时,ab所受摩擦力为最大静摩擦力,设其为Fmax,有Fmax=m1gsin

θ设ab刚好要上滑时,cd棒的感应电动势为E,由法拉第电磁感应定律得E=BLv设ab所受安培力为F安,有F安=ILB此时ab受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下,由平衡条件得F安=m1gsin

θ+Fmax综合以上各式,代入数据解得v=5

m/s。(3)设cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为Q总,由能量守恒得

综合上式,代入数据解得Q=1.3

J。

答案

(1)由a流向b

(2)5m/s

(3)1.3J方法技巧

分析“双杆”模型问题时,要注意“双杆”之间的制约关系,即“动杆”与“被动杆”之间的关系,最终“双杆”的收尾状态的确定是分析该类问题的关键。针对训练4(多选)(2022湖南卷)如图所示,间距l=1m的U形金属导轨,一端接有0.1Ω的定值电阻R,固定在高h=0.8m的绝缘水平桌面上。质量均为0.1kg的匀质导体棒a和b静止在导轨上,两导体棒与导轨接触良好且始终与导轨垂直,接入电路的阻值均为0.1Ω,与导轨间的动摩擦因数均为0.1(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力),导体棒a距离导轨最右端1.74m。整个空间存在竖直向下的匀强磁场(图中未画出),磁感应强度大小为0.1T。用F=0.5N沿导轨水平向右的恒力拉导体棒a,当导体棒a运动到导轨最右端时,导体棒b刚要滑动,撤去F,导体棒a离开导轨后落到水平地面上。重力加速度取10m/s2,不计空气阻力,不计其他电阻,下列说法正确的是(

)A.导体棒a离开导轨至落地过程中,水平位移为0.6mB.导体棒a离开导轨至落地前,其感应电动势不变C.导体棒a在导轨上运动的过程中,导体棒b有向右运动的趋势D.导体棒a在导轨上运动的过程中,通过电阻R的电荷量为0.58C答案

BD解析

当导体棒b刚要滑动时,有F安=μmg,F安=BIbl,设此时导体棒a的速度为运动过程中与磁场垂直,水平速度v不变,由E=Blv知,其感应电动势不变,故B正确;导体棒a在导轨上运动的过程中,由右手定则判断出电路中电流方向,又由左手定则知导体棒b受到的安培力的方向向左,导体棒b有向左运动的趋势,故C错误;导体棒a在导轨上运动的过程中,通过电路的电荷量专题五自感中“闪亮”与“不闪亮”问题项目与线圈串联的灯泡与线圈并联的灯泡(线圈有电阻)电路图通电时电流逐渐增大,灯泡逐渐变亮电流突然增大,然后逐渐减小达到稳定断电时电流逐渐减小,灯泡逐渐变暗,电流方向不变电路中稳态电流为I1、I2:①若I2≤I1,灯泡逐渐变暗;②若I2>I1,灯泡“闪亮”后逐渐变暗。两种情况下灯泡中电流方向均改变典例5

图甲、乙是演示自感现象的两个电路图,L1和L2为电感线圈。实验时,断开开关S1瞬间,灯A1突然闪亮,随后逐渐变暗;闭合开关S2,灯A2逐渐变亮,而另一个相同的灯A3立即变亮,最终A2与A3的亮度相同。下列说法正确的是(

)A.图甲中,A1与L1的电阻值相同B.图甲中,闭合S1,电路稳定后,A1中电流大于L1中电流C.图乙中,变阻器R与L2的电阻值相同D