(讲义)第2章 电磁感应及其应用 章末综合提升-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(教科版2019)

主题1　右手定则、左手定则、安培定则和楞次定律 1．适用于不同现象(“左”判“力”，“右”判“电”，安培定则“磁感线”) 安培定则适用于运动电荷或电流产生的磁场；左手定则判定磁场对运动电荷或通电导线作用力的方向；右手定则判定部分导体切割磁感线产生的感应电流的方向；楞次定律判断电磁感应中感应电流的方向。 2．左手定则和右手定则的因果关系不同 左手定则是因为有电，结果是受力，即“因电而动”；右手定则是因为受力运动，而结果是有电，即“因动而电”。 【典例1】　(多选)如图所示，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是(　　) A．开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动 B．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向 C．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向 D．开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动 AD　[根据安培定则，开关闭合时铁芯上产生水平向右的磁场，开关闭合后的瞬间，根据楞次定律，直导线上将产生由南向北的感应电流，根据安培定则，直导线上方的磁场垂直纸面向里，故小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动，A正确；开关闭合并保持一段时间后，直导线上没有感应电流，故小磁针的N极指向北，B、C错误；开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，根据楞次定律，直导线上将产生由北向南的电流，这时直导线上方的磁场垂直纸面向外，故小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动，D正确。] 开关闭合断开瞬间，由于电磁感应现象产生感应电流的磁场；开关闭合一段时间后无感应电流，小磁针在地磁场的作用下，沿南北指向。 主题2　法拉第电磁感应定律的理解与应用 公式E＝n与E＝BLv sin θ的区别和联系 (1)区别：一般来说，E＝n求出的是Δt时间内的平均感应电动势，E与某段时间或某个过程相对应；E＝BLv sin θ(θ为导体运动方向与磁感线间的夹角)求出的是瞬时感应电动势，E与某个时刻或某个位置相对应。另外E＝n求得的电动势是整个回路的感应电动势，而不是回路中某部分导体的感应电动势，整个回路的感应电动势为零时，其回路中某段导体两端的感应电动势不一定为零。 (2)联系：E＝n和E＝BLv sin θ是统一的，当Δt→0时，则E为瞬时感应电动势。只是由于高中数学知识所限，我们目前还不能这样求瞬时感应电动势。v若代入平均速度，则求出的E为平均感应电动势，即E＝BLsinθ，实际上此式中的Lsinθ＝，所以E＝BLsinθ＝B＝。 【典例2】　把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环，水平固定在垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示，一长度为2a、电阻等于R，粗细均匀的金属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的接触。当金属棒以恒定速度v向右移动经过环心O时，求： (1)金属棒上电流的大小和方向及金属棒两端的电压UMN； (2)在圆环和金属棒上消耗的总热功率。 [解析]　(1)把切割磁感线的金属棒看成一个内阻为R，电动势为E的电源，两个半圆环看成两个并联电阻，画出等效电路如图所示。 等效电源电动势E＝BLv＝2Bav 外电路的总电阻R外＝＝ 由闭合电路欧姆定律得电流大小I＝＝＝，金属棒上电流方向从N到M，路端电压为UMN＝IR外＝。 (2)总热功率为P＝EI＝。 [答案]　(1)　从N到M　　(2) (1)明确电路结构，分清内、外电路，画出等效电路图。 (2)如果是磁场变化，由E＝n计算；如果是导体切割磁感线，由E＝BLv sin θ计算。 (3)金属棒切割磁感线产生感应电动势等于电源电动势，不是金属棒两端的电压U。 主题3　电磁感应中力电综合问题 1．安培力做功及对应的能量转化关系 (1)电动机模型：如图甲所示，回路通电后导体棒中存在电流，受到安培力的作用而向右运动。通过安培力做功，电能转化为导体棒的机械能。 甲　　　　　　　　乙 (2)发电机模型：如图乙所示，导体棒因向右运动而产生感应电流，受到安培力的阻碍作用。通过克服安培力做功，机械能转化为回路的电能。 综上所述，安培力做功是电能和其他形式的能之间相互转化的桥梁。 2．分析电磁感应中力电综合问题的基本步骤 (1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定感应电动势的大小和方向。 (2)画出等效电路，搞清电路结构，确定电流，求出回路中电阻消耗电功率的表达式。 (3)分析导体受力及各力做功情况，用牛顿运动定律、动能定理或能量守恒定律，得到所满足的方程。 【典例3】　(2022·江西新余一中高二下月考)如图所示装置由水平轨道、倾角θ＝37°的倾斜轨道连接而成，轨