(讲义)第2章 素养培优课(1) 电磁感应定律综合问题-【提分教练】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册(鲁科版2019)

素养培优课(一)　电磁感应定律综合问题 1．理解安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律的区别，知道它们的适用范围。 2．掌握电磁感应现象中电路问题的分析方法和解题基本思路。 3．综合应用楞次定律和法拉第电磁感应定律解决电磁感应中的图像问题。 考点1　“三定则一定律”的综合运用 1．右手定则是楞次定律的特殊情况 (1)楞次定律的研究对象为整个闭合回路，适用于磁通量变化引起感应电流的各种情况。 (2)右手定则的研究对象为闭合回路的一部分导体，适用于一段导线在磁场中做切割磁感线运动。 2．区别安培定则、左手定则、右手定则的关键是抓住因果关系 (1)因电而生磁(I→B)→安培定则(判断电流周围磁感线的方向)。 (2)因动而生电(v、B→I感)→右手定则(闭合回路的部分导体切割磁感线产生感应电流)。 (3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则(磁场对电流有作用力)。 【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．向右匀速运动 B．向右加速运动 C．向左加速运动 D．向左减速运动 BD　[ab杆向右匀速运动，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。] 安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的适用场合 比较项目 安培定则 左手定则 右手定则 楞次定律 适用 场合 通电导线、圆环产生磁场时，磁场方向、电流方向的关系 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 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 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 [跟进训练] 1．如图所示，导轨间的磁场方向垂直于纸面向里。圆形金属环B正对电磁铁A，当导体棒MN在导轨上向右加速滑动时(导体棒切割磁感线速度越大，感应电流越大)，下列说法正确的是(　　) A．MN中电流方向N→M，B被A吸引 B．MN中电流方向N→M，B被A排斥 C．MN中电流方向M→N，B被A吸引 D．MN中电流方向M→N，B被A排斥 B　[MN向右加速滑动，根据右手定则，MN中的电流方向从N→M，且大小逐渐变大，根据安培定则知，电磁铁A在B环处的磁场方向向左，且大小逐渐增大，根据楞次定律知，B环中的感应电流产生的磁场方向向右，B被A排斥，B正确，A、C、D错误。] 考点2　电磁感应中的电路问题 1．电磁感应中的“电源” (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、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，都是把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．电磁感应中的内、外电路 (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．导体棒在匀强磁场运动过程中的变与不变 (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。 【典例2】　用电阻丝焊接成一半径为a的圆环(圆环电阻为2R)，水平固定在竖直向下的磁感应强度为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)棒上电流的大小及棒两端的电压UMN； (2)在圆环和金属棒上消耗的总电功率。 [解析]　(1)把切割磁感线的金属棒看成一个内阻为R、感应电动势为E的电源，两个半圆环看成两个并联电阻，画出等效电路图，如图所示。 等效电源电动势E＝Blv＝2Bav 外电路的总电阻R外＝＝R 棒上电流的大小I＝＝＝ 根据分压原理，棒两端的电压 UMN＝·E＝Bav。 (2)圆环和金属棒上消耗的总功率P＝IE＝。 [答案]　(1)　Bav　(2) 解