第二章 电磁感应 章末小结与质量评价（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（粤教版2019）

　　一、知识体系建构——理清物理观念　 二、综合考法融会——强化科学思维　 [典例]　在一根软铁棒上绕有一组线圈，a、c是线圈的两端，b为中心抽头。把a端和b抽头分别接到两条平行金属导轨上，导轨间有匀强磁场，方向垂直于导轨所在平面并指向纸内，如图所示。金属棒PQ在外力作用下左右运动，运动过程中保持与导轨垂直，且两端与导轨始终接触良好。下面说法正确的是 (　 ) A．PQ向左边减速运动的过程中，a、c的电势都比b点的电势高 B．PQ向右边减速运动的过程中，a、c的电势都比b点的电势高 C．PQ向左边匀速运动的过程中，a、c的电势都比b点的电势低 D．PQ向右边匀速运动的过程中，a、c的电势都比b点的电势低 “三定则、一定律”的综合应用 [解析]　PQ向左边减速运动的过程中，根据右手定则可知电流方向为PQba，b点的电势比a点的电势高，A错误；PQ向右边减速运动的过程中，根据右手定则可知电流方向为QPab，a点的电势比b点的电势高；PQ向右边减速运动，ab段线圈产生的向下的磁场减弱，根据楞次定律可知，bc段线圈产生的磁场方向向下，bc段相当于电源，电流从c点流出，c点的电势比b点的电势高，B正确；PQ做匀速直线运动，产生恒定的电流，bc段线圈不会产生感应电流，b、c等电势，C、D错误。 [答案]　B [融会贯通] 1．“三定则、一定律”的应用对比 名称 基本现象 因果关系 应用的定 则或定律电流的磁效应 运动电荷、电流产生磁场 因电生磁 安培定则 洛伦兹力、安培力 磁场对运动电荷、电流有作用力 因电受力 左手定则 则或定律电磁感应 部分导体做切割磁感线运动 因动生电 右手定则 闭合回路磁通量变化 因磁生电 楞次定律  2．“三定则、一定律”的应用方法 (1)弄清“因果关系”是正确应用定则、定律的关键。 (2)判断感应电流受到的安培力。 ①先用右手定则判定感应电流的方向，再用左手定则确定安培力的方向。 ②根据楞次定律的推论可知安培力阻碍相对运动。 [对点训练] 1．如图所示，水平地面上固定有两根平行的直导线，两导线正中间固定 一金属圆环，导线和圆环均与地面绝缘，左边导线中通有图示方向的 恒定电流，右边导线通有从零开始均匀增大、方向与左边导线中电流 方向相反的电流。金属圆环中产生感应电流，两边直导线中的电流都对金属圆环有安培力作用，则 (　 ) A．两安培力的合力一定向左 B．两安培力的合力一定向右 C．两安培力的合力先向左后向右 D．两安培力的合力先向右后向左 解析：由安培定则可判断左边导线在金属圆环处产生的磁场向外，右边导线在金属圆环处产生的磁场是向外的增强，则金属圆环内的磁通量向外且逐渐增大，由楞次定律可知感应电流为顺时针方向；据“同向电流相吸、反向电流相斥”知，两边的直导线对金属圆环的安培力均为排斥作用，开始时右侧导线中的电流小于左侧的，所以金属圆环受到的安培力的合力向右，当右侧导线中的电流大于左侧电流时，金属圆环受到的安培力的合力向左，D正确，A、B、C错误。 答案：D　 答案：A [典例]　(多选)如图(a)所示，两根间距为L、足够长的光滑平行金属导轨竖直放置并固定，顶端接有阻值为R的电阻，垂直导轨平面存在变化规律如图(b)所示的匀强磁场，t＝0时磁场方向垂直纸面向里。在t＝0到t＝2t0的时间内，金属棒水平固定在距导轨顶端L处；t＝2t0时，释放金属棒。整个过程中金属棒与导轨接触良好，导轨与金属棒的电阻不计，则 (　 ) 法拉第电磁感应定律的应用 [答案]　BC [融会贯通] 感应电动势的三个表达式对比 意义 一般求平均感应电动势，当Δt→0时求的是瞬时感应电动势 一般求瞬时感应电动势，当v为平均速度时求的是平均感应电动势 用平均值法求瞬时感应电动势 适用条件 所有磁场 匀强磁场 匀强磁场 续表 [对点训练] 1．如图所示，用两根长度、材料、粗细都相同的导线绕成匝数 分别为n1和n2的圆形闭合线圈A和B，两线圈平面与匀强磁场 垂直。当磁感应强度随时间均匀变化时，两线圈中的感应电流之比IA∶IB为(　 ) A．n1∶n2 B．n2∶n1 C．n12∶n22 D．n22∶n12 答案：B　 答案：D　 电磁感应中的动量问题 [融会贯通] 1．动量定理的应用 应用动量定理可以由动量变化来求解变力的冲量。如在导体棒做非匀变速运动的问题中，应用动量定理可以解决牛顿运动定律不易解答的问题。 2．动量守恒定律的应用 在相互平行的水平轨道间的双导体棒做切割磁感线运动时，由于这两根导体棒所受的安培力等大反向，合外力为零，若不受其他外力，两导体棒的总动量守恒，解决此类问题往往要应用动量守恒定律。 [对点训练] 1.(多选)如图，方向竖直向下的匀强磁场中有两根位 于同一水平面内的足够长的平行金属导轨，两相同的光 滑导体棒ab、cd静止在导轨上，t＝0时，棒ab以初速度v0向右滑动。运动过程中，ab、cd始终与导轨垂直且接触良好，两者速度分别用v1、v2表示，回路中的电流用I表示。下列图像中可能正确的是(　 ) 答案：AC　 2．(2024·梅州期末)如图所示，水平面内固定有两根平行的光滑长直金属导轨，导轨间距为l，电阻不计。整个装置处于两个磁感应强度大小均为B、方向相反的竖直方向匀强磁场中，虚线为两磁场的分界线，质量为m、导轨间电阻为R的导体棒MN和质量为2m、导轨间电阻为2R的导体棒PQ静置于图示的导轨上，两棒始终与导轨垂直且接触良好。现使MN棒获得一个大小为v0、方向水平向左的初速度，则在此后的整个运动过程中，求： (1)两棒最终的速度大小； (2)MN棒产生的焦耳热； (3)通过PQ棒某一横截面的电荷量。 三、价值好题精练——培树科学态度和责任 1．福建舰是我国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰。 航母上飞机弹射起飞所利用的电磁驱动原理如图所示， 当固定线圈上突然通过直流电流时，线圈左侧的金属环被弹射出去，则下列说法正确的是 (　 ) A．闭合开关S的瞬间，从右侧看环中产生沿顺时针方向的感应电流 B．金属环向左运动过程中将有扩大趋势 C．若将金属环置于线圈的右侧，环将不能弹射出去 D．若将电池正、负极调换后，金属环不能向左弹射 解析：在闭合开关S的瞬间，线圈产生向右的磁场，穿过金属环向右的磁通量增大，则由楞次定律可知，金属环的感应电流从右侧看为顺时针方向，且金属环的面积有缩小的趋势，故A正确、B错误；若金属环放在线圈右侧，根据楞次定律可得，环将向右运动，故C错误；电池正负极调换后，根据楞次定律可得，金属环受力仍向左，故仍将向左弹出，故D错误。 答案：A 2．(2023·全国乙卷)一学生小组在探究电磁感应现象时，进行了如下比较实验。用图(a)所示的缠绕方式，将漆包线分别绕在几何尺寸相同的有机玻璃管和金属铝管上，漆包线的两端与电流传感器接通。两管皆竖直放置，将一很小的强磁体分别从管的上端由静止释放，在管内下落至管的下端。实验中电流传感器测得的两管上流过漆包线的电流I随时间t的变化分别如图(b)和图(c)所示，分析可知(　 ) A．图(c)是用玻璃管获得的图像 B．在铝管中下落，小磁体做匀变速运动 C．在玻璃管中下落，小磁体受到的电磁阻力始终保持不变 D．用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的短 解析：小磁体在铝管中运动，铝管会形成涡流，小磁体在铝管中加速后很快达到平衡状态，做匀速直线运动，而在玻璃管中的小磁体则一直做加速运动，故由图像可知图(c)的脉冲电流峰值不断增大，说明小磁体的速度在增大，与玻璃管中小磁体的运动情况相符，A正确； 在铝管中下落，脉冲电流的峰值相同，磁通量的变化率相同，故小磁体做匀速运动，B错误；在玻璃管中下落，线圈的脉冲电流峰值增大，电流不断在变化，故小磁体受到的电磁阻力在不断变化，C错误；铝管中的小磁体在线圈间做匀速运动，玻璃管中的小磁体在线圈间做加速运动，故用铝管时测得的电流第一个峰到最后一个峰的时间间隔比用玻璃管时的长，D错误。 答案：A 3．(多选)安检门是一种用于安全检查的“门”，如图所示，“门框”内有线圈，线圈里通有交变电流，交变电流在“门”内产生交变磁场，金属物品通过“门”时能产生涡流，涡流的磁场又反过来影响线圈中的电流，从而引起报警。以下关于这个安检门的说法正确的是 (　 ) A．这个安检门也能检查出毒品携带者 B．这个安检门只能检查出金属物品携带者 C．如果这个“门框”内的线圈中通上恒定电流，也能检查出金属物品携带者 D．这个安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应 解析：这个安检门是利用涡流工作的，因而只能检查出金属物品携带者，A错误，B正确；若“门框”内的线圈中通上恒定电流，只能产生恒定磁场，它不能使金属物品内产生涡流，因而不能检查出金属物品携带者，C错误；安检门工作时，既利用了电磁感应现象，又利用了电流的磁效应，D正确。 答案：BD　 4．（多选）水力发电站和火力发电站都采用旋转磁极式发电机，但是发电机的结构一般不同。水力发电站常采用图甲所示原理的发电机，A、B、C、D均为线圈；火力发电站常采用图乙所示原理的发电机，A、B、C、D均为沿轴方向的导线。当图中固定有磁铁的转子顺时针匀速旋转到图示位置时，某同学在两图中标示了电流方向，下列说法正确的是 (　 ) A．图甲中A、C线圈电流标示方向正确 B．图甲中B、D线圈电流标示方向正确 C．图乙中A、B导线电流标示方向正确 D．图乙中C、D导线电流标示方向正确 解析：题图甲中，A、B、C、D线圈中磁场均减弱，根据磁场减弱方向，结合楞次定律和安培定则，可知A、C线圈电流标示方向正确，B、D线圈电流标示方向错误，A正确，B错误；题图乙中，磁铁运动，导线切割磁感线产生电流，由右手定则可知，A、B导线电流标示方向正确，C、D导线电流标示方向错误，C正确，D错误。 答案：AC 2.(2024·甘肃高考)如图，相距为d的固定平行光滑金属导轨与阻值为R的电阻相连，处在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中，长度为L的导体棒ab沿导轨向右做匀速直线运动，速度大小为v。则导体棒ab所受的安培力为(　 ) A.，方向向左 B．，方向向右 C.，方向向左 D．，方向向右 解析：导体棒ab做切割磁感线运动，在电路部分的有效长度为d，故感应电动势为E＝Bdv，回路中感应电流为I＝，根据右手定则，判断电流方向为从b流向a。根据左手定则，导体棒ab所受的安培力为F＝BId＝，方向向左。 A．在t＝时，金属棒受到安培力的大小为 B．在t＝t0时，金属棒中电流的大小为 C．在t＝时，金属棒受到安培力的方向竖直向上 D．在t＝3t0时，金属棒中电流的方向向右 [解析]　由题图可知在0～t0时间段内产生的感应电动势为E＝＝，根据闭合电路欧姆定律可知此时间段的电流为I＝＝，在时磁感应强度为，此时安培力为F＝BIL＝，A错误，B正确；由题图可知在t＝时， 磁场方向垂直纸面向外并逐渐增大，根据楞次定律可知产生顺时针方向的电流，再由左手定则可知金属棒受到的安培力方向竖直向上，C正确；由图可知在t＝3t0时，磁场方向垂直纸面向外，金属棒向下运动的过程中磁通量增加，根据楞次定律可知金属棒中的感应电流方向向左，D错误。 表达式 E＝n E＝BLv E＝BL2ω 情景图 研究对象 回路(不一定闭合) 一段直导线(或等效成直导线) 绕一端转动的导体棒 解析：设导线长度为L，电阻为R，则对线圈A有L＝n1·2πrA，E1＝n1πrA2，IA＝，对线圈B有L＝n2·2πrB，E2＝n2πrB2，IB＝，联立解得IA∶IB＝n2∶n1，B正确，A、C、D错误。 2．如图所示，固定平行导轨间有磁感应强度大小为B、方向垂直导轨平面向里的匀强磁场，导轨间距为l且足够长，左端接阻值为R的定值电阻，导轨电阻不计。现有一长为2l的金属棒垂直放在导轨上，在金属棒以O点为轴沿顺时针方向以角速度ω转过60°的过程中(金属棒始终与导轨接触良好，电阻不计) (　 ) A．通过定值电阻的最大电流为 B．通过定值电阻的最大电流为 C．通过定值电阻的电荷量为 D．通过定值电阻的电荷量为 解析：棒绕O点转动切割磁感线而产生动生电动势，棒在转过60°时有效长度最大，为l效＝2l，则Emax＝Bl效2ω＝2Bl2ω，由欧姆定律可得Imax＝＝，故A、B错误。电荷量q＝·Δt，而＝＝，可得q＝＝，棒转过60°扫过的有效面积为ΔS＝，可得q＝，故C错误，D正确。 [典例]　如图，间距为l的光滑平行金属导轨，水平放置在方向竖直向下的匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为B，导轨左端接有阻值为R的定值电阻，一质量为m的金属杆放在导轨上。金属杆在水平外力作用下以速度v0向右做匀速直线运动，此时金属杆内自由电子沿杆定向移动的速率为u0。设金属杆内做定向移动的自由电子总量保持不变，金属杆始终与导轨垂直且接触良好，除了电阻R以外不计其他电阻。 (1)求金属杆中的电流和水平外力的功率； (2)某时刻撤去外力，经过一段时间，自由电子沿金属杆定向移动的速率变为，求： ①这段时间内电阻R上产生的焦耳热； ②这段时间内一直在金属杆内的自由电子沿杆定向移动的距离。 [解析]　(1)金属杆切割磁感线产生的感应电动势E＝Blv0，则金属杆中的电流I＝＝， 由题知，金属杆在水平外力作用下以速度v0向右做匀速直线运动，则有F＝F安＝BIl＝， 根据功率的计算公式有P＝Fv0＝。 (2)①设金属杆内单位体积的自由电子数为n，金属杆的横截面积为S，则金属杆在水平外力作用下以速度v0向右做匀速直线运动时，电流由微观表示为I＝nSeu0＝，则解得nSe＝， 电子沿金属杆定向移动的速率变为时，有I′＝nSe＝，解得v′＝， 由能量守恒有mv′2＝mv02－Q， 解得Q＝mv02。 [答案]　(1)　　(2)①mv02　② 解析：以两导体棒为研究对象，在导体棒运动过程中，两导体棒所受的安培力大小相等，方向相反，且不受其他水平外力作用，在水平方向上两导体棒组成的系统动量守恒，对系统有mv0＝2mv，解得两导体棒运动的末速度为v＝v0，棒ab做减速运动，棒cd做加速运动，它们的速度差逐渐减小，产生的感应电流也减小，安培力减小，加速度也减小，即棒ab做加速度减小的减速运动，棒cd做加速度减小的加速运动，稳定时两导体棒的加速度为零，一起向右做匀速运动，选项A正确，B错误；棒ab和棒cd最后做匀速运动，两导体棒与导轨组成的回路磁通量不变化，不会产生感应电流，选项C正确，D错误。 解析：(1)根据右手定则可知，从上往下看，回路中感应电流方向为逆时针，根据左手定则可知，两棒受到的安培力方向均为水平向右，故MN棒向左做减速运动，PQ棒向右做加速运动。当两棒速度大小相等时，根据法拉第电磁感应定律可知，回路中感应电动势为0，感应电流为0，此后两棒做匀速直线运动，设此时两棒的速度大小为v1，根据动量定理可知，对MN棒有－BlΔt＝mv1－mv0 对PQ棒有BlΔt＝2mv1，解得v1＝。 (2)由能量守恒定律可知，回路中产生的总热量为Q＝mv02－mv12－·2mv12 则MN棒产生的焦耳热为QMN＝Q＝Q 解得QMN＝。 (3)由以上分析可知，对PQ棒，根据动量定理 BlΔt＝2mv1 通过PQ棒某一横截面的电荷量为q＝Δt＝＝。 答案：(1)　　(2)　(3) $$