第2章 电磁感应及其应用 章末素养提升-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第二册（教科版2019）

章末素养提升 物理观念 感应电流的方向 1.楞次定律：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 2.右手定则：伸开右手，使大拇指与其余并拢的四指垂直，并与手掌在同一个平面内；让磁感线垂直从手心穿入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向 感应电动势的大小 1.E＝n，适用于一切电磁感应现象 2.导体棒平动切割磁感线E＝BLvsin_α，α为v与B的夹角 3.导体棒转动切割磁感线：E＝BL2ω 涡流 由于电磁感应，在大块金属中会形成感应电流，电流在金属块内组成闭合回路，很像水的漩涡，因此叫作涡电流，简称涡流 电磁阻尼和电磁驱动 1.当闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力，安培力总是阻碍导体的运动，这种现象叫作电磁阻尼 2.感应电流受到安培力使物体运动的现象 互感和自感 1.互感：一个线圈通电或断电的瞬间，另一个与之靠近的线圈中会出现感应电流 2.自感：由于导体线圈本身的电流发生变化而引起的电磁感应现象 3.自感电动势：由于自感而产生的感应电动势EL＝L，其中是电流的变化率；L是自感系数，简称自感或电感。单位：亨利，符号：H 磁场的能量 线圈中电流从无到有时，磁场从无到有，电源把能量输送给磁场，储存在磁场中 科学思维 物理模型 能用磁感线与匀强磁场等模型综合分析电磁感应问题 类比分析法 涡流、电磁阻尼和电磁驱动现象的类比 能量守恒的思想 能从能量的视角分析解释楞次定律，解释生产生活中的各种电磁感应现象 科学探究 1.会对影响感应电流方向的因素提出问题、合理的猜想、获取证据、得出结论并进行解释等过程，提升科学探究素养 2.会设计磁通量增加和磁通量减少的实验情境来探究规律，会根据电流表指针偏转方向确定感应电流的方向，会针对条形磁体在闭合线圈中插入、拔出的过程，观察现象并设计表格记录相关数据 3.会引入“中间量”探究表述感应电流方向的规律，会概括总结规律并从能量守恒角度理解“阻碍”的意义 科学态度与责任 1.通过实例了解涡流、电磁阻尼和电磁驱动、互感与自感现象的利弊以及它们在生产生活中的应用 2.通过了解众多电磁感应现象在生产生活中的应用，体会科学、技术、社会之间紧密的联系 例1　(2023·吉林辽源市第五中学高二期末)以下四图都与电磁感应有关，下列说法正确的是(　　) A．真空冶炼炉能在真空环境下，使炉内的金属产生涡流，从而炼化金属 B．当蹄形磁体顺时针转动时，铝框将朝相反方向转动 C．金属探测器通过使用恒定电流的长柄线圈来探测地下是否有金属 D．磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，目的是起到电磁驱动的作用 答案　A 解析　真空冶炼炉能在真空环境下，利用电磁感应现象，使炉内的金属产生涡流，从而炼化金属，故A正确；根据电磁驱动原理，当蹄形磁体顺时针转动时，铝框将朝相同方向转动，故B错误；金属探测器通过使用交变电流的长柄线圈来探测地下是否有金属，故C错误；磁电式仪表，把线圈绕在铝框骨架上，铝框中产生感应电流，使线框尽快停止摆动，起到电磁阻尼的作用，故D错误。 例2　(2023·江苏卷)如图所示，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，OC导体棒的O端位于圆心，棒的中点A位于磁场区域的边缘。现使导体棒绕O点在纸面内逆时针转动。O、A、C点电势分别为φO、φA、φC，则(　　) A．φO>φC B．φC>φA C．φO＝φA D．φO－φA＝φA－φC 答案　A 解析　由题图可看出导体棒OA段逆时针转动切割磁感线，则根据右手定则可知φO>φA，其中导体棒AC段不在磁场中，不切割磁感线，电流为0，则φC＝φA，A正确，B、C错误；根据以上分析可知φO－φA>0，φA－φC＝0，则φO－φA>φA－φC，D错误。 例3　(多选)(2022·辽宁省实验中学期中)航母上飞机弹射起飞所利用的电磁驱动原理如图所示，由绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路，右侧金属圆环套在光滑的绝缘杆上。当开关闭合瞬间，线圈中突然通过直流电流时，线圈右侧的金属圆环被弹射出去。下列说法正确的是(　　) A．从右侧看，开关闭合瞬间金属圆环中会产生逆时针方向的感应电流 B．电源正、负极调换后，闭合开关S的瞬间，金属圆环仍能向右弹射 C．若将金属圆环置于线圈左侧，电路接通时，使滑动变阻器的滑片向上加速滑动时，金属圆环会被向左弹射出去 D．若将金属圆环置于线圈左侧，则闭合开关S的瞬间，金属圆环将向左弹射 答案　BCD 解析　在闭合开关的瞬间，线圈中电流从左侧流入，磁场变强，磁场方向向右，由楞次定律可知，感应电流方向从左侧看为逆时针，从右侧看为顺时针，故A错误；电源正、负极调换后，根据“增离减靠”可知，金属圆环仍能向右弹射，故B正确；电路接通时，使滑动变阻器的滑片向上加速滑动时，滑动变阻器接入电路中的阻值减小，则电路中的电流增大，根据“增离减靠”可知，左侧的金属圆环会被向左弹射出去，故C正确；若金属圆环放在线圈左侧，闭合开关瞬间根据“增离减靠”可知，金属圆环将向左弹射，故D正确。 例4　(2023·黑龙江大庆市大庆实验中学月考)如图所示，一个三角形框架底边长为2L，以一定的速度匀速经过有界磁场区域，两磁感应强度大小相等，方向相反，宽度均为L，框架通过磁场的过程中，感应电流的变化图像是(取逆时针方向为正)(　　) 答案　C 解析　将三角形框架整个运动过程分成4个部分分析，如图所示。 线框从位置1运动到位置2的过程中，根据楞次定律判断可知，感应电流方向沿逆时针方向，即为正；导线有效切割长度均匀减小，产生的感应电动势均匀减小，感应电流均匀减小；设开始时感应电流大小为2I，则此过程中，电流由2I减至I； 线框从位置2运动到位置3的过程中，根据楞次定律判断可知，感应电流方向沿顺时针方向，即为负；开始时电流为3I，均匀减小至2I； 线框从位置3运动到位置4的过程中，根据楞次定律判断可知，感应电流方向沿逆时针方向，即为正；电流由0均匀增大至I； 线框从位置4运动到全部穿出磁场的过程中，根据楞次定律判断可知，感应电流方向沿逆时针方向，即为正；电流由I均匀减小至0。故C正确。 例5　(多选)两根足够长的光滑导轨竖直放置，间距为L，底端接阻值为R的电阻。将质量为m的金属棒悬挂在一个固定的绝缘轻弹簧下端，金属棒和导轨垂直且接触良好，导轨所在平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，磁感应强度方向如图所示。金属棒和导轨的电阻不计。现将金属棒从轻弹簧原长位置由静止释放，重力加速度大小为g，则(　　) A．释放瞬间金属棒的加速度等于重力加速度g B．金属棒向下运动时，流过电阻的电流方向为a→b C．金属棒的速度为v时，所受的安培力大小为F＝ D．电阻上产生的总热量等于金属棒重力势能的减少量 答案　AC 解析　释放瞬间，金属棒只受重力作用，所以其加速度等于重力加速度，选项A正确；金属棒向下切割磁感线，由右手定则可知，流过电阻的电流方向为b→a，选项B错误；当金属棒的速度为v时，感应电流I＝，则安培力F＝BIL＝，选项C正确；由能量守恒定律可知，最终稳定后，重力势能的减少量等于轻弹簧弹性势能的增加量与电阻上产生的总热量之和，选项D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$