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 （鲁科版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，让拇指与其余四指垂直，且都与手掌处于同一个平面内；让磁感线垂直穿过手心，使拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向 法拉第电磁感应定律 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 θ，θ为v与B的夹角 3.导体棒转动切割磁感线：E＝Bl2ω 电磁感应的应用 1.自感现象 (1)定义：线圈自身的电流变化所产生的电磁感应现象 (2)分类：通电自感与断电自感 (3)自感电动势：由线圈自身电流变化所产生的感应电动势 (4)自感系数L：与线圈的形状、横截面积、长度、匝数及是否有铁芯等因素有关 (5)自感现象的应用：自感线圈、日光灯镇流器 2.涡流 (1)涡流的利用：家用电磁炉、安检门的金属探测器等 (2)涡流的防止：变压器、电动机和发电机的铁芯采用硅钢轧制成的薄板材 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 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，会针对条形磁铁在闭合线圈中插入、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·信阳市潢川一中高二期末)某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路。检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象。虽然多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象。你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是(　　) A．电源的内阻较大 B．小灯泡电阻偏大 C．线圈电阻偏大 D．线圈的自感系数较大 答案　C 解析　断开开关时，灯泡能否发生闪亮，取决于流过灯泡的电流有没有增大，与电源的内阻无关，A错误；若小灯泡电阻偏大，稳定时流过灯泡的电流小于线圈的电流，断开开关时，根据楞次定律，流过灯泡的电流为线圈原来的电流大小并逐渐减小，灯泡将发生闪亮现象，B错误；线圈电阻偏大，稳定时流过灯泡的电流大于线圈的电流，断开开关时，根据楞次定律，流过灯泡的电流为线圈原来的电流大小并逐渐减小，灯泡不发生闪亮现象，C正确；线圈的自感系数较大，产生的自感电动势较大，但不能改变稳定时灯泡和线圈中电流的大小，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，两磁场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 框架从位置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； 框架从位置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； 框架从位置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； 框架从位置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)(2023·福建省龙岩第一中学高二期末)图甲是法拉第发明的铜盘发电机，也是人类历史上第一台发电机。图乙是利用这种发电机给电阻R供电的电路图，半径为r的铜盘安装在水平轴上，外电路通过M、N分别与盘边缘和转轴相连接，铜盘接入电路的等效电阻为，导线电阻不计。空间中存在垂直于铜盘平面向右的匀强磁场，磁感应强度大小为B，圆盘沿顺时针方向(从左向右看)以角速度ω匀速转动。下列说法正确的是(　　) A．M点电势低于N点电势 B．M、N两点间电势差为Br2ω C．圆盘转动一周的时间内，通过R的电荷量为 D．仅将圆盘的转速变为原来的2倍，电阻R上消耗的功率也变为原来的2倍 答案　BC 解析　由右手定则可知，电流从M点流出，经电阻R流向N点，因此M点电势高于N点电势，A错误；由电磁感应定律可知，感应电动势为E＝Brv＝Br·rω＝Br2ω，由闭合电路欧姆定律，可得回路中的电流为I＝＝，M、N两点间电势差为UMN＝IR＝R＝Bωr2，B正确；由电荷量公式可知，圆盘转动一周的时间内，通过R的电荷量是q＝It，t＝，q＝×＝，C正确；由电功率公式可得，电阻R上消耗的功率为P＝I2R＝()2R，且ω＝2πn，由上式可知，仅将圆盘的转速变为原来的2倍，电阻R上消耗的功率将变为原来的4倍，D错误。 例6　(2022·北京人大附中高二期末)如图所示，光滑固定平行金属导轨MN、PQ所在平面与水平面成θ角，两端点M、P间接有阻值为R的定值电阻。有效阻值为r的金属棒ab垂直导轨放置，其他部分电阻不计，整个装置处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直导轨平面向上。从t＝0时刻开始，棒受到一个平行于导轨向上的外力F作用，由静止开始沿导轨向上运动，运动中棒始终与导轨垂直，且接触良好，通过R的感应电流I随时间t变化的图像如图乙所示，选项图中给出了外力F大小随时间t变化的图像，其中正确的是(　　) 答案　B 解析　设金属棒ab的速度大小为v，由题图乙并根据闭合电路欧姆定律可得I＝＝kt，解得v＝t，所以v随时间t均匀增大，即金属棒ab做匀加速运动，设加速度大小为a，根据牛顿第二定律有F—mgsin θ－BIL＝ma，解得F＝BLkt＋ma＋mgsin θ，由上式可知F－t图像为斜率为正且与F轴正半轴相交的直线，故选B。 学科网（北京）股份有限公司 $$