第二章 章末归纳提升-【创新教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册五维课堂（人教版2019）

第二章 电磁感应 般的的。 年 3.(自感应用)如图所示的 系数较大的线圈的直流 电阻,线圈两端并联一 个电压表,用来测量自感线圈两端的直流电 压,在实验完毕后,将电路拆开时应( ) A.先断开开关S B.先断开开关S C D. 先拆去电阻R C.先拆去电流表 D 4.(自感)在如图所示的电路中,两个相同的小 5.(自感应用)在生产实际中,有些高压直流电 灯泡A. 和A。分别串联一个带铁芯的电感 路含有自感系数很大的线圈,当电路中的开 线圈L和一个滑动变阻器R,闭合开关S 关S由闭合到断开时,线圈会产生很大的自 后,调整R,使A,和A。发光的亮度一样,此 感电动势,使开关S处产生电孤,危及操作 时流过两个灯泡的电流均为I.然后,断开 人员的人身安全,为了避免电孤的产生,可 开关S.若/时刻再闭合开关S,则在/前后 在线圈处并联一个元件,下列方案可行的是 ( 的一小段时间内,选项图中正确反映流过 ) A. 的电流i、流过A。的电流i.随时间/变 _o ( 化的图像是 ) :_ 高压直流 高压直流 A B __ww ### 高流 。 C温警提示 学习至此,请完成配套训练 章末归纳提升 [知识整合] 对互感现象的理解和应用 愣次定律的解 对白感观象的理解和应用 感和白感 楞次定应比 自感现象中的图像问题 愣次定律 有于定则的应用 对遇流的理解及应用 电磁与电动的王解涡流 “增&减靠”法的用 电磁感应 “来拒去留”法的应用 楞次定律的应用。 “增缩减扩”法的应用 电磁感应中的动力学问题 电蕴感应中的能量问题 电磁感应中的动力学及能量问题 “三定则一定律”的综合应用 电磁感应中的电路问题 对法拉第电感应定律的理解 电感应中的医像问题 电磁感应中的电路及图像问题 法拉第也磁感应定律对公式E-B的理解及应用 ·5. 物理·选择性必修第二册 [能力强化] [强化点1 电磁感应中的图像问题 (1)磁感应强度B、磁通量、感应电 动势E、感应电流i、电压u、电荷量 随时间:变化的图像,即Bt图像、 [规律总结] t图像、E-t图像、i-t图像、rt图像、q 线框进、出匀强磁场,可根据E一Blv判断E 图像 t图像 的大小变化,再根据楞次定律判断方向,特别 类型 (2)对于切割磁感线产生感应电动势 注意(为切割的有效长度. 和感应电流的情况,还常涉及感应电 [强化点2 电磁感应中的电路问题 动势E和感应电流i随线圈位移。 回路中的部分导体做切割磁感线运动或穿 变化的图像,即E-:图像和i-x图像 过回路的磁通量发生变化时,回路将产生感 (1)由给定的电磁感应过程选出或画 应电动势,该导体或回路相当于电源,因此 问题 出正确的图像 电磁感应问题往往和电路问题联系在一起, 类型 (2)由给定的有关图像分析电磁感应 解决与电路相联系的电磁感应问题的基本 过程,求解相应的物理量 方法是: 左手定则、安培定则、楞次定律、法拉 1.明确哪一部分电路产生感应电动势,则这部 应用 第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运 分电路就是等效电源,该部分电路的电阻是 知识 动定律、相关数学知识等 电源的内阻,而其余部分电路则是用电器 [例1](多选)在绝缘的水平桌面上有MN、 是外电路. PQ两根平行的光滑金属导轨,导轨间的距 2.分析电路结构,画出等效电路图 离为/.金属棒a和cd垂直放在导轨上,以 3. 用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的 速度v向右匀速运动,两棒正中间用一根长 大小,再运用闭合电路欧姆定律、串并联电 I的绝缘细线(细线处于伸直状态)相连,导 路的性质、电功、电热等知识求解 轨右侧有一直角三角形匀强磁场区域,磁场 [例2] 如图所示,足够长的平行光滑金属导 方向竖直向下,三角形的两条直角边长均为 轨水平放置,宽度L一0.4m,一端连接R 1.整个装置的俯视图如图所示,当棒a运 10的电阻,导勃所在空间存在竖直向下的 动到磁场区域时,在棒a上加水平拉力,使 匀强磁场,磁感应强度B一1T.导体棒MN 金属棒ab和cd继续以速度v向右匀速穿 放在导轨上,其长度恰好等于导轨间距,与 过磁场区域,则金属棒a6中感应电流i和 导轨接触良好,导轨和导体棒的电阻均可忽 绝缘细线上的张力大小F随时间.变化的 略不计,在平行于导轨的拉力F作用下,导 图像可能正确的是(规定金属棒a中电流 体棒沿导轨向右匀速运动,速度v一5ms ( 方向由;到为正方向) ~ P d b .56. 第二章 电磁感应 (1)求感应电动势E和感应电流I; I中,将质量m.=0.1kg,电阻R =0.1。 (2)若将MN换为电阻r-1O的导体棒,其 的金属条a放在导轨上,a刚好不下滑,然 他条件不变,求导体棒两端的电压U. 后,在区域II中将质量m。一0.4kg:电阻 R。=0.12的光滑导体棒cd置于导轨上,由 静止开始下滑,cd在滑动过程中始终处于区域 II的磁场中,a、cd始终与导轨垂直且两端与导 轨保持良好接触,g取10m/s^{},求; #行# [规律总结] (D)cd下滑的过程中,中的电流方向; (1)发生电磁感应的那部分导体相当于电源。 (2)ab刚要向上滑动时,cd的速度v; 其余部分为外电路 (3)从cd开始下滑到a刚要向上滑动的过 (2)若回路是纯电阻,则发生电磁感应时,可 程中,cd滑动的距离x三3.8m,此过程中 结合闭合电路欧姆定律和串并联电路知 ab上产生的热量Q 识解答。 [强化点3 电磁感应中的“双杆”模型 1.模型分类 “双杆”模型分为两类:一类是“一动一静” 甲杆静止不动,乙杆运动,其实质是单杆问 题,不过要注意问题包含着一个条件:甲杆 静止、受力平衡,另一类是两杆都在运动,对 于这种情况,要注意两杆切割磁感线产生的 感应电动势是相加还是相减 2.分析方法 通过受力分析,确定运动状态,一般会有收 [规律总结] 尾状态,对于收尾状态则有恒定的速度或者 分析“双杆”模型问题时,要注意双杆之间的 加速度等,再结合运动学规律、牛顿运动定 制约关系,即“动杆”与“被动杆”之间的关系, 律和能量观点分析求解 最终两杆的收尾状态的确定是分析该类问题 [例3 如图所示,两根足够长的平行金属导 的关键. 轨固定在倾角9一30{*}的斜面上,导轨电阻 [强化训练] 不计,间距L一0.4m.导轨所在空间被分成 1.如图所示,EOF和E # 区域I和II,两区域的边界与斜面的交线为 OF为空间一匀强磁 MN,I中的匀强磁场方向垂直斜面向下, 场的边界,其中EO/ II中的匀强磁场方向垂直斜面向上,两磁场 E'O',FO/F'Q',且 # 的磁感应强度大小均为B一0.5T.在区域 EO1OF;OO为EOF的角平分线,OO间 .57. 物理·选择性必修第二册 的距离为/;磁场方向垂直于纸面向里。 3.如图所示,电动机牵引一 边长为/的正方形导线框沿OO方向匀速 根原来静止的、长/三 通过磁场,一0时刻恰好位于图示位置,规 1m、质量n-0.1kg、电 定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正, 阻R一12的导体棒MN向上运动,导体棒 则下列感应电流 与时间/的关系图线可能 靠在处于磁感应强度B一1T、竖直放置的 正确的是 框架上,当导体棒上升高度h一3.8m时获 #44## 得稳定速度,导体棒产生的热量为2I.电动 机牵引棒时,电压表、电流表的读数分别为 C V、1A并保持不变,电动机内阻,-12,不计 2.如图甲所示,一个电阻值为R、匝数为”的 框架电阻及一切摩擦,取g=10m/s^{.求; 圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R,连接 (1)棒获得的稳定速度的大小; 成闭合回路,线圈的半径为,,在线圈中半 (2)棒从静止至达到稳定速度所需要的时 径为。的圆形区域内存在垂直于线圈平面 间t. 向里的匀强磁场,磁感应强度B随时间t变 化的关系图线如图乙所示.图线在横、纵轴 上的截距分别为4.和B。,导线的电阻不计 求0至时间内; , 甲 (1)通过电阻R,的电流大小和方向; (2)通过电阻R.的电荷量。及电阻R 上产 生的热量: .58.参考答案 跟进训练 5.D[由题意可知，断开开关醉间，线图中产生很大的自感电 1.D[开关S断开前，通过灯泡D的电流是稳定的，其值为1A 动势，若不并联元件，则开关S处会产生电弧，当并联电容器 开关S断开瞬间，自感线图的支路由于自感现象会产生与线 时，只能对电容器充电，仍不能解决电孤现象，故A错误：当 圈中原电流方向相同的自感电动势，使线图中的电流从原来 并联发光二极管时，由于发光二极管有单向导电性，因此应 的2A逐渐减小，方向不变，且同灯泡D构成回路，通过灯 注意方向，D选项的二极管在开关断开后与线图组成闭合回 泡D的电流和线圈L中的电流相同，也应该是从2A逐渐 路，正向导通，既能避免产生电孤，又不影响电路，故D正 减小到零，但是方向与原来通过灯泡D的电流方向相反，故 确，B、C错误. 选D.] 章末归纳提升 2.AD[在电路甲中，当接通开关S时，通过与灯泡相连的自 能力强化 感线圈的电流突然增大，由于线圈的自感现象，开始时，自感 [例1]AC[ab向右运动切割磁感线，由右手定则可知，产 线圈产生一个很大的自感电动势来阻碍电流的流入，流入灯 生的感应电流方向为从b到a(电流为负值)，当cd棒进入磁 泡的电流很小；后来由于电流的不断流入，通过自感线图的 场时电流方向从α到b为正，根据法拉第电磁感应定律，两 电流变化逐渐变慢，所以自感线图的阻碍作用逐渐减小；当 时间段内金属棒切割磁感线的有效长度逐渐增大，所以感 流过线图的电流最大时，自感线图不再有阻碍作用，所以通 应电流i随时间变化的图像可能为A图，B图一定错误；在 过灯泡的电流只能慢慢增大，故选项A正确，在电路乙中， ab棒做切割磁感线运动的过程中，由于cd棒没有进入磁场 当接通开关S时，通过自感线圈的电流突然增大，由于线圈 中，不受安培力作用，在0一。时间内，绝缘细线中张力F等 的自感现象，开始时，自感线图就产生一个很大的自感电动 于零，在cd棒进入磁场区域做切割磁感线运动时，受到安培 势来阻碍电流的流入，流入线圈的电流很小（可认为是0）， 力作用，能據细线中张力F=B11-)=[1一)门'y R 电路中的电流可以认为都是从灯泡通过的，以后自感线圈的 阻碍作用逐渐减小，通过自感线圈的电流逐渐增大，而通过 =Bv3(t-t6) R ，故绝缘细线中张力F随时间变化的图像可 灯泡的电流逐浙减小，直到流过线图的电流最大时，自感线 能为C图，D图一定错误.] 圈不再有阻碍作用，又因为自感线图L的电阻值可认为是 [例2][解析](1)由法拉第电磁感应定律可得，感应电 0,所以灯泡被短路，故选项D正确.] 动势 课堂自测·夯基础 E=BLw=1×0.4X5V=2V, 1.D[当线圈a输入正弦交变电流时，线圈b输出同频率的正 弦交变电流，A错误.当线圈a输入恒定电流时，线圈a产生 商应电流1=景=是A=2N 稳定的磁场，通过线图b的磁通量不变，但不为零，B错误. (2)由闭合电路欧姆定律可得，电路中电流 由于互惑现象的存在，每个线圈中的交变电流都会对另外 T-R,-号A-1A 一个线圈的磁场产生影响，C错误。当线图4的磁场变化时， 由欧姆定律可得，导体棒两端的电压 通过线图b的磁通量发生变化，产生感应电动势，D正确.门 U='R=1X1V=1V. 2.AC[当一个线图的电流发生变化时，由于互感作用，相邻 [答案](1)2V2A(2)1V 线图中产生感应电流，当含有电源的线图中电流增大时，线 [例3][解析](1)由右手定则可知，电流方向为由a流 圈M中产生感应电流且受斥力作用而向右运动.] 向b 3B[电路稳定时，电压表右端为“十”，左端为“一”，指针正 (2)开始放置ab刚好不下滑时，ab所受摩擦力为最大静摩 向偏转，若先断开S或先拆电流表或先拆去电阻R的瞬 擦力，设其为F, 间，线圈中产生的自感电动势相当于眸间电源，其a端相当 有Fm=m1gsin0 于电源的负极，b端相当于电源的正极，此时电压表加了一 设ab刚好要上滑时，cd捧的感应电动势为E,由法拉第电磁 个反向电压，使指针反偏.由“自感系数较大的线周”知其反 感应定律得 偏电压很大，会烧坏电压表，而先断开S,由于电压表内阻 E=BLv 很大，电路中总电阻变化很小，电流几乎不变，不会损坏其他 设电路中的感应电流为I,由闭合电路欧姆定律有 器件，故应先断开S,门 E 4.B[由题中给出的电路可知，电路由L与A1和A2与R两 I=R,十R 个支路并联，在t时刻，A1支路的电流因为有L的自感作 设ab所受安培力为F,有F季=ILB 用，所以由0逐渐增大，A支路为纯电阻电路，2不存在 此时αb受到的最大静摩擦力方向沿斜面向下，由平衡条 逐渐增大或减小的过程，故选项B正确.] 件得 ·135· 物理·选择性必修第二册 F&=m gsin 0+Fm (2)在棒从静止到速度稳定的过程中，对棒应用能量守恒定 综合以上各式，代入数据解得=5m/8. (3)设cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为Q。,由能 律有Fw=mgh+之m+Q@ 其中h=3.8m,Q=2J,m=0.1kg,①②③式联立解得完成 量守恒得 此过程所需时间t=15 magrsin -Qm 答案：(1)2m/s(2)1s R 又Q=R,十R,Qa 第三章 交变电流 综合上式，代入数据解得Q-1.3J. 第1节 交变电流 [答案](1)由a流向b(2)5m/s(3)1.3J 自主预习·探新知 强化训练 知识梳理 1.B[根据右手定则可知，开始时导线柜中的感应电流方向 一、1.周期性2.方向 为逆时针，由题意知为正方向，故选项C,D错误；在正方形 二、1.(1)线圈2.(1)正弦正弦式电流(2)U.sinwt 导线框匀速进入磁场的过程中，切制磁感线的有效长度逐渐 Isinot 增大，所以感应电流也逐渐增大：当乎线柜的左边过口点 三、1.线圈磁体2.磁极电枢 后，切割磁感线的有效长度（即左边的边长）不变，故感应电 基础自测 流不变；当导线框的右边到达点时，左边正好到达O点， 1.(1)×(2)√(3)× 之后一段时间导线柜切割磁感线的有效长度（即右边的边 2提示不相同.电源有交流和直流之分.电池是直流电源，它 长)也不变，故感应电流不变，方向与刚进入磁场时相反，故 提供的是直流电，家庭照明电路给日光灯提供的是交流电， 其典型特征是电流方向发生变化。 选项A错误，B正确.] 3.提示发电机工作时产生的感应电流在磁场中会受到安培 2.解析：(1)由图乙分析可知，0至时间内磁感应强度的变化 力，安培力的作用总是阻碍转子的运动，在这一过程中发电 率为1铝-县 机把机械能转化成了电能， 由法拉家电隆态应交律有E=n恕-兰s,而5=对 合作探究·攻重难 探究1 E 由闭合电路欧姆定律有通过电祖R,的电流L一R,十R 提示随着线圈的转动，电流表的指针不停地在“0”刻度线 两侧左右摆动，说明手摇发电机产生的电流大小、方向都处 解得1=B 3Rto 于变化中. 由楞次定律和安培定则可知通过电阻R,的电流方向为从b [例1门B[由t图像可知，电流的大小变化，但电流方向一 到a. 直为正，故电流方向不变，根据交变电流、直流电的定义可 (2)通过电租R,的电荷量g=1,4=B, 知，图中所示电流是直流电，B正确.] 3Rt 跟进训练 电程R上产生的热量Q=R4-2m通 1.D[B、C两图像中，虽然电流大小随时间做周期性变化，但 9Rt 方向从图上看在1轴一侧方向不变，故不是交变电流.A图 答案："B从b到a(2)兰2盼鱼 中电流的方向没发生变化，不是交变电流，D图中，从图上看 3R8 9Rt 电流分布在t轴两侧，电流的大小、方向均微周期性变化，是 3.解析：电动机工作时，电能转化为机械能和电动机内阻的内 交变电流.故选D.门 能，导体棒MN在电动机牵引下上升，切割磁感线产生感应 2.C[判断电流是交流还是直流，要看其方向是否随时间周 电动势E=B,回路中出现感应电流了=是，棒安到安培力F 期性变化.选项C中，尽管电流大小随时间变化，但其方向 不变，仍是直流。门 一B1=F”,机战能有一部分转化为导体棒的内能：达到稳 R 探究2 提示(1)线圈处于图中所示的位置时，线圈的AB边或CD 定速度时，捧受力平衡，牵引力F=FP十mg=R+mg①。 边的速度方向与磁感线方向垂直，所以切割磁感线的速度 (1)对电动机有IU-Ir=F②. 最大，线图中的感应电流最大，磁通量的变化率最大. 其中1=1A,U=7V,r=1Q,B=1T,l=1m,m=0.1kg, (2)当线圈转到与图中位置垂直的位置时，AB、CD的速度 R=1,①②式联立，且代入数据即可求得棒所达到的稳定 方向都与磁感线方向平行，不切割磁感线，故线圈中设有感 速度=2m/s. 应电动劳，没有感应电流。 ·136·