第2章 电磁感应及其应用 章末素养提升-（课件PPT+Word教案）【步步高】2024-2025学年高二物理选择性必修第二册教师用书（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，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，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 θ，θ为v与B的夹角 3.导体棒转动切割磁感线E=Bl2ω 感生电场 麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发一种电场 涡流 当线圈中的电流随时间变化时，线圈附近的任何导体，如果穿过它的磁通量发生变化，导体内都会产生感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作涡电流 电磁阻尼和电磁驱动 1.电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的运动 2.电磁驱动：若磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来 互感和自感 1.互感电动势：两个相互靠近且没有导线相连的线圈，当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场会在另一个线圈中产生感应电动势 2.自感：当一个线圈中的电流变化时，它所产生的变化的磁场在线圈本身激发出的感应电动势 3.自感电动势：由于自感而产生的感应电动势E=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·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)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·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·龙岩第一中学高二期末)图甲是法拉第发明的圆盘发电机，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的圆盘安装在水平轴上，外电路通过M、N分别与盘边缘和转轴相连接，圆盘接入电路的等效电阻为，导线电阻不计。空间中存在垂直于圆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=R，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　(2023·漳州市高二期中)如图所示，两根足够长平行金属导轨MN、PQ固定在倾角θ=37°的绝缘斜面上，顶部接有一阻值R=3 Ω的定值电阻，下端开口，轨道间距L=1 m。整个装置处于磁感应强度B=2 T的匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上，质量m=2 kg的金属棒ab置于导轨上，ab在导轨之间的电阻r=1 Ω，电路中其余电阻不计。金属棒ab由静止释放后沿导轨运动时始终垂直于导轨，且与导轨接触良好。不计空气阻力影响。已知金属棒ab与导轨间动摩擦因数μ=0.5，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8，取g=10 m/s2。 (1)求金属棒ab沿导轨向下运动的最大速度vm； (2)求金属棒ab沿导轨向下运动过程中，电阻R上的最大电功率PR： (3)若从金属棒ab开始运动至达到最大速度过程中，整个回路产生的总焦耳热为2 J，求流过电阻R的电荷量q。 答案　(1)4 m/s　(2)12 W　(3)2.25 C 解析　(1)金属棒静止释放后，向下运动，切割磁感线的感应电动势为E=BLv 根据闭合电路欧姆定律可得，产生的感应电流为 I== 则受到的安培力为F安=BIL= 由于安培力与运动方向相反，则有 mgsin θ-F安-μmgcos θ=ma 可知金属棒沿斜面向下做加速度减小的加速运动，当加速为零时，金属棒的速度最大，然后做匀速直线运动，故有 mgsin θ=F安+μmgcos θ=+μmgcos θ 代入数据解得，金属棒ab沿导轨向下运动的最大速度为vm=4 m/s (2)由电路中的电流I= 可知，当金属棒达到最大速度时，电路中的电流最大，即为I==2 A 故金属棒ab沿导轨向下运动过程中，电阻R上的最大电功率为PR=I2R=12 W (3)设金属棒从开始运动至达到最大速度过程中，沿导轨下滑的距离为x，根据能量守恒定律有 mgxsin θ=μmgxcos θ+m+Q总 解得，金属棒沿导轨下滑的距离为x=4.5 m 则流过电阻R的电荷量为 q=·Δt=·Δt==2.25 C 学科网（北京）股份有限公司 $$ DIERZHANG 第2章 章末素养提升 1 再现 素养知识 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 引起感应电流的_________ _____ 2.右手定则：伸开右手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使 指向导线运动的方向，这时 所指的方向就是感应电流的方向 感应电动势的大小 1.E=_____，适用于一切电磁感应现象 2.导体棒平动切割磁感线E= ，θ为v与B的夹角 3.导体棒转动切割磁感线E= 阻碍 磁通量的 变化 垂直 拇指 四指 n Blvsin θ Bl2ω 物理观念 感生电场 认为，磁场变化时会在空间激发一种_____ 涡流 当线圈中的 随时间变化时，线圈附近的任何导体，如果穿过它的磁通量发生变化，导体内都会产生感应电流，就像水中的漩涡，所以把它叫作_______ 电磁阻尼和电磁驱动 1.电磁阻尼：当导体在 中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是 导体的运动 2.电磁驱动：若磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流，感应电流使导体受到 的作用， 使导体运动起来 麦克斯韦 电场 电流 涡电流 磁场 阻碍 安培力 安培力 物理观念 互感和自感 1.互感电动势：两个相互靠近且没有导线相连的线圈，当一个线圈中的 时，它所产生的 会在另一个线圈中产生___________ 2.自感：当一个线圈中的 变化时，它所产生的变化的磁场在 激发出的感应电动势 3.自感电动势：由于自感而产生的感应电动势E=L，其中是_____________；L是 ，简称自感或电感。单位：____ ____，符号：____ 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_____，储存在 中 电流变化 变化的磁场 感应电动势 电流 线圈本身 电流的变化率 自感系数 亨 利 H 磁场 磁场 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 　(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 例1 提能 综合训练 √ 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。 　(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 例2 √ 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。 　(多选)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 例3 √ √ √ 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。 　(2023·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) 例4 √ 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。 　(多选)(2023·龙岩第一中学高二期末)图甲是法拉第发明的圆盘发电机，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的圆盘安装在水平轴上，外电路通过M、N分别与盘边缘和转轴相连接，圆盘接入电路的等效电阻为，导线电阻不计。空间中存在垂直于圆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 例5 √ √ 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=R，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。 　(2023·漳州市高二期中)如图所示，两根足够长平行金属导轨MN、PQ固定在倾角θ=37°的绝缘斜面上，顶部接有一阻值R=3 Ω的定值电阻，下端开口，轨道间距L=1 m。整个装置处于磁感应强度B=2 T的 例6 匀强磁场中，磁场方向垂直斜面向上，质量m=2 kg的金属棒ab置于导轨上，ab在导轨之间的电阻r=1 Ω，电路中其余电阻不计。金属棒ab由静止释放后沿导轨运动时始终垂直于导轨，且与导轨接触良好。不计空气阻力影响。已知金属棒ab与导轨间动摩擦因数μ=0.5，sin 37°=0.6，cos 37°=0.8，取g=10 m/s2。 (1)求金属棒ab沿导轨向下运动的最大速度vm； 答案　4 m/s　 金属棒静止释放后，向下运动，切割磁感线的感应电动势为E=BLv 根据闭合电路欧姆定律可得，产生的感应电流为 I== 则受到的安培力为F安=BIL= 由于安培力与运动方向相反，则有mgsin θ-F安-μmgcos θ=ma 可知金属棒沿斜面向下做加速度减小的加速运动，当加速为零时，金属棒的速度最大，然后做匀速直线运动，故有 mgsin θ=F安+μmgcos θ=+μmgcos θ 代入数据解得，金属棒ab沿导轨向下运动的最大速度为vm=4 m/s (2)求金属棒ab沿导轨向下运动过程中，电阻R上的最大电功率PR： 答案　12 W 由电路中的电流I= 可知，当金属棒达到最大速度时，电路中的电流最大，即为I==2 A 故金属棒ab沿导轨向下运动过程中，电阻R上的最大电功率为PR=I2R=12 W (3)若从金属棒ab开始运动至达到最大速度过程中，整个回路产生的总焦耳热为2 J，求流过电阻R的电荷量q。 答案　2.25 C 设金属棒从开始运动至达到最大速度过程中，沿导轨下滑的距离为x，根据能量守恒定律有 mgxsin θ=μmgxcos θ+m+Q总 解得，金属棒沿导轨下滑的距离为x=4.5 m 则流过电阻R的电荷量为 q=·Δt=·Δt==2.25 C BENKEJIESHU 本课结束 $$