第二章 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（人教版 苏京）

DIERZHANG 第二章 章末素养提升 1 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=_______ 再现 素养知识 阻碍 磁通量的变化 n Blvsin θ 垂直 拇指 四指 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,安培力总是 导体的运动 2.电磁驱动:若磁场相对于导体运动,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. :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,磁场也从无到有,电源把能量输送给 ,储存在 中 互感电动势 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·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1 提能 综合训练 √ 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。 　如图(a),螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场,图中箭头所示方向为其正方向。螺线管与导线框abcd相连,导线框内有一小金属圆环L,圆环与导线框在同一平面内。当螺线管内的磁感应强度B随时间按图(b)所示规律变化时 A.在t1~t2时间内,L内有逆时针方向的感应 电流 B.在t1~t2时间内,L有扩张趋势 C.在t2~t3时间内,L内有顺时针方向的感应 电流 D.在t2~t3时间内,L有扩张趋势 例2 √ 在t1~t2时间内,磁感应强度B方向为正且增加,根据楞次定律,导线框中感应电流方向从c到b,且B-t图线的斜率逐渐变大,流过导线框中的电流变大,该 电流激发出增大的磁场,该磁场通过圆环,在圆环内产生感应电动势和逆时针方向的感应电流,据结论“增缩减扩”可判断L有收缩趋势,A正确,B错误; 在t2~t3时间内,磁感应强度变化率一定,流过导线框中的电流不变,故穿过L的磁通量没有变化,没有感应电流,L也就没有扩张的趋势,C、D错误。 　如图所示,用轻绳将一条形磁体竖直悬挂于O点,在其正下方的水平绝缘桌面上放置一铜质圆环。现将磁体拉至A处由静止释放,经过B、C到达最低处D,再摆到左侧最高处E,圆环始终保持静止。下列说法正确的是 A.磁体在A、E两处等高 B.磁体从A到D的过程中,圆环对桌面的压力等于圆环受 到的重力 C.磁体从D到E的过程中,从上往下看,圆环中感应电流方 向为逆时针方向 D.磁体从D到E的过程中,圆环受到的摩擦力方向水平向左 例3 √ 由于有部分机械能转化为电能,故磁体在A处的高度大于E处高度,故A错误; A到D过程中,圆环中磁通量增加,由楞次定律的推论知圆环与磁体间相互排斥,故圆环对桌面的压力大于圆环受到的重力,故B错误; 磁体从D运动到E的过程中,圆环磁通量向上减少,根据楞次定律可知从上往下看,圆环中感应电流方向为逆时针,故C正确; 磁体从D运动到E的过程中,圆环中的磁通量减少,由楞次定律的推论知圆环有向左运动的趋势,圆环不动,因此圆环受到的摩擦力方向水平向右,故D错误。 　(2024·常州市高二期中)将两根长度相同、粗细均匀、总电阻均为R、表面涂有绝缘漆的相同细金属丝,分别依次绕成如图所示的两个“8”字形闭合线圈甲和乙,并将线圈垂直放入磁感应强度B随时间t变化的规律为B=B0+kt(其中k>0)的匀强磁场中,已知甲、乙两图中大、小线圈的半径分布为2r和r,则下列说法中正确的是 A.乙线圈中的感应电流为顺时针方向 B.甲线圈中总的感应电动势的大小为5kπr2 C.甲线圈中感应电流的大小为 D.在时间t内通过乙线圈金属丝横截面的电荷量为 例4 √ 乙线圈中的磁通量向里增加,根据楞次定律可知,乙线圈中的感应电流为逆时针方向,故A错误; 根据楞次定律可知,甲线圈中大、小线圈产生的感应电动势方向相反,则甲线圈中总的感应电动势的大小为E总=E大-E小=·π(2r)2-·πr2= 3kπr2,甲线圈中感应电流的大小为I==,故B错误,C正确; 乙线圈产生的感应电动势为E总'=E大+E小=·π(2r)2+·πr2=5kπr2,乙线圈 中感应电流的大小为I'==,在时间t内通过乙线圈金属丝横截面的电荷量为q'=I't=,故D错误。 　(2023·扬州市高二期中)如图甲所示,abcd是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框,金属线框的质量为m,电阻为R,在金属线框的下方有一匀强磁场区域,MN和PQ是匀强磁场区域的水平边界,并与线框的bc边平行,磁场方向垂直于线框平面向里。现使金属线框从MN上方某一高度处由静止开始下落,如图乙是金属线框由开始下落到bc刚好运动到匀强磁场PQ边界的v-t图像,图乙中数据均为已知量。重力加速度为g,不计空气阻力。下列说法正确的是 A.金属线框刚进入磁场时感应电流方向沿adcba方向 B.金属线框的边长为v1(t2-t1) C.MN和PQ之间的距离为v1(t2-t1) D.磁场的磁感应强度为 例5 √ 根据右手定则可知,金属线框刚进入磁场时感应电流方向沿abcda方向,A错误; 根据题图乙可知,线框匀速运动阶段 的位移等于线框边长,则x=v1(t2-t1),B正确; t1时刻,线框开始进入磁场,可知磁场的宽度为L=v1(t2-t1)+, C错误; t1时刻,对线框有BIx=mg,此时的感应电流I=,解得B=,D 错误。 　(2024·常州市高级中学期末)如图所示,水平面内固定有两根平行的光滑足够长的直金属导轨,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; 例6 答案　　 根据右手定则可知,从上往下看,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,当速度大小相等时,回路中电动势为0,感应电流为0,此后两棒做匀速直线运动,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)MN棒产生的焦耳热; 答案　 由题意可知,回路产生的总热量为Q=m-m-×2m= 则MN棒产生的焦耳热为QMN=Q= (3)通过PQ棒某一横截面的电荷量。 答案　 由以上分析可知BlΔt=2mv1 通过PQ棒某一横截面的电荷量为q=Δt==。 $ 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,安培力总是阻碍导体的运动 2.电磁驱动:若磁场相对于导体运动,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,磁场也从无到有,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·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2　如图(a),螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场,图中箭头所示方向为其正方向。螺线管与导线框abcd相连,导线框内有一小金属圆环L,圆环与导线框在同一平面内。当螺线管内的磁感应强度B随时间按图(b)所示规律变化时(　　) A.在t1~t2时间内,L内有逆时针方向的感应电流 B.在t1~t2时间内,L有扩张趋势 C.在t2~t3时间内,L内有顺时针方向的感应电流 D.在t2~t3时间内,L有扩张趋势 答案　A 解析　在t1~t2时间内,磁感应强度B方向为正且增加,根据楞次定律,导线框中感应电流方向从c到b,且B-t图线的斜率逐渐变大,流过导线框中的电流变大,该电流激发出增大的磁场,该磁场通过圆环,在圆环内产生感应电动势和逆时针方向的感应电流,据结论“增缩减扩”可判断L有收缩趋势,A正确,B错误; 在t2~t3时间内,磁感应强度变化率一定,流过导线框中的电流不变,故穿过L的磁通量没有变化,没有感应电流,L也就没有扩张的趋势,C、D错误。 例3　如图所示,用轻绳将一条形磁体竖直悬挂于O点,在其正下方的水平绝缘桌面上放置一铜质圆环。现将磁体拉至A处由静止释放,经过B、C到达最低处D,再摆到左侧最高处E,圆环始终保持静止。下列说法正确的是(　　) A.磁体在A、E两处等高 B.磁体从A到D的过程中,圆环对桌面的压力等于圆环受到的重力 C.磁体从D到E的过程中,从上往下看,圆环中感应电流方向为逆时针方向 D.磁体从D到E的过程中,圆环受到的摩擦力方向水平向左 答案　C 解析　由于有部分机械能转化为电能,故磁体在A处的高度大于E处高度,故A错误;A到D过程中,圆环中磁通量增加,由楞次定律的推论知圆环与磁体间相互排斥,故圆环对桌面的压力大于圆环受到的重力,故B错误;磁体从D运动到E的过程中,圆环磁通量向上减少,根据楞次定律可知从上往下看,圆环中感应电流方向为逆时针,故C正确;磁体从D运动到E的过程中,圆环中的磁通量减少,由楞次定律的推论知圆环有向左运动的趋势,圆环不动,因此圆环受到的摩擦力方向水平向右,故D错误。 例4　(2024·常州市高二期中)将两根长度相同、粗细均匀、总电阻均为R、表面涂有绝缘漆的相同细金属丝,分别依次绕成如图所示的两个“8”字形闭合线圈甲和乙,并将线圈垂直放入磁感应强度B随时间t变化的规律为B=B0+kt(其中k>0)的匀强磁场中,已知甲、乙两图中大、小线圈的半径分布为2r和r,则下列说法中正确的是(　　) A.乙线圈中的感应电流为顺时针方向 B.甲线圈中总的感应电动势的大小为5kπr2 C.甲线圈中感应电流的大小为 D.在时间t内通过乙线圈金属丝横截面的电荷量为 答案　C 解析　乙线圈中的磁通量向里增加,根据楞次定律可知,乙线圈中的感应电流为逆时针方向,故A错误; 根据楞次定律可知,甲线圈中大、小线圈产生的感应电动势方向相反,则甲线圈中总的感应电动势的大小为E总=E大-E小=·π(2r)2-·πr2=3kπr2,甲线圈中感应电流的大小为I==,故B错误,C正确;乙线圈产生的感应电动势为E总'=E大+E小=·π(2r)2+·πr2=5kπr2,乙线圈中感应电流的大小为I'==,在时间t内通过乙线圈金属丝横截面的电荷量为q'=I't=,故D错误。 例5　(2023·扬州市高二期中)如图甲所示,abcd是位于竖直平面内的正方形闭合金属线框,金属线框的质量为m,电阻为R,在金属线框的下方有一匀强磁场区域,MN和PQ是匀强磁场区域的水平边界,并与线框的bc边平行,磁场方向垂直于线框平面向里。现使金属线框从MN上方某一高度处由静止开始下落,如图乙是金属线框由开始下落到bc刚好运动到匀强磁场PQ边界的v-t图像,图乙中数据均为已知量。重力加速度为g,不计空气阻力。下列说法正确的是(　　) A.金属线框刚进入磁场时感应电流方向沿adcba方向 B.金属线框的边长为v1(t2-t1) C.MN和PQ之间的距离为v1(t2-t1) D.磁场的磁感应强度为 答案　B 解析　根据右手定则可知,金属线框刚进入磁场时感应电流方向沿abcda方向,A错误;根据题图乙可知,线框匀速运动阶段的位移等于线框边长,则x=v1(t2-t1),B正确;t1时刻,线框开始进入磁场,可知磁场的宽度为L=v1(t2-t1)+,C错误;t1时刻,对线框有BIx=mg,此时的感应电流I=,解得B=,D错误。 例6　(2024·常州市高级中学期末)如图所示,水平面内固定有两根平行的光滑足够长的直金属导轨,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。 答案　(1)　(2)　(3) 解析　(1)根据右手定则可知,从上往下看,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,当速度大小相等时,回路中电动势为0,感应电流为0,此后两棒做匀速直线运动,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)由题意可知,回路产生的总热量为 Q=m-m-×2m= 则MN棒产生的焦耳热为 QMN=Q= (3)由以上分析可知BlΔt=2mv1 通过PQ棒某一横截面的电荷量为 q=Δt==。 学科网（北京）股份有限公司 $