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 浙江）

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，简称涡流 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：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　(2024·温州市高二期末)下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是(　　) A.图甲中转动蹄形磁体时，静止的铝框(可绕轴自由转动)会随磁体同向转动 B.图乙中蹄形磁体靠近自由转动的铜盘时，铜盘转速不变 C.图丙中磁电式电流表中铝框骨架若用质量相等的塑料框替代效果相同 D.图丁中磁体从内壁光滑闭合竖直铝管的上端静止释放，磁体做自由落体运动 答案　A 解析　根据电磁驱动原理，题图甲中当手摇动柄使得蹄形磁体转动，则铝框会同向转动，且比磁体转动得慢，故A正确；转动铜盘时，铜盘切割磁感线，从而产生感应电流，铜盘动能转化为电能，铜盘转速变小，B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，若用质量相等的塑料框则不会产生感应电流，因此不会产生阻碍效果，C错误；磁体在铝管中下落时，铝管产生涡流，对磁体产生向上的阻力，所以磁体不是做自由落体运动，D错误。 例2　(2023·宁波市高二期末)如图所示，一个闭合金属圆环用绝缘细线悬挂于O点，O点正下方有垂直于纸面向里的匀强磁场，A、B为该磁场的竖直边界，O点在磁场中轴线上，将圆环拉离磁场从B边界右侧静止释放，圆环在摆动过程中所在平面始终垂直于磁场，若不计空气阻力，则(　　) A.在进入磁场过程中，圆环会受到水平方向的安培力 B.在进入磁场过程中，圆环会受到与速度方向相反的安培力 C.圆环向左穿过磁场后，能摆到和释放位置一样的高度 D.圆环最终将静止在O点正下方 答案　A 解析　在进入磁场过程中，圆环切割磁感线的有效长度等于圆环与磁场边界相交时两个交点之间的距离，由于两交点的连线是竖直的，所以安培力是水平的，A正确，B错误；圆环穿过磁场过程中，要产生感应电流，产生热量，损失机械能，不能摆到和释放位置一样的高度，C错误；圆环最终将在磁场中摆动，不会静止，D错误。 例3　(2023·杭州市学军中学高二月考)如图所示，在光滑的水平桌面上放置有一个由同种材料制成的粗细均匀的金属线框，总电阻为R。AC=CD=2a，AG=GF=FE=ED=a，各边交界处均为直角。竖直向下的匀强磁场磁感应强度大小为B，其左边界与线框ED边平行，其他方向上足够宽。外力作用下，让线框沿CD方向以速度v0匀速进入磁场，DE边与磁场左边界重合时开始计时，则金属线框进入磁场的整个过程中，A、C间电势差UAC，EF边所受安培力F随时间t变化的图像中正确的是(　　) 答案　C 解析　在0~时间内，只有DE边向右切割磁感线，感应电动势E1=Bav0，A、C间电势差UAC=E1=Bav0=0.25Bav0，在~时间内，FG进入磁场，FG边、DE边均向右切割磁感线，则E2=B·2a·v0，A、C间电势差UAC=E2=B·2av0=0.5Bav0，故A、B错误；在0~时间内，电流I1==，EF边在磁场中的长度在逐渐增大，则EF边所受安培力F=BI1l=BI1v0t=，在时刻，有F1=，在~时间内，EF边完全进入磁场，则有I2==，EF边所受安培力F=BI2a=，故C正确，D错误。 例4　(2023·浙江6月选考)如图所示，质量为M、电阻为R、长为L的导体棒，通过两根长均为l、质量不计的导电细杆连在等高的两固定点上，固定点间距也为L。细杆通过开关S可与直流电源E0或理想二极管串接。在导体棒所在空间存在磁感应强度方向竖直向上、大小为B的匀强磁场，不计空气阻力和其它电阻，重力加速度为g。开关S接1，当导体棒静止时，细杆与竖直方向的夹角固定点θ=；然后开关S接2，棒从右侧开始运动完成一次振动的过程中(　　) A.电源电动势E0=R B.棒消耗的焦耳热Q=(1-)Mgl C.从左向右运动时，最大摆角小于 D.棒两次过最低点时感应电动势大小相等 答案　C 解析　当开关接1时，对导体棒受力分析如图所示，根据几何关系可得Mg=BIL，解得I=，根据闭合电路欧姆定律有I=，解得E0=，故A错误；根据楞次定律可知导体棒从右向左运动时，产生的感应电流与二极管正方向相同，部分机械能转化为焦耳热，导体棒从左向右运动时，产生的感应电动势与二极管正方向相反，无机械能损失，当导体棒运动到最低点且速度为零时，导体棒损失的机械能转化为焦耳热Q'=(1-)Mgl，根据楞次定律可知导体棒完成一次振动速度为零时，导体棒高度高于最低点，所以棒消耗的焦耳热Q<Q'=(1-)Mgl，故B错误；根据B选项分析可知，导体棒运动过程中，机械能转化为焦耳热，所以从左向右运动时，最大摆角小于，故C正确；根据B选项分析，导体棒第二次经过最低点时的速度小于第一次经过最低点时的速度，根据E=BLv，可知棒两次过最低点时感应电动势大小不相等，故D错误。 例5　(2024·温州市高二期末)如图甲所示，在水平面上固定两根平行的金属轨道AO和A'O'，其中BC、B'C'部分长度均为L=9 m，粗糙且动摩擦因数为μ=0.5，其余部分都是光滑。BB'C'C区域存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B0=1 T；轨道间连接有两个阻值均为R=1 Ω的电阻和一套电压传感器(内阻可视为无穷大)。现有一根金属棒，受水平向右的恒力作用，从AA'处由静止开始运动，通过数字接收器在屏幕上显示的电压如图乙所示，到电压为2U0时曲线已趋向水平，已知金属棒的电阻也为R=1 Ω，质量为m=1 kg，金属轨道间距为d=1 m，U0=2 V，轨道电阻不计，重力加速度g取10 m/s2，求： (1)金属棒进入磁场B0时的速度v1的大小； (2)金属棒在经过BB'C'C区域过程中，通过金属棒的电荷量q； (3)金属棒经过BB'C'C区域的时间t； (4)金属棒在经过BB'C'C区域的过程中，金属棒产生焦耳热Q。 答案　(1)6 m/s　(2)6 C　(3)1.5 s　(4)12 J 解析　(1)金属棒刚进入磁场时，有E=B0dv1，U0=E，解得v1==6 m/s。 (2)根据q=t，==，==，解得q==6 C。 (3)由题可知，金属棒到CC'位置时，通过金属棒的电流I=，F=μmg+B0Id，代入数据解得F=13 N，金属棒在CC'位置时，通过金属棒的电流I== 解得v2==12 m/s，再由动量定理Ft-μmgt-B0dt=mv2-mv1，q=t，联立解得t=1.5 s。 (4)由能量守恒定律，有(F-μmg)L-Q总=m-m 整个回路产生的焦耳热为Q总=18 J，其中金属棒产生的焦耳热Q=Q总，解得Q=12 J。 学科网（北京）股份有限公司 $ DIERZHANG 第二章 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 阻碍 磁通 量的变化 垂直 拇指 四指 物理观念 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=_______ 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 ，简称涡流 n Blvsin θ Bl2ω 麦克斯韦 电场 电流 涡电流 物理观念 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 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：___ 互感 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 科学思维 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 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 磁场 磁场 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 (2024·温州市高二期末)下列四幅图涉及不同的物理知识，其中说法正确的是 A.图甲中转动蹄形磁体时，静止的铝框 (可绕轴自由转动)会随磁体同向转动 B.图乙中蹄形磁体靠近自由转动的铜盘时，铜盘转速不变 C.图丙中磁电式电流表中铝框骨架若用质量相等的塑料框替代效果相同 D.图丁中磁体从内壁光滑闭合竖直铝管的上端静止释放，磁体做自由落 体运动 例1 提能 综合训练 √ 根据电磁驱动原理，题图甲中当手摇动 柄使得蹄形磁体转动，则铝框会同向转 动，且比磁体转动得慢，故A正确； 转动铜盘时，铜盘切割磁感线，从而产生感应电流，铜盘动能转化为电能，铜盘转速变小，B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，若用质量相等的塑料框则不会产生感应电流，因此不会产生阻碍效果，C错误； 磁体在铝管中下落时，铝管产生涡流，对磁体产生向上的阻力，所以磁体不是做自由落体运动，D错误。 (2023·宁波市高二期末)如图所示，一个闭合金属圆环 用绝缘细线悬挂于O点，O点正下方有垂直于纸面向里的 匀强磁场，A、B为该磁场的竖直边界，O点在磁场中轴 线上，将圆环拉离磁场从B边界右侧静止释放，圆环在摆 动过程中所在平面始终垂直于磁场，若不计空气阻力，则  A.在进入磁场过程中，圆环会受到水平方向的安培力 B.在进入磁场过程中，圆环会受到与速度方向相反的安培力 C.圆环向左穿过磁场后，能摆到和释放位置一样的高度 D.圆环最终将静止在O点正下方 例2 √ 在进入磁场过程中，圆环切割磁感线的有效长度等于 圆环与磁场边界相交时两个交点之间的距离，由于两 交点的连线是竖直的，所以安培力是水平的，A正确， B错误； 圆环穿过磁场过程中，要产生感应电流，产生热量，损失机械能，不能摆到和释放位置一样的高度，C错误； 圆环最终将在磁场中摆动，不会静止，D错误。 (2023·杭州市学军中学高二月考)如图所示，在光滑的水平桌 面上放置有一个由同种材料制成的粗细均匀的金属线框，总电 阻为R。AC=CD=2a，AG=GF=FE=ED=a，各边交界处均为直角。 竖直向下的匀强磁场磁感应强度大小为B，其左边界与线框ED边平行，其他方向上足够宽。外力作用下，让线框沿CD方向以速度v0匀速进入磁场，DE边与磁场左边界重合时开始计时，则金属线框进入磁场的整个过程中，A、C间电势差UAC，EF边所受安培力F随时间t变化的图像中正确的是 例3 √ 在0~时间内，只有DE边向右切割磁感线，感应电动势E1= Bav0，A、C间电势差UAC=E1=Bav0=0.25Bav0，在~时间 内，FG进入磁场，FG边、DE边均向右切割磁感线，则E2=B· 2a·v0，A、C间电势差UAC=E2=B·2av0=0.5Bav0，故A、B错误； 在0~时间内，电流I1==，EF边在磁场中的长度在逐渐增大，则EF边所受安培力F=BI1l=BI1v0t=时刻，有F1=~时间内，EF边完全进入磁场，则有I2==，EF边所受安培力F=BI2a= ，故C正确，D错误。 (2023·浙江6月选考)如图所示，质量为M、电阻为R、长为L的导体棒，通过两根长均为l、质量不计的导电细杆连在等高的两固定点上，固定点间距也为L。细杆通过开关S可与直流电源E0或理想二极管串接。在导体棒所在空间存在磁感应强度方向竖直向上、大小为B的匀强磁场，不计空气阻力和其它电阻，重力加速度为g。开关S接1， 当导体棒静止时，细杆与竖直方向的夹角固定点θ=；然后开关S接2，棒从右侧开始 运动完成一次振动的过程中 A.电源电动势E0=R B.棒消耗的焦耳热Q=(1-)Mgl C.从左向右运动时，最大摆角小于 D.棒两次过最低点时感应电动势大小相等 例4 √ 当开关接1时，对导体棒受力分析如图所示，根据几何关 系可得Mg=BIL，解得I=，根据闭合电路欧姆定律有I=， 解得E0=，故A错误； 根据楞次定律可知导体棒从右向左运动时，产生的感应电流与二极管正方向相同，部分机械能转化为焦耳热，导体棒从左向右运动时，产生的感应电动势与二极管正方向相反，无机械能损失，当导体棒运动到最低点且速 度为零时，导体棒损失的机械能转化为焦耳热Q'=(1-)Mgl，根据楞次定律 可知导体棒完成一次振动速度为零时，导体棒高度高于最低点，所以棒消 耗的焦耳热Q<Q'=(1-)Mgl，故B错误； 根据B选项分析可知，导体棒运动过程中，机械能转化 为焦耳热，所以从左向右运动时，最大摆角小于，故 C正确； 根据B选项分析，导体棒第二次经过最低点时的速度小于第一次经过最低点时的速度，根据E=BLv，可知棒两次过最低点时感应电动势大小不相等，故D错误。 (2024·温州市高二期末)如图甲所示，在水 平面上固定两根平行的金属轨道AO和A'O'， 其中BC、B'C'部分长度均为L=9 m，粗糙且动 摩擦因数为μ=0.5，其余部分都是光滑。BB'C'C区域存在竖直向上的匀强磁场，磁感应强度为B0=1 T；轨道间连接有两个阻值均为R=1 Ω的电阻和一套电压传感器(内阻可视为无穷大)。现有一根金属棒，受水平向右的恒力作用，从AA'处由静止开始运动，通过数字接收器在屏幕上显示的电压如图乙所示，到电压为2U0时曲线已趋向水平，已知金属棒的电阻也为R=1 Ω，质量为m=1 kg，金属轨道间距为d=1 m，U0=2 V，轨道电阻不计，重力加速度g取10 m/s2，求： 例5 (1)金属棒进入磁场B0时的速度v1的大小； 答案　6 m/s　 金属棒刚进入磁场时，有E=B0dv1，U0=E，解得v1==6 m/s。 (2)金属棒在经过BB'C'C区域过程中，通过金属棒的电荷量q； 答案　6 C　 根据q=t，==，==，解得q==6 C。 (3)金属棒经过BB'C'C区域的时间t； 答案　1.5 s　 由题可知，金属棒到CC'位置时，通过金属棒的电流I=，F=μmg+B0Id，代入数据解得F=13 N，金属棒在CC'位置时， 通过金属棒的电流I== 解得v2==12 m/s，再由动量定理Ft-μmgt-B0dt=mv2-mv1，q=t， 联立解得t=1.5 s。 (4)金属棒在经过BB'C'C区域的过程中，金属棒产生焦耳热Q。 答案　12 J 由能量守恒定律，有(F-μmg)L-Q总=m-m 整个回路产生的焦耳热为Q总=18 J， 其中金属棒产生的焦耳热Q=Q总，解得Q=12 J。 $