2022年高中物理第章电磁感应章末总结学案教科版.docx

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1、精品_精品资料_【步步高 学案导学设计】 2022-2022 学年高中物理 第 1 章 电磁感应章末总结 教科版选修 3-2电磁感应可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_一、对楞次定律的懂得与应用楞次定律反映这样一个物理规律：原磁通量变化时产生感应电流,感应电流的磁场 方向由右手螺旋定就判定 阻碍原磁通量的变化 1感应电流的磁场不肯定与原磁场方向相反,只在磁通量增大时两者才相反,而在磁通量减小时两者是同向的2. “阻碍”并不是“阻挡”,而是“延缓”,电路中的磁通量仍是在变化,只不过变化得慢了3. “阻碍”的表现：增反减同、增缩减扩、增离减靠、来拒去留例可编辑资料 - - - 欢迎下载

2、精品_精品资料_1 圆形导体线圈 a 平放在水平桌面上, 在 a的正上方固定一竖直螺线管b,二者轴线重合,螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图1 所示的电路如将滑动变阻器的滑片P 向下滑动,以下表述正确选项图 1 A线圈 a 中将产生顺时针方向 俯视 的感应电流B. 穿过线圈 a 的磁通量变小C. 线圈 a 有扩张的趋势D. 线圈 a 对水平桌面的压力N将增大解析通过螺线管 b 的电流如下列图,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_依据右手螺旋定就判定出螺线管b 所产生的磁场方向竖直向下,滑片 P 向下滑动, 接入电路的电阻减小,电流增大,所产生的磁场的磁感应强度增大,依据楞次定律可知

3、,a 线圈中所产生的感应电流生成的磁场方向竖直向上,再由右手螺旋定就可得线圈a 中的感应电流方向为逆时针方向 俯视 ,A 错误.由于螺线管 b 中的电流增大,所产生的磁感应强度增大,线圈 a 中的磁通量应变大, B 错误.依据楞次定律可知,线圈a 有缩小的趋势,线圈a 对水平桌面的压力增大, C错误, D 正确 答案D二、电磁感应中的图像问题 1图像问题的类型：一是给出电磁感应过程,选出或画出正确图像.二是由给定的有关图像分析电磁感应过程,求解相应的物理量2应用的规律： 1 利用法拉第电磁感应定律运算感应电动势的大小2 利用楞次定律或右手定就判定感应电流的方向3 应用公式 F BIL 和左手定

4、就运算或判定安培力的大小或方向可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_例2 将一段导线绕成如图2 甲所示的闭合电路,并固定在纸面内,回路的ab 边置于垂直纸面对里的匀强磁场中回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场, 以向里为磁场的正方向, 其磁感应强度 B随时间 t 变化的图像如图乙所示用 F 表示 ab 边受到的安培力,以水平向右为F 的正方向,能正确反映F 随时间 t 变化的图像是 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_图 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_解析由题图乙可知0T时间内,磁感应强度随时间线性变化,即2B t k k 是一个常数 ,可编辑资料 - -

5、 - 欢迎下载精品_精品资料_ 圆环的面积 S 不变,由 E t B S t可知圆环中产生的感应电动势大小不变,就回路中T可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_的感应电流大小不变,ab 边受到的安培力大小不变,从而可排除选项C、D.0时间内,2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_由楞次定律可判定出流过ab 边的电流方向为由b 至 a,结合左手定就可判定出ab 边受到的安培力的方向向左,为负值,应选项A 错误, B 正确答案B三、电磁感应中的电路问题1. 第一要找到哪一部分导体相当于电源,分清内、外电路处于磁通量变化的磁场中的线圈或切割磁感线的导体相当于电源,该部分导体的电

6、阻相当于可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_内电阻.而其余部分的电路就是外电路2. 路端电压、感应电动势和某段导体两端的电压三者的区分：(1) 某段导体作为电阻时,它两端的电压等于电流与其电阻的乘积.(2) 某段导体作为电源时,它两端的电压就是路端电压,等于电流与外电阻的乘积,或等于电动势减去内电压(3) 某段导体作为电源时,电路断路时导体两端的电压等于感应电动势例3 如图 3 所示,光滑金属导轨PN与 QM相距 1 m,电阻不计,两端分别接有电阻R1 和 R2,且 R16 , R23 , ab 导体棒的电阻为2 . 垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1 T 现使 ab 以恒

7、定速度 v 3 m/s匀速向右移动,求：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_图 3(1) 导体棒上产生的感应电动势E.(2) R1 与 R2 消耗的电功率分别为多少.(3) 拉 ab 棒的水平向右的外力F为多大解析1 ab 棒匀速切割磁感线,产生的电动势为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_E BLv 3 V(2) 电路的总电阻为 R r R1R2 R1 R24 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_E34由欧姆定律得I AR可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_U E Ir 1.5 VU23可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_R电阻 R

8、1 消耗的电功率为 P1 W18U23R4电阻 R2 消耗的电功率 P2 W23(3) 由平稳条件得 F BIL 4 N.可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_3答案13 V2 8 W334 W3 4 N可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_四、电磁感应中的动力学问题解决这类问题的关键在于通过运动状态的分析来查找过程中的临界状态,如速度、 加速度取最大值或最小值的条件等1. 做好受力情形、 运动情形的动态分析： 导体运动产生感应电动势 感应电流 通电导体受安培力 合外力变化 加速度变化 速度变化 感应电动势变化周而复始循环,最终加速度等于零,导体达到稳固运动状态可编辑资料

9、- - - 欢迎下载精品_精品资料_2. 利用好导体达到稳固状态时的平稳关系式,往往是解答该类问题的突破口例4 如图 4 所示,相距为L 的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为,上端接有定值电阻R,匀强磁场垂直于导轨平面, 磁感应强度为 B. 将质量为 m的导体棒由静止释放,当速度达到v 时开头匀速运动,此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,并保持拉力的功率恒为P,导体棒最终以2v 的速度匀速运动导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨和导体棒的电阻,重力加速度为g. 以下选项正确选项可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_图 4A. P 2mgvsinB. P 3mgvsi

10、nC. 当导体棒速度达到 v时加速度大小为 gsin22D. 在导体棒速度达到2v 以后匀速运动的过程中,R上产生的焦耳热等于拉力所做的功解析当导体棒的速度达到v 时,对导体棒进行受力分析如图甲所示可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_mgsinBIL, I 甲BLv R ,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_所以 mgsinB2L2vR 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_当导体棒的速度达到2v 时,对导体棒进行受力分析如图乙所示可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_乙2 2RmgsinF 2B L v由可得 F mgsin功率 P F2v 2mg

11、vsin,故 A 正确, B 错误v当导体棒速度达到 2时,对导体棒受力分析如图丙所示2 2v可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_mgsin B L 2R可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_am丙2由可得 a gsin,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_故 C 正确当导体棒的速度达到2v 时,安培力等于拉力和mgsin 之和,所以以后匀速运动的过程中,R上产生的焦耳热等于拉力和重力做功之和,故D错误 答案AC五、电磁感应中的能量问题1. 能量观点分析(1) 电磁感应现象中产生感应电流的过程,实质上是能量的转化过程(2) 电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中

12、必定受到安培力的作用,因此,要维护感应电流的存在, 必需有“外力”克服安培力做功此过程中, 其他形式的能转化为电能 “外力” 克服安培力做了多少功,就有多少其他形式的能转化为电能2. 求解思路(1) 如回路中电流恒定,可以利用电路结构及WUIt 或 Q I 2Rt 直接进行运算(2) 如电流变化,就：利用克服安培力做的功求解,电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功. 利用能量守恒求解, 如只有电能与机械能的转化,就机械能的削减量等于产生的电能例可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_5 如图 5 所示,一对光滑的平行金属导轨2固定在同一水平面内, 导轨间距 l 0.5 m,左端接有

13、阻值 R0.3 的电阻 一质量 m0.1 kg、电阻 r 0.1 的金属棒 MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度 B0.4 T金属棒在水平向右的外力作用下,由静止开头以a2 m/s 的加速度做匀加速运动,当金属棒的位移x 9 m 时撤去外力,金属棒连续运动一段距离后停下来,已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1 Q221. 导轨足够长且电阻不计,金属棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触求：图 5(1) 金属棒在匀加速运动过程中,通过电阻R的电荷量 q.(2) 撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2.(3) 外力 F做的功 WF.解析1 设金属棒匀加

14、速运动的时间为t ,回路的磁通量的变化量为,回路中的平可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_均感应电动势为E ,由法拉第电磁感应定律得E t其中 Blx 设回路中的平均电流为I ,由闭合电路欧姆定律得EI R r 就通过电阻 R的电荷量为 q I t Blx联立式,得q R r代入数据得 q 4.5 C2(2) 设撤去外力时金属棒的速度为v,对于金属棒的匀加速运动过程,由运动学公式得v 2ax设金属棒在撤去外力后的运动过程中安培力所做的功为W,由动能定理得W12可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_ 0mv2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_撤去外力后回路中产

15、生的焦耳热Q2 W联立式,代入数据得Q21.8 J (3) 由题意知,撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1Q221,可得 Q13.6 J 在金属棒运动的整个过程中,外力F 克服安培力做功,由功能关系可知WF Q1 Q2由式得WF 5.4 J.答案14.5 C21.8 J35.4 J可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_1 楞次定律的懂得与应用 如图 6 所示, 竖直放置的螺线管与导线abcd 构成回路, 导线所在区域内有一垂直纸面对里变化的磁场,螺线管下方水平桌面上有一导体圆环,导线abcd 所围区域内磁场的磁感应强度按以下哪一图线所表示的方式随时间变化时,导体圆环将受到向上的安培

16、力作用 图 6答案A解析导体圆环受到向上的安培力作用,依据楞次定律的另一种表述,可见原磁场磁通量减小,即螺线管和abcd 构成的回路中产生的感应电流在减小依据法拉第电磁感应定律,E B B S B Bn t S,就感应电流 I n t R,可知 t 减小时,感应电流才减小,A 选项中 t 减小, B可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_选项中 B t 增大, C、D选项中 B t 不变,所以 A 正确, B、C、D 错误可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_2. 电磁感应中的图像问题 如图 7 所示,磁场垂直于纸面对外,磁场的磁感应强度随x 按可编辑资料 - - - 欢迎下

17、载精品_精品资料_B B0 kx x0, B0、k 为常量 的规律匀称增大位于纸面内的正方形导线框abcd 处于磁场中,在外力作用下始终保持dc 边与 x 轴平行向右匀速运动如规定电流沿a b cd a 的方向为正方向,就从t 0 到 t t 1 的时间间隔内,以下选项中关于该导线框中产生的电流 i 随时间 t 变化的图像正确选项 图 7答案A解析线框 abcd 向右匀速运动,穿过导线框的磁通量匀称增加,由法拉第电磁感应定律知导线框中产生恒定电流,由楞次定律知导线框中产生顺时针方向的电流,选项A 正确3. 电磁感应中的电路问题 如图 8 所示,由匀称导线制成的半径为R的圆环,以速度 v 匀速进

18、入一磁感应强度大小为B 的有界匀强磁场, 边界如图中虚线所示当圆环运动到图示位 置 aOb90 时, a、b 两点的电势差为 可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_A.2BRv B.2图 822 BRv32可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_C. 4 BRv D.4BRv答案D4 电磁感应中的能量问题 如图 9 所示, 一粗糙的平行金属轨道平面与水平面成 角, 两轨道上端与一电阻R相连,该装置处于匀强磁场中,磁场方向垂直轨道平面对上质量为m 的金属杆 ab 以初速度 v0 从轨道底端向上滑行,滑行到某高度h 后又返回究竟端如

19、运动过程中金属杆始终保持与导轨垂直且接触良好,轨道与金属杆的电阻均忽视不计就以下说法正确选项 图 9可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_A. 金属杆上滑过程与下滑过程通过电阻R的电荷量一样多12可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_B. 金属杆上滑过程中克服重力、安培力与摩擦力所做的功之和大于2mv0可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_C. 金属杆上滑过程与下滑过程因摩擦而产生的内能肯定相等D金属杆在整个过程中缺失的机械能等于装置产生的焦耳热可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_答案AC解析金属杆在轨道上滑行时平均电动势E BSBSBSQIt 可编辑

20、资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_t t ,通过的电荷量RttR ,故可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_上滑和下滑时通过电阻R的电荷量相同. 依据能量守恒定律知, 金属杆上滑过程中克服重力、12可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_安培力与摩擦力所做的功之和等于削减的动能2mv0,金属杆上滑过程与下滑过程中所受摩擦可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_力大小相等, 移动的位移大小相等, 故因摩擦而产生的内能肯定相等,依据能量守恒定律可 知整个过程中缺失的机械能等于装置产生的焦耳热和摩擦产生的内能之和,故 A、C正确,B、D错误5 电磁感应中的动力学问题

21、 如图 10 所示,固定于水平桌面上足够长的两平行光滑导轨PQ、 MN,其电阻不计,间距d 0.5 m , P、M之间接有一只抱负电压表,整个装置处于竖直向下的磁感应强度B00.2 T的匀强磁场中,两金属棒L1、L2 平行的搁在导轨上,其电阻均为 r 0.1,质量分别为 M10.3kg 和 M2 0.5kg. 固定棒 L1,使棒 L2 在水平恒力 F 0.8 N的作用下,由静止开头运动试求：图 10(1) 当电压表读数为 U 0.2 V时,棒 L2 的加速度为多大？(2) 棒 L2 能达到的最大速度vm的大小 答案11.2 m/s2216 m/s可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_U0.2解析1 流过棒 L2 的电流 I r 0.1 A 2 A棒 L2 所受的安培力 F B0Id 0.2 N对棒 L2 由牛顿其次定律可知,F F M2a2解得 a 1.2 m/s2 安培力 F 安与恒力 F 平稳时,棒 L2 速度达到最大,设此时电路电流为I m,就F 安 B0I mdB0dvm而 I m 2r可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_F 安 Fv2Fr可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_0d解得 m B2216 m/s.可编辑资料 - - - 欢迎下载