2022年高中物理《第一章 電磁感應(yīng)》學(xué)案 教科版選修3-2

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1、2022年高中物理《第一章 電磁感應(yīng)》學(xué)案 教科版選修3-2 請同學(xué)們自己梳理本章知識點(diǎn) 一、對楞次定律的理解與應(yīng)用 楞次定律反映這樣一個(gè)物理過程：原磁通量變化時(shí)(Φ原變)，產(chǎn)生感應(yīng)電流(I感)，這是屬于電磁感應(yīng)的條件問題；感應(yīng)電流一經(jīng)產(chǎn)生就在其周圍空間激發(fā)磁場(Φ感)，這就是電流的磁效應(yīng)問題；而且I感的方向決定了Φ感的方向(用右手螺旋定則判定)；Φ感阻礙Φ原的變化——這正是楞次定律所解決的問題．這樣一個(gè)復(fù)雜的過程，可以用圖表理順如下： 1．感應(yīng)電流的磁場不一定與原磁場方向相反，只在磁通量增大時(shí)兩者才相反，而在磁通量減少時(shí)兩者是同向的． 2．“阻礙”并不是“阻止”，而是“延緩

2、”，電路中的磁通量還是在變化，只不過變化得慢了． 3．楞次定律的阻礙的表現(xiàn)有這幾種形式：增反減同、增縮減擴(kuò)、增離減靠、來拒去留． 例1　圓形導(dǎo)體線圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一豎直螺線管b，二者軸線重合，螺線管與電源和滑動變阻器連接成如圖1所示的電路．若將滑動變阻器的滑片P向下滑動，下列表述正確的是 (　　) 圖1 A．線圈a中將產(chǎn)生俯視順時(shí)針方向的感應(yīng)電流 B．穿過線圈a的磁通量變小 C．線圈a有擴(kuò)張的趨勢 D．線圈a對水平桌面的壓力N將增大 二、電磁感應(yīng)中的圖像問題 1．圖像問題有兩種：一是給出電磁感應(yīng)過程，選出或畫出正確圖像；二是由給定的有關(guān)圖

3、像分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量． 2．基本思路：(1)利用法拉第電磁感應(yīng)定律計(jì)算感應(yīng)電動勢大?。?2)利用楞次定律或右手定則判定感應(yīng)電流的方向． 例2　將一段導(dǎo)線繞成如圖2甲所示的閉合電路，并固定在紙面內(nèi)，回路的ab邊置于垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場Ⅰ中．回路的圓環(huán)區(qū)域內(nèi)有垂直紙面的磁場Ⅱ，以向里為磁場Ⅱ的正方向，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化的圖像如圖乙所示．用F表示ab邊受到的安培力，以水平向右為F的正方向，能正確反映F隨時(shí)間t變化的圖像是(　　) 圖2 三、電磁感應(yīng)中的電路問題 1．求解電磁感應(yīng)中電路問題的關(guān)鍵是分清楚內(nèi)電路和外電路． “切割”磁感線的導(dǎo)體和磁通量

4、變化的線圈都相當(dāng)于“電源”，該部分導(dǎo)體的電阻相當(dāng)于內(nèi)電阻，而其余部分的電路則是外電路． 2．路端電壓、電動勢和某導(dǎo)體兩端的電壓三者的區(qū)別： (1)某段導(dǎo)體作為外電路時(shí)，它兩端的電壓就是電流與其電阻的乘積． (2)某段導(dǎo)體作為電源時(shí)，它兩端的電壓就是路端電壓，等于電流與外電阻的乘積，或等于電動勢減去內(nèi)電壓，當(dāng)其內(nèi)阻不計(jì)時(shí)路端電壓等于電源電動勢． (3)某段導(dǎo)體作為電源時(shí)，電路斷路時(shí)導(dǎo)體兩端的電壓等于電源電動勢． 例3　如圖3所示，光滑金屬導(dǎo)軌PN與QM相距1 m，電阻不計(jì)，兩端分別接有電阻R1和R2，且R1＝6 Ω，R2＝3 Ω，ab導(dǎo)體棒的電阻為2 Ω.垂直穿過導(dǎo)軌平面的勻強(qiáng)磁場的磁

5、感應(yīng)強(qiáng)度為1 T．現(xiàn)使ab以恒定速度v＝3 m/s勻速向右移動，求： 圖3 (1)導(dǎo)體棒上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢 E. (2)R1與R2消耗的電功率分別為多少？ (3)拉ab棒的水平向右的外力F為多大？ 四、電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題 解決這類問題的關(guān)鍵在于通過運(yùn)動狀態(tài)的分析來尋找過程中的臨界狀態(tài)，如速度、加速度取最大值或最小值的條件等． 1．做好受力情況、運(yùn)動情況的動態(tài)分析：導(dǎo)體運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢―→感應(yīng)電流―→通電導(dǎo)體受安培力―→合外力變化―→加速度變化―→速度變化―→感應(yīng)電動勢變化．周而復(fù)始循環(huán)，最終加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)動狀態(tài)． 2．

6、利用好導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的平衡方程，往往是解答該類問題的突破口． 例4　如圖4所示，相距為L的兩條足夠長的光滑平行金屬導(dǎo)軌與水平面的夾角為θ，上端接有定值電阻R，勻強(qiáng)磁場垂直于導(dǎo)軌平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.將質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒由靜止釋放，當(dāng)速度達(dá)到v時(shí)開始勻速運(yùn)動，此時(shí)對導(dǎo)體棒施加一平行于導(dǎo)軌向下的拉力，并保持拉力的功率恒為P，導(dǎo)體棒最終以2v的速度勻速運(yùn)動．導(dǎo)體棒始終與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，不計(jì)導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻，重力加速度為g.下列選項(xiàng)正確的是 (　　) 圖4 A．P＝2mgvsin θ B．P＝3mgvsin θ C．當(dāng)導(dǎo)體棒速度達(dá)到時(shí)加速度大小為sin θ D．在導(dǎo)體棒速度達(dá)到

7、2v以后勻速運(yùn)動的過程中，R上產(chǎn)生的焦耳熱等于拉力所做的功 五、電磁感應(yīng)中的能量問題 1．用能量觀點(diǎn)解決電磁感應(yīng)問題的基本思路 首先做好受力分析和運(yùn)動分析，明確哪些力做功，是做正功還是負(fù)功，再明確有哪些形式的能量參與轉(zhuǎn)化，如何轉(zhuǎn)化(如滑動摩擦力做功，必然有內(nèi)能出現(xiàn)；重力做功，可能有機(jī)械能參與轉(zhuǎn)化；安培力做負(fù)功的過程中有其他形式能轉(zhuǎn)化為電能，安培力做正功的過程中有電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能)． 2．電能求解方法主要有三種 (1)利用克服安培力做功求解：電磁感應(yīng)中產(chǎn)生的電能等于克服安培力所做的功． (2)利用能量守恒求解：其他形式的能的減少量等于產(chǎn)生的電能． (3)利用電路特征來求解

8、． 例5　如圖5所示，一對光滑的平行金屬導(dǎo)軌固定在同一水平面內(nèi)，導(dǎo)軌間距l(xiāng)＝0.5 m，左端接有阻值R＝0.3 Ω的電阻．一質(zhì)量m＝0.1 kg、電阻r＝0.1 Ω的金屬棒MN放置在導(dǎo)軌上，整個(gè)裝置置于豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.4 T．金屬棒在水平向右的外力作用下，由靜止開始以a＝2 m/s2的加速度做勻加速運(yùn)動，當(dāng)金屬棒的位移x＝9 m時(shí)撤去外力，金屬棒繼續(xù)運(yùn)動一段距離后停下來，已知撤去外力前、后回路中產(chǎn)生的焦耳熱之比Q1∶Q2＝2∶1.導(dǎo)軌足夠長且電阻不計(jì)，金屬棒在運(yùn)動過程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸．求： 圖5 (1)金屬棒在勻加速運(yùn)動過程中，通

9、過電阻R的電荷量q； (2)撤去外力后回路中產(chǎn)生的焦耳熱Q2； (3)外力做的功WF. 1．(楞次定律的理解與應(yīng)用)如圖6所示，豎直放置的螺線管與導(dǎo)線abcd構(gòu)成回路，導(dǎo)線所在區(qū)域內(nèi)有一垂直紙面向里的變化的勻強(qiáng)磁場，螺線管下方水平桌面上有一導(dǎo)體圓環(huán)，導(dǎo)線abcd所圍區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度按下列哪一圖線所表示的方式隨時(shí)間變化時(shí)，導(dǎo)體圓環(huán)將受到向上的磁場作用力 (　　) 圖6 2．(電磁感應(yīng)中的圖像問題)在邊長為L的等邊三角形區(qū)域abc內(nèi)存在著垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，一個(gè)邊長也為L的等邊三角形導(dǎo)線框def在紙面上以某一速度向右勻速運(yùn)動，底邊ef

10、始終與磁場的底邊界bc在同一直線上，如圖7所示．取沿順時(shí)針的電流為正，在線框通過磁場的過程中，其感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖像是(　　) 圖7 3．(電磁感應(yīng)中的電路問題)如圖8所示，由均勻?qū)Ь€制成的半徑為R的圓環(huán)，以速度v勻速進(jìn)入一磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的有界勻強(qiáng)磁場，邊界如圖中虛線所示．當(dāng)圓環(huán)運(yùn)動到圖示位置(∠aOb＝90°)時(shí)，a、b兩點(diǎn)的電勢差為 (　　) 圖8 A.BRv B.BRv C.BRv D.BRv 4．(電磁感應(yīng)中的能量問題)如圖9所示，一粗糙的平行金屬軌道平面與水平面成θ角，兩軌道上端用一電阻R相連，該裝置處于勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直軌道平面

11、向上．質(zhì)量為m的金屬桿ab以初速度v0從軌道底端向上滑行，滑行到某高度h后又返回到底端．若運(yùn)動過程中金屬桿始終保持與導(dǎo)軌垂直且接觸良好，軌道與金屬桿的電阻均忽略不計(jì)．則下列說法正確的是 (　　) 圖9 A．金屬桿ab上滑過程與下滑過程通過電阻R的電荷量一樣多 B．金屬桿ab上滑過程中克服重力、安培力與摩擦力所做功之和大于mv C．金屬桿ab上滑過程與下滑過程因摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)能一定相等 D．金屬桿ab在整個(gè)過程中損失的機(jī)械能等于裝置產(chǎn)生的焦耳熱 5．(電磁感應(yīng)中的動力學(xué)問題)如圖10所示，固定于水平桌面上足夠長的兩平行光滑導(dǎo)軌PQ、MN，其電阻不計(jì)，間距d＝0.5 m，P、M之間

12、接有一只理想電壓表，整個(gè)裝置處于豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度B0＝0.2 T的勻強(qiáng)磁場中，兩金屬棒L1、L2平行地?cái)R在導(dǎo)軌上，其電阻均為r＝0.1 Ω，質(zhì)量分別為M1＝0.3 kg和M2＝0.5 kg.固定棒L1，使L2在水平恒力F＝0.8 N的作用下，由靜止開始運(yùn)動．試求： 圖10 (1)當(dāng)電壓表讀數(shù)為U＝0.2 V時(shí)，棒L2的加速度為多大？ (2)棒L2能達(dá)到的最大速度vm. 6．(電磁感應(yīng)中的綜合問題)如圖11所示，在水平地面MN上方空間存在一垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝1.0 T的有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域，上邊界EF距離地面的高度H＝0.7 m．正方形金屬線框abcd的質(zhì)量m＝0.1 kg、邊長L＝0.1 m，總電阻R＝0.02 Ω，線框從ab邊距離EF上方h＝0.2 m處由靜止開始自由下落，abcd始終在豎直平面內(nèi)且ab保持水平．求線框從開始運(yùn)動到ab邊剛要落地的過程中(g取10 m/s2)： 圖11 (1)線框產(chǎn)生的焦耳熱Q； (2)通過線框截面的電量q； (3)通過計(jì)算畫出線框運(yùn)動的v－t圖像．