人教版(新教材)高中物理选择性必修2第二章电磁感应章末核心素养提升

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE1章末核心素养提升一、安培定则、左手定则、右手定则的区别1.适用于不同现象安培定则又叫右手螺旋定则，适用于判定运动电荷或电流产生的磁场的方向；左手定则适用于判定磁场对运动电荷或电流作用力的方向；右手定则适用于判定导体切割磁感线产生的感应电流的方向。2.左手定则和右手定则的因果关系不同左手定则是因为有电，结果是受力，即“因电而动”；右手定则是因为受力运动，结果是有电，即“因动而电”。3.记忆方法左手定则与右手定则在使用时易混淆，可采用“字形记忆法”：“力”字最后一笔向左，用左手定则判断力；“电”字最后一笔向右，用右手定则判定感应电动势或感应电流，总之可简记为“力左电右”。〖例1〗如图所示，在载流直导线附近固定有两平行光滑导轨A、B，导轨与直导线平行且在同一水平面内，在导轨上有两条可自由滑动的导体棒ab和cd。载流直导线中的电流逐渐增强时，导体棒ab和cd的运动情况是()A.一起向左运动B.一起向右运动C.ab和cd相向运动，相互靠近D.ab和cd相背运动，相互远离〖解析〗法一电流增强时，电流在abdc回路中产生的垂直向里的磁场增强，回路磁通量增大，根据楞次定律可知，回路产生逆时针方向电流；ab边电流方向a→b，所受安培力向右，cd边电流方向d→c，所受安培力向左，故ab和cd相向运动，选项C正确。法二电流增强时，电流在abdc回路中产生的垂直向里的磁场增强，回路磁通量增大，根据楞次定律可知，回路要减小面积以阻碍磁通量的增加(增缩减扩)，因此，两导体棒要相向运动，相互靠近，选项C正确。〖答案〗C〖针对训练1〗如图所示，MN是一根固定的通电长直导线，电流方向向上，今将一金属线框abcd放在导线上，让线框的位置偏向导线的左边，两者彼此绝缘，当导线中的电流突然增大时，线框整体受力情况为()A.受力向右 B.受力向左C.受力向上 D.受力为零

〖解析〗由安培定则可知，通电长直导线周围的磁场分布如图所示。当长直导线上的电流突然增大时，穿过矩形线框的合磁通量增加，合磁场方向向外，线框中产生顺时针方向的感应电流，因ad、bc两边分布对称，故所受的安培力合力为零；而ab、cd两边虽然通过的电流方向相反，但它们所处的磁场方向也相反，由左手定则可知它们所受的安培力均向右，所以线框整体受力向右。选项A正确。〖答案〗A二、等效变换法变换物理模型是将陌生的物理模型与熟悉的物理模型相比较、分析异同并从中挖掘其内在的联系，从而建立起熟悉的模型与未知现象之间相互关系的一种特殊解题方法。巧妙地运用“类同”变换，“类似”变换，“类异”变换，可使复杂、陌生、抽象的问题变成简单、熟悉、具体的问题，从而使问题大为简化。解决电磁感应电路的关键就是借鉴或利用相似模型来启发理解和变换物理模型，即把电磁感应的问题等效转换成稳恒直流电路问题，把产生感应电动势的那部分导体等效为内电路，感应电动势的大小相当于电源电动势，其余部分相当于外电路，并画出等效电路图。此时，处理问题的方法与闭合电路求解基本一致，唯一要注意的是电磁感应现象中，有时导体两端有电压，但没有电流流过，这与电源两端有电势差，但没有接入电路时电流为零的情况一样。方法1阻碍相对运动法——判断闭合回路产生感应电流后的运动方向及运动趋势依据楞次定律，当判断回路产生感应电流后如何运动时，可用此方法快捷解题。如磁体插入一闭合线圈，线圈必受一斥力；磁体插入一圆环，圆环必受一斥力；圆环从中拔出，则圆环受引力。归纳起来有八个字——“敌进我退，敌退我进”。〖例2〗(多选)在条形磁铁的中央位置的正上方水平固定一铜质圆环，如图所示，以下判断正确的是()A.释放圆环，圆环下落时磁铁对桌面的压力比磁铁的重力大B.释放圆环，圆环下落时环的机械能守恒C.给磁铁水平向右的初速度，磁铁滑动时做减速运动D.给磁铁水平向右的初速度，圆环产生向左的运动趋势〖解析〗圆环竖直向下运动时，通过圆环的磁通量始终为零，穿过圆环的磁通量不变，没有感应电流产生，环下落时磁铁对桌面的压力等于磁铁的重力，圆环下落过程中只受重力作用，机械能守恒，故A错误，B正确；给磁铁水平向右的初速度，穿过线圈向上的磁通量增加，根据楞次定律可知，感应电流将阻碍线圈与磁铁之间的相对运动，所以磁铁滑动时做减速运动，圆环产生向右的运动趋势，故C正确，D错误。〖答案〗BC方法2图像法电磁感应中的图像问题必须要注意(1)正确识别图像，即正确识别横、纵坐标所表示的物理量及其物理意义；(2)分析清楚图像反映的物理过程。〖例3〗紧靠在一起的线圈A与B如图甲所示，当给线圈A通以图乙所示的电流(规定由a进入、b流出为电流正方向)时，则电压表两端的电势差Ucd随时间变化的情况应为图中的()〖解析〗0～1s内，A线圈中电流正向均匀增大，产生向左均匀增大的磁场，由楞次定律可知，电压表中的感应电流方向由c到d，大小不变，c点电势高，所以选项A正确。〖答案〗A三、电磁感应中的综合问题此类问题涉及电路知识、动力学知识和能量观点，综合性很强，解决此类问题要注意以下三点：1.电路分析(1)找“电源”：确定出由电磁感应所产生的电源，求出电源的电动势E和内阻r。(2)电路结构分析弄清串、并联关系，求出相关部分的电流大小，为求安培力做好铺垫。2.力和运动分析(1)受力分析：分析研究对象(常为金属杆、导体线圈等)的受力情况，尤其注意安培力的方向。(2)运动分析：根据力与运动的关系，确定出运动性质，根据性质特点，找到解决途径。3.功和能量分析(1)做功分析，找全部力所做的功，弄清功的正、负。(2)能量转化分析，弄清哪些能量增加，哪些能量减小，根据功能关系、能量守恒定律列方程求解。〖例4〗如图所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ＝30°的斜面上，导轨电阻不计，间距l＝0.4m，导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ，两区域的边界与斜面的交线为MN。I中的匀强磁场方向垂直斜面向下，Ⅱ中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为B＝0.5T。在区域Ⅰ中，将质量m1＝0.1kg、电阻R1＝0.1Ω的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑。然后，在区域Ⅱ中将质量m2＝0.4kg，电阻R2＝0.1Ω的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑。cd在滑动过程中始终处于区域Ⅱ的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g＝10m/s2，问：(1)cd下滑的过程中，ab中的电流方向；(2)ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大；(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x＝3.8m，此过程中ab上产生的热量Q是多少。〖解析〗(1)由右手定则可判断出cd中的电流方向为由d到c，则ab中电流方向为由a流向b。(2)开始放置时ab刚好不下滑，ab所受摩擦力为最大静摩擦力，设其为Fmax，有Fmax＝m1gsinθ①设ab刚要上滑时，cd棒的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律有E＝Blv②设电路中的感应电流为I，由闭合电路欧姆定律有I＝eq\f(E,R1＋R2)③设ab所受安培力为F安，有F安＝BIl④此时ab受到的最大静摩擦力方向沿导轨向下，由平衡条件有F安＝m1gsinθ＋Fmax⑤联立①②③④⑤式，代入数据解得v＝5m/s。(3)设cd棒运动过程中在电路中产生的总热量为Q总，由能量定恒定律有m2gxsinθ＝Q总＋eq\f(1,2)m2v2又Q＝eq\f(R1,R1＋R2)Q总解得Q＝1.3J。〖答案〗(1)a→b(2)5m/s(3)1.3J〖针对训练2〗相距为l＝2m的足够长的金属直角导轨如图甲所示放置，它们各有一边在同一水平面内，另一边垂直于水平面。质量均为m＝0.1kg的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ＝0.5，导轨电阻不计，回路中ab、cd电阻分别为R1＝0.6Ω、R2＝0.4Ω。整个装置处于磁感应强度大小为B＝0.50T、方向竖直向上的匀强磁场中。当ab杆在平行于水平导轨的拉力F作用下从静止开始沿导轨匀加速运动时，cd杆也同时从静止开始沿导轨向下运动。测得拉力F与时间t的关系如图乙所示。g取10m/s2，求：(1)ab杆的加速度a；(2)当cd杆达到最大速度时ab杆的速度大小；(3)若从开始到cd杆达到最大速度的过程中拉力F做了5.2J的功，该过程中ab杆所产生的焦耳热。〖解析〗(1)经时间t，杆ab的速率v＝at此时，回路中的感应电流I＝eq\f(E,R1＋R2)＝eq\f(Blv,R1＋R2)对杆ab由牛顿第二定律得F－BIl－μmg＝ma由以上各式整理得F＝ma＋μmg＋eq\f(B2l2,R1＋R2)at将t＝0，F＝1.5N代入上式得a＝10m/s2。(2)cd杆受力情况如图，当cd杆所受重力与滑动摩擦力相等时，速度最大，即mg＝μFN又FN＝F安安培力F安＝BI′l感应电流I′＝eq\f(E′,R1＋R2)