人教版(新教材)高中物理选择性必修二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eq\a\vs4\al(电,磁,感,应)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(电磁感应现象\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(现象\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(闭合电路中部分导体做切割磁感线运动,闭合电路的磁通量发生变化)),产生感应电流的条件：电路闭合且磁通量变化,能量转化：其他形式的能转化为电能)),\a\vs4\al(楞次定律,（感应电流,的方向）)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要,阻碍引起感应电流的磁通量的变化,理解\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(感应电流总要阻碍磁通量的变化,感应电流总要阻碍导体和磁场的相对运动)),应用步骤\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(首先明确原磁场的方向和磁通量的增减，确定,感应电流的磁场方向,再用安培定则确定感应电流的方向)),右手定则\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(适合判定导体切割磁感线产生的感应电流的方向,右手定则、左手定则、安培定则的区别)))),\a\vs4\al(法拉第电磁,感应定律,（感应电动势,的大小）)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(感应电动势\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义：在电磁感应现象中产生的电动势,产生的条件：磁通量发生变化)),磁通量的变化率：单位时间内磁通量的变化,法拉第电磁感应定律\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝n\f(ΔΦ,Δt)，适合求E的平均值,切割公式\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝Blv，适合求E的瞬时值,条件：B、l、v三者互相垂直)))))),\a\vs4\al(电磁感应,规律的应用,（特殊的电磁,感应现象）)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(互感现象\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义：相互靠近的线圈，当一个线圈中电流变化时，,在另一个线圈中产生感应电动势的现象,应用：变压器)),自感现象\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义：自身电流发生变化而产生的电磁感应现象,自感电动势：总是阻碍自身电流的变化,自感系数L：与线圈的大小、形状、匝数，以及,是否有铁芯等因素,有关,应用和防止)),涡流\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义：块状金属在变化的磁场中产生的环形感应电流,应用\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(真空冶炼炉,金属探测器)))),\a\vs4\al(电磁阻尼)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义,应用：磁电式仪表)),电磁驱动\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义,应用：交流感应电动机))))))一、“三定则一定律”的综合应用1．弄清“因果关系”是正确应用定则、定律的关键。2．判断感应电流受到的安培力。(1)先用右手定则判定感应电流的方向，再用左手定则确定安培力的方向。(2)根据楞次定律的推论可知安培力阻碍相对运动。〖例1〗如图所示，一水平放置的圆形通电线圈1固定，从上往下看，线圈1中的电流沿逆时针方向，另一较小的圆形线圈2从1的正上方下落，在下落过程中两线圈平面始终保持平行且共轴。则线圈2从1的正上方下落至1的正下方的过程中，从上往下看线圈2，下列说法正确的是()A．无感应电流产生B．有顺时针方向的感应电流C．有先顺时针后逆时针方向的感应电流D．有先逆时针后顺时针方向的感应电流〖答案〗C〖解析〗解法1按照常规解法，将环形电流的磁场等效为条形磁体的磁场，判断线圈2在从上向下降落过程中穿过它的磁通量的变化为先增大后减小，然后根据楞次定律判断出这两个过程中感应电流产生的磁场方向应分别与环形电流I产生的磁场方向先反向后同向，再运用安培定则可判断出线圈2内有先顺时针后逆时针方向的感应电流，故选项C正确。解法2从上面下落时，感应电流的效果要阻碍线圈2下落，故必须有顺时针方向的电流。同理可知，线圈2在线圈1的下面下落时，有逆时针方向的电流，故选项C正确。二、电磁感应中的电路问题1．电磁感应与电路知识的关系图2．电磁感应中电路问题的分类(1)以部分电路欧姆定律为中心，包括六个基本物理量(电压、电流、电阻、电功、电功率、电热)，三条定律(部分电路欧姆定律、电阻定律和焦耳定律)，以及若干基本规律(串、并联电路特点等)。(2)以闭合电路欧姆定律为中心，讨论电动势、闭合电路中的电流、路端电压以及闭合电路中能量的转化。3．分析电磁感应电路问题的基本思路〖例2〗把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环，水平固定在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示，一长度为2a、电阻等于R、粗细均匀的金属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的接触，当金属棒以恒定速度v向右运动经过环心O时，求：(1)棒上电流的大小和方向及棒两端的电压UMN；(2)圆环和金属棒消耗的总热功率。〖答案〗(1)eq\f(4Bav,3R)方向从N流向Meq\f(2,3)Bav(2)eq\f(8B2a2v2,3R)〖解析〗(1)把切割磁感线的金属棒看成一个内阻为R、电动势为E的电源，两个半圆环看成两个并联电阻，画出等效电路如图所示。等效电源电动势为E＝2Bav外电路的总电阻为R外＝eq\f(R1R2,R1＋R2)＝eq\f(1,2)R棒上电流大小为I＝eq\f(E,R总)＝eq\f(2Bav,\f(1,2)R＋R)＝eq\f(4Bav,3R)由右手定则可知金属棒中电流方向为从N流向M。根据闭合电路欧姆定律知，棒两端的电压为路端电压，UMN＝IR外＝eq\f(2,3)Bav。(2)圆环和金属棒消耗的总热功率为P＝IE＝eq\f(8B2a2v2,3R)。三、电磁感应中的力电综合问题1．基本思路电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起，这类问题需要综合运用电磁感应规律和力学的相关规律解决。因此，处理此类问题的一般思路是“先电后力”。2．两种状态处理(1)导体处于平衡态——静止或匀速直线运动状态。(2)导体处于非平衡态——加速度不为零。3．力学对象和电学对象的相互联系4．主要规律：牛顿第二定律、功能关系和动量观点。〖例3〗如图所示，平行倾斜光滑导轨与足够长的平行水平光滑导轨平滑连接，导轨电阻不计。质量分别为m和eq\f(1,2)m的金属棒b和c静止放在水平导轨上，b、c两棒均与导轨垂直。图中de虚线往右有范围足够大、方向竖直向上的匀强磁场。质量为m的绝缘棒a垂直于倾斜导轨静止释放，释放位置与水平导轨的高度差为h。已知绝缘棒a滑到水平导轨上与金属棒b发生弹性正碰，金属棒b进入磁场后始终未与金属棒c发生碰撞。重力加速度为g，求：(1)绝缘棒a与金属棒b发生弹性正碰后分离时两棒的速度大小；(2)金属棒b进入磁场后，其加速度为其最大加速度的一半时的速度大小；(3)两金属棒b、c上最终产生的总焦耳热。〖答案〗(1)绝缘棒a速度大小为0金属棒b速度大小为eq\r(2gh)(2)eq\f(5,6)eq\r(2gh)(3)eq\f(1,3)mgh〖解析〗(1)设绝缘棒a滑上水平导轨时，速度为v0，下滑过程中绝缘棒a机械能守恒，有mgh＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)①绝缘棒a与金属棒b发生弹性碰撞，由动量守恒定律mv0＝mv1＋mv2②由机械能守恒定律有eq\f(1,2)mveq\o\al(2,0)＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＋eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)③联立①②③解得绝缘棒a的速度大小v1＝0，金属棒b的速度大小v2＝v0＝eq\r(2gh)。(2)金属棒b刚进磁场时的加速度最大，设其加速度为其最大加速度的一半时，金属棒b速度为v2′，c棒速度为v3′。两金属棒b、c组成的系统所受合外力为零，系统动量守恒，由动量守恒定律，有mv2＝mv2′＋eq\f(m,2)v3′设金属棒b进入磁场后任一时刻，金属棒b的速度为vb，金属棒c的速度为vc，则两金属棒b、c组成的回路中的感应电动势E＝BL(vb－vc)由闭合电路欧姆定律得I＝eq\f(E,R总)由安培力公式得金属棒b所受安培力F＝BIL＝ma联立得a＝eq\f(B2L2（vb－vc）,mR总)。则am＝eq\f(B2L2（v2－0）,mR总)eq\f(1,2)am＝eq\f(B2L2（v2′－v3′）,mR总)故当金属棒b加速度为最大值的一半时有v2＝2(v2′－v3′)联立得v2′＝eq\f(5,6)v2＝eq\f(5,6)eq\r(2gh)。(3)最终两金属棒b、c以相同速度匀速运动由动量守恒定律有mv2＝(m＋eq\f(m,2))v由能量守恒定律有eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＝eq\f(1,2)(m＋eq\f(m,2))v2＋Q解出Q＝eq\f(1,3)mgh。章末核心素养提升eq\a\vs4\al(电,磁,感,应)eq\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(电磁感应现象\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(现象\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(闭合电路中部分导体做切割磁感线运动,闭合电路的磁通量发生变化)),产生感应电流的条件：电路闭合且磁通量变化,能量转化：其他形式的能转化为电能)),\a\vs4\al(楞次定律,（感应电流,的方向）)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要,阻碍引起感应电流的磁通量的变化,理解\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(感应电流总要阻碍磁通量的变化,感应电流总要阻碍导体和磁场的相对运动)),应用步骤\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(首先明确原磁场的方向和磁通量的增减，确定,感应电流的磁场方向,再用安培定则确定感应电流的方向)),右手定则\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(适合判定导体切割磁感线产生的感应电流的方向,右手定则、左手定则、安培定则的区别)))),\a\vs4\al(法拉第电磁,感应定律,（感应电动势,的大小）)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(感应电动势\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义：在电磁感应现象中产生的电动势,产生的条件：磁通量发生变化)),磁通量的变化率：单位时间内磁通量的变化,法拉第电磁感应定律\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝n\f(ΔΦ,Δt)，适合求E的平均值,切割公式\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(E＝Blv，适合求E的瞬时值,条件：B、l、v三者互相垂直)))))),\a\vs4\al(电磁感应,规律的应用,（特殊的电磁,感应现象）)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(互感现象\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义：相互靠近的线圈，当一个线圈中电流变化时，,在另一个线圈中产生感应电动势的现象,应用：变压器)),自感现象\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义：自身电流发生变化而产生的电磁感应现象,自感电动势：总是阻碍自身电流的变化,自感系数L：与线圈的大小、形状、匝数，以及,是否有铁芯等因素,有关,应用和防止)),涡流\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义：块状金属在变化的磁场中产生的环形感应电流,应用\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(真空冶炼炉,金属探测器)))),\a\vs4\al(电磁阻尼)\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义,应用：磁电式仪表)),电磁驱动\b\lc\{(\a\vs4\al\co1(定义,应用：交流感应电动机))))))一、“三定则一定律”的综合应用1．弄清“因果关系”是正确应用定则、定律的关键。2．判断感应电流受到的安培力。(1)先用右手定则判定感应电流的方向，再用左手定则确定安培力的方向。(2)根据楞次定律的推论可知安培力阻碍相对运动。〖例1〗如图所示，一水平放置的圆形通电线圈1固定，从上往下看，线圈1中的电流沿逆时针方向，另一较小的圆形线圈2从1的正上方下落，在下落过程中两线圈平面始终保持平行且共轴。则线圈2从1的正上方下落至1的正下方的过程中，从上往下看线圈2，下列说法正确的是()A．无感应电流产生B．有顺时针方向的感应电流C．有先顺时针后逆时针方向的感应电流D．有先逆时针后顺时针方向的感应电流〖答案〗C〖解析〗解法1按照常规解法，将环形电流的磁场等效为条形磁体的磁场，判断线圈2在从上向下降落过程中穿过它的磁通量的变化为先增大后减小，然后根据楞次定律判断出这两个过程中感应电流产生的磁场方向应分别与环形电流I产生的磁场方向先反向后同向，再运用安培定则可判断出线圈2内有先顺时针后逆时针方向的感应电流，故选项C正确。解法2从上面下落时，感应电流的效果要阻碍线圈2下落，故必须有顺时针方向的电流。同理可知，线圈2在线圈1的下面下落时，有逆时针方向的电流，故选项C正确。二、电磁感应中的电路问题1．电磁感应与电路知识的关系图2．电磁感应中电路问题的分类(1)以部分电路欧姆定律为中心，包括六个基本物理量(电压、电流、电阻、电功、电功率、电热)，三条定律(部分电路欧姆定律、电阻定律和焦耳定律)，以及若干基本规律(串、并联电路特点等)。(2)以闭合电路欧姆定律为中心，讨论电动势、闭合电路中的电流、路端电压以及闭合电路中能量的转化。3．分析电磁感应电路问题的基本思路〖例2〗把总电阻为2R的均匀电阻丝焊接成一半径为a的圆环，水平固定在竖直向下的磁感应强度为B的匀强磁场中，如图所示，一长度为2a、电阻等于R、粗细均匀的金属棒MN放在圆环上，它与圆环始终保持良好的接触，当金属棒以恒定速度v向右运动经过环心O时，求：(1)棒上电流的大小和方向及棒两端的电压UMN；(2)圆环和金属棒消耗的总热功率。〖答案〗(1)eq\f(4Bav,3R)方向从N流向Meq\f(2,3)Bav(2)eq\f(8B2a2v2,3R)〖解析〗(1)把切割磁感线的金属棒看成一个内阻为R、电动势为E的电源，两个半圆环看成两个并联电阻，画出等效电路如图所示。等效电源电动势为E＝2Bav外电路的总电阻为R外＝eq\f(R1R2,R1＋R2)＝eq\f(1,2)R棒上电流大小为I＝eq\f(E,R总)＝eq\f(2Bav,\f(1,2)R＋R)＝eq\f(4Bav,3R)由右手定则可知金属棒中电流方向为从N流向M。根据闭合电路欧姆定律知，棒两端的电压为路端电压，UMN＝IR外＝eq\f(2,3)Bav。(2)圆环和金属棒消耗的总热功率为P＝IE＝eq\f(8B2a2v2,3R)。三、电磁感应中的力电综合问题1．基本思路电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起，这类问题需要综合运用电磁感应规律和力学的相关规律解决。因此，处理此类问题的一般思路是“先电后力”。2．两种状态处理(1)导体处于平衡态——静止或匀速直线运动状态。(2)导体处于非平衡态——加速度不为零。3．力学对象和电学对象的相互联系4．主要规律：牛顿第二定律、功能关系和动量观点。〖例3〗如图所示，平行倾斜光滑导轨与足够长的平行水平光滑导轨平滑连接，导轨电阻不计。质量分别为m和eq\f(1,2)m的金属棒b和c静止放在水平导轨上，b、c两棒均与导轨垂直。图中de虚线往右有范围足够大、方向竖直向上的匀强磁场。质量为m的绝缘棒a垂直于倾斜导轨静止释放，释放位置与水平导轨的高度差为h。已知绝缘棒a滑到水平导轨上与金属棒b发生弹性正碰，金属棒b进入磁场后始终未与金属棒c发生碰撞。重力加速度为g，求：(1)绝缘棒a与金属棒b发生弹性正碰后分离时两棒的速度大小；(2)金属棒b进入磁场后，其加速度为其最大加速度的一半时的速度大小；(3)两金属棒b、c上最终产生的总焦耳热。〖答案〗(1)绝缘棒a速度大小为0金属棒b速度大小为eq\r(2gh)(2)eq\f(5,6)eq\r(2gh)(3)eq\f(1,3)mgh〖解析〗(1)设绝缘棒a