《学霸笔记 同步精讲》第2章 电磁感应 本章整合（课件）高中物理人教版选择性必修2

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本 章 整 合
第二章
2026
内容索引
01
02
知识网络·系统构建
重点题型·归纳剖析
知识网络·系统构建
本章知识可分为三个组成部分。第一部分,楞次定律;第二部分,法拉第电磁感应定律;第三部分,特殊的电磁感应现象。
一、楞次定律楞次定律(感应电流的方向)
二、法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律(感应电动势的大)
三、特殊的电磁感应现象
重点题型·归纳剖析
一
“三定则一定律”的综合应用
1.右手定则与左手定则的区别
“因电而动”——用左手定则来判断安培力。
“因动而电”——用右手定则来判断感应电流方向。
2.安培定则与楞次定律的区别
“因电生磁”——用安培定则。
“因磁生电”——用楞次定律(或右手定则)。
3.安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律综合应用的比较
【例题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所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向下滑动,下列表述正确的是(　　)
A.线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流
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FN将增大
答案:D
解析:本题考查对楞次定律、安培定则等知识的掌握。通过螺线管b的电流如图所示,根据安培定则判断出螺线管b所产生的磁场方向竖直向下。滑片P向下滑动,滑动变阻器接入电路的电阻减小,电流增大,螺线管b所产生的磁场的磁感应强度增大。根据楞次定律可知,a线圈中所产生的感应电流产生的感应磁场方向竖直向上,再由安培定则可得线圈a中的电流方向为俯视逆时针方向,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,穿过线圈a中的磁通量应变大,B错误。根据楞次定律可知,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。
(1)区别“三定则一定律”的关键是抓住其中的“因果”关系,选择正确的规律处理问题。
(2)楞次定律所揭示的电磁感应过程中有两个最基本的联系:一是感应磁场与原磁场磁通量变化之间的阻碍与被阻碍的关系;二是感应电流与感应磁场间的产生和被产生的关系。抓住“阻碍”和“产生”这两个因果关联点是应用楞次定律解决相关物理问题的关键。
【变式训练1】 如图所示,矩形导线框abcd与无限长通电直导线MN在同一平面内,直导线中的电流方向由M到N,导线框的ab边与直导线平行。若直导线中的电流减小,导线框中将产生感应电流,导线框会受到安培力的作用,则以下判断正确的是(　　)
A.导线框的ab和cd两条边所受安培力的方向相同
B.导线框的ad和bc两条边所受安培力的方向相同
C.导线框中电流方向为a→d→c→b→a
D.导线框中电流方向为a→b→c→d→a
答案:D
解析:直导线中通有向上的减小的电流,根据安培定则,知通过线框的磁场方向垂直于纸面向里,且逐渐减小,根据楞次定律,知感应电流的方向为顺时针方向,即a→b→c→d→a方向;由左手定则可知,各边所受的安培力方向为:ad受力向下,bc受力向上,ab受力向左,cd受力向右,故A、B、C错误,D正确。
二
电磁感应中的图像问题
1.明确图像的种类,即是B-t图像还是Φ-t图像,或者是E-t图像、I-t图像、F-t图像等。
2.分析电磁感应的具体过程。
3.确定感应电动势(或感应电流)的大小和方向,有下列两种情况:
(1)若回路面积不变,磁感应强度变化,可用楞次定律确定感应电流的方向,用 确定感应电动势大小的变化。
(2)若磁场不变,导体切割磁感线,用右手定则判断感应电流的方向,用E=Blv确定感应电动势大小的变化。
4.画图像或判断图像,特别注意分析斜率的变化、截距等。
5.涉及受力问题,可由安培力公式F=BIl和牛顿运动定律等规律写出有关函数关系式。
【例题2】 如图所示,三条平行虚线位于纸面内,中间虚线两侧有方向垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度等大反向。菱形闭合导线框ABCD 位于纸面内且对角线AC与虚线垂直,磁场宽度与对角线AC长均为d。现使线框沿AC方向匀速穿过磁场,以逆时针方向为感应电流的正方向,则从C点进入磁场到A点离开磁场的过程中,线框中电流i随时间t的变化关系可能是(　　)
答案:D
解析:本题疑难点在于导线框同时处于两个磁场中时情况的判断。导线框ABCD在进入左边磁场时,由楞次定律和安培定则可以判断出感应电流的方向应为正方向,选项B、C不可能;当导线框ABCD一部分在左磁场区,另一部分在右磁场区时,回路中的最大电流要加倍,方向与刚进入时的方向相反,选项D可能,选项A不可能。
【变式训练2】 将一段导线绕成图甲所示的闭合电路,并固定在纸面内,回路的ab边置于垂直于纸面向里的匀强磁场Ⅰ中。回路的圆环区域内有垂直于纸面的磁场Ⅱ,以向里为磁场Ⅱ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(　　)
答案:B
三
电磁感应中的电路问题
1.求解电磁感应中电路问题的关键是分清楚内电路和外电路。
“切割”磁感线的导体和磁通量变化的线圈都相当于“电源”,该部分导体的电阻相当于电源内阻,而其余部分的电路则是外电路。
2.路端电压、电动势和某导体两端的电压三者的区别:
(1)某段导体作为外电路时,它两端的电压就是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,当其内阻不计时,路端电压等于电源电动势。
(3)某段导体作为电源时,电路断路时导体两端的电压等于电源电动势。
【例题3】 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向右移动经过环心O时,求:
(1)棒上电流的大小和方向;
(2)棒两端的电压UMN。
解析:(1)把切割磁感线的金属棒看成一个具有内阻为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=Blv=2Bav
【变式训练3】 固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd边长为l,其中ab是一段电阻为R的均匀电阻丝,其余三边均为电阻可忽略的铜线。磁感应强度为B,方向垂直于纸面向里。现有一段与ab段的材料、粗细、长度均相同的电阻丝PQ架在导线框上(如图所示)。若PQ以恒定的速度v从ad滑向bc,当其滑过 的距离时,通过aP段的电流是多大 方向如何
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寻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.做好受力情况、运动情况的动态分析: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,导体达到稳定运动状态。
2.利用好导体达到稳定状态时的平衡方程,往往是解答该类问题的突破口。
【例题4】 (多选)如图所示,MN和PQ是两根互相平行竖直放置的光滑金属导轨,已知导轨足够长,且电阻不计。ab是一根与导轨垂直而且始终与导轨接触良好的金属杆。开始时,将开关S断开,让杆ab由静止开始自由下落,一段时间后,再将S闭合,若从S闭合开始计时,则金属杆ab的速度v随时间t变化的图像可能是(　　)
答案:ACD
【变式训练4】 (多选)如图所示,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θ,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时开始匀速运动。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。下列选项正确的是(　　)
A.P=2mgvsin θ
B.P=3mgvsin θ
D.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
答案:AC
解析:当导体棒的速度达到v时,对导体棒进行受力分析,如图所示。
当导体棒的速度达到2v时,对导体棒进行受力分析,如图所示。
由①②可得F=mgsin θ
功率P=F·2v=2mgvsin θ,故A正确,B错误。
当导体棒的速度达到2v时,安培力等于拉力和mgsin θ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。
五
电磁感应中的能量问题
1.用能量观点解决电磁感应问题的基本思路
首先做好受力分析和运动分析,明确哪些力做功,做正功还是负功,再明确有哪些形式的能量参与转化,如何转化(如滑动摩擦力做功,必然有内能出现;重力做功,可能有机械能参与转化;安培力做负功的过程中有其他形式的能转化为电能,安培力做正功的过程中有电能转化为其他形式的能)。
2.求解电能的三种主要方法
(1)利用克服安培力做功求解:电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功。
(2)利用能量守恒求解:其他形式的能的减少量等于产生的电能。
(3)利用电路特征求解。
【例题5】 如图甲所示,螺线管线圈的匝数n=1 500,横截面积S=20 cm2,导线的总电阻r=2.0 Ω,R1=3.0 Ω,R2=25 Ω。穿过螺线管的磁场的磁感应强度B按图乙所示的规律变化。

(1)求线圈产生的感应电动势大小。
(2)求R2消耗的电功率。
答案:(1)6 V　(2)1 W
【变式训练5】 如图所示,足够长的平行光滑U形导轨倾斜放置,所在平面的倾角θ=37°,导轨间的距离l=1.0 m,下端连接R=1.6 Ω的电阻,导轨电阻不计,所在空间存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度B=1.0 T。质量m=0.5 kg、电阻r=0.4 Ω的金属棒ab垂直置于导轨上,现用沿导轨平面且垂直于金属棒、大小为F=5.0 N的恒力使金属棒ab从静止开始沿导轨向上滑行,当金属棒滑行s=2.8 m后速度保持不变。sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2。
(1)求金属棒匀速运动时的速度大小v。
(2)求金属棒从静止到刚开始匀速运动的过程中,电阻R上产生的热量QR。
答案:(1)4 m/s　(2)1.28 J