课件29张PPT。本章优化总结 专题归纳整合章末综合检测本章优化总结知识网络构建知识网络构建专题归纳整合1．楞次定律的应用
楞次定律的内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．其中的关键词为“阻碍”……“变化”．在具体问题中，通常表现为以下方面：(1)“增反减同”
即当穿过电路的原磁通量增加时，感应电流的磁场就与原磁场方向相反，以体现其“阻碍”……“变化”的特点；当原磁通量减小时，感应电流的磁场就与原磁场方向相同，以阻碍其减小．在自感现象中，则表现为：当原电流增大时，感应电流就与原电流反向；当原电流减小时，感应电流则与原电流同向． 如图2－1所示，一平面线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平位置，释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动．已知线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过位置Ⅰ和位置Ⅱ时，顺着磁场方向看去，线圈中感应电流的方向分别为( )图2－1A．逆时针方向，逆时针方向
B．逆时针方向，顺时针方向
C．顺时针方向，顺时针方向
D．顺时针方向，逆时针方向
【精讲精析】 线圈在位置Ⅰ时，磁通量方向水平向右且在增加．根据楞次定律，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，所以感应电流的磁场方向应水平向左．据安培定则，顺着磁场方向看，线圈中的感应电流方向为逆时针方向. 当线圈第一次通过位置Ⅱ时，穿过线圈的磁通量方向水平向右且在减小．根据楞次定律，感应电流的磁场方向应水平向右．再根据安培定则，顺着磁场方向看去，线圈中感应电流的方向应为顺时针．
【答案】 B
(2)“来拒去留”
从获得感应电流的导体与磁体的相对运动的角度来看，感应电流的磁场与原磁场相互作用时，即导体与原磁体相互作用时，感应电流的效果总是要阻碍导体与原磁体的相对运动，即靠近时，相互排斥，远离时，又会相互吸引，亦即“来拒去留”．
如图2－2所示，光滑水平面上停着一辆小车，小车上固定着一闭合线圈，今有一条形磁铁自左向右平动穿过线圈，在磁铁穿过线圈过程中不受线圈以外的水平力作用，则( )
图2－2A．线圈先受到向右的力，后受到向左的力
B．线圈先受到向左的力，后受到向右的力
C．小车获得向右的速度
D．小车与磁铁组成的系统机械能守恒
【精讲精析】 当条形磁铁靠近线圈时，两者相互排斥，小车受向右的作用力而获得向右的速度；当条形磁铁穿过线圈相对于线圈(小车)继续向右运动时，两者又相互吸引，使线圈(小车)继续受向右的作用，继续获得向右的速度．即体现“来拒去留”的特点．答案为C.
【答案】 C(3)“增缩减扩”
从闭合电路所围的面积来看，感应电流的效果总是致使电路的面积有收缩或扩张的趋势．若穿过闭合电路的磁通量增加时，电路面积通过收缩以阻碍磁通量的增加；反之，当磁通量减少时，电路面积用扩张的方式来阻碍磁通量的减少．
如图2－3所示，螺线管B置于闭合金属圆环A的轴线上，当B中通过的电流I减小时( )
图2－3
①环A有缩小的趋势
②环A有扩张的趋势
③螺线管B有缩短的趋势
④螺线管B有伸长的趋势A．①③ B．①④
C．②③ D．②④
【精讲精析】 当B中通过的电流减小时，穿过A圆环的磁通量减小，A圆环中产生感应电流，由于螺线管内外磁场的方向相反．由楞次定律可以判断出A圆环有缩小的趋势，故①正确；螺线管B中的相邻线圈中的电流减小导致引力减小，故螺线管有伸长的趋势，故④正确．故应选B.
【答案】 B
2．右手定则的应用
闭合电路中的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，可用右手定则方便、快速地判定导体中产生的感应电流(或感应电动势)的方向，并判断导体两端电势的高低．
一直升机停在南半球的地磁极上空，该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为B.直升机螺旋桨叶片的长度为l，螺旋桨转动的频率为f，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动．螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为b，如图2－4所示．如果忽略a到轴中心线的距离，用E表示每个叶片中的感应电动势，则( )
图2－4A．E＝πfl2B，且a点电势低于b点电势
B．E＝2πfl2B，且a点电势低于b点电势
C．E＝πfl2B，且a点电势高于b点电势
D．E＝2πfl2B，且a点电势高于b点电势
【答案】 A
如图2－5所示空间有一宽为3L的匀强磁场区域，磁感应强度为B，方向垂直纸面向外．abcd是由均匀电阻丝做成的边长为L的正方形线框，总电阻值为R.线框以垂直磁场边界的速度v匀速通过磁场区域．在运动过程中，线框ab、cd两边始终与磁场边界平行．设线框刚进入磁场的位置x＝0，x轴沿水平方向向右．求：
图2－5(1)cd边刚进入磁场时，ab两端的电势差，并指明哪端电势高．
(2)线框在穿过磁场的过程中，线框中产生的焦耳热．
(3)在图2－6中，画出ab两端电势差Uab随距离变化的图象．其中U0＝BLv.图2－6图2－7
【答案】 见精讲精析在电磁感应现象中，图象能直观形象地描述电压、电流、磁感应强度、外力、安培力等参量的变化规律．
分析图象问题时应特别关注的四点事项：
(1)图象中两个坐标轴各代表什么意义；
(2)图象中纵坐标的正、负表示什么意义；
(3)画图象时应注意初始状态如何以及正方向的选取；(4)注意图象横轴、纵轴截距以及图线斜率、图线覆盖面积的物理意义．
该题型大多以选择题形式呈现，排除法通常是最快捷的方法． 如图2－8所示，水平面内有一平行金属导轨，导轨光滑且电阻不计，匀强磁场与导轨平面垂直．阻值为R的导体棒垂直于导轨静止放置，且与导轨接触良好．t＝0时，将开关S由1掷到2.q、i、v和a分别表示电容器所带电荷量、棒中的电流、棒的速度和加速度．下列图象正确的是( )
图2－8图2－9
【精讲精析】 导体棒做加速度减小的加速运动，直至匀速．故q－t图象应如图2－10甲所示，A错；i－t图象应如图乙所示，B错；v－t图象应如图丙所示，C错．D对．
图2－10
【答案】 D
章末分层突破
[自我校对]
①感应电流 ②阻碍 ③磁通量的变化 ④切割 ⑤自身电流 ⑥相反 ⑦相同 ⑧阻碍 ⑨变化 ⑩横截面积 ?长短 ?镇流器 ?次级线圈 ?转换开关 ?电容器
四规律的比较应用
规律比较
(多选)如图2－1所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力的作用下运动时，MN在磁场力的作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是( )
图2－1
A．向右加速运动 B．向左加速运动
C．向右减速运动 D．向左减速运动
【解析】 当PQ向右运动时，用右手定则可判定PQ中感应电流的方向是由Q→P，由安培定则可知穿过L1的磁场方向是自下而上的；若PQ向右加速运动，则穿过L1的磁通量增加，用楞次定律可以判断流过MN的感应电流是从N→M的，用左手定则可判定MN受到向左的安培力，将向左运动，可见选项A不正确；若PQ向右减速运动，流过MN的感应电流方向、感应电流所受的安培力的方向均将反向，MN向右运动，所以选项C是正确的；同理可判断B项是正确的，D项是错误的．
【答案】 BC
使用哪只手要看题中具体情景中的因果关系，“因电而动”——用左手，“因动而电”——用右手，“因电而磁”——用右手．
电磁感应中的图象问题
电磁感应的图象问题是高考中的热点问题，它要求考生做到三会：会识图——认识图象，理解图象的物理意义；会作图——依据物理现象、物理过程、物理规律画出相应的图象；会用图——能用图象分析、描述电磁感应过程，用图象法解决问题．图象问题一般有两种类型，一是图象类型、二是问题类型．两种类型具体如下表：
图象类型
(1)磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I随时间t变化的图象，即B－t图象、Φ－t图象、E－t图象和I－t图象
(2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况，还常常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图象，即E－x图象和I－x图象
问题类型
(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象
(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应的物理量
分析图象问题时应特别关注的四点事项：
(1)图象中两个坐标轴各代表什么意思．
(2)图象中横纵坐标的正、负各表示什么意思．
(3)画图象时应注意初始状态如何以及正方向的选取．
(4)注意图象横轴、纵轴截距以及图线斜率、图线包围面积的物理意义．
求解时要注意相关规律的应用，如右手定则、楞次定律和法拉第电磁感应定律等；求解时要分清“过程段”，对每个阶段导体的切割情况或回路的变化情况都要仔细分析，并进一步确定电动势和电流等的变化规律，有的甚至要对线框进行受力分析和运动分析．
如图2－2所示，宽度为d的有界匀强磁场，方向垂直于纸面向里．在纸面所在平面内有一对角线长也为d的正方形闭合线圈ABCD，沿AC方向垂直磁场边界匀速穿过该磁场区域．规定逆时针方向为感应电流的正方向，t＝0时C点恰好进入磁场，则从C点进入磁场开始到A点离开磁场为止，闭合线圈中感应电流随时间的变化图象正确的是( )
图2－2
【解析】 线圈在进磁场的过程中，根据楞次定律可知，感应电流的方向为CBADC方向，即为正值，在出磁场的过程中，根据楞次定律知，感应电流的方向为ABCDA，即为负值．在线圈进入磁场直到进入一半的过程中，切割的有效长度均匀增大，感应电动势均匀增大，则感应电流均匀增大，在线圈继续运动至全部进入磁场的过程中，切割的有效长度均匀减小，感应电动势均匀减小，则感应电流均匀减小；在线圈出磁场直到离开一半的过程中，切割的有效长度均匀增大，感应电流均匀增大，在线圈全部出磁场的过程中，切割的有效长度均匀减小，感应电流均匀减小．故A正确，B、C、D错误．
【答案】 A
电磁感应中的力学问题
1.解决电磁感应现象中的力学问题的一般思路
(1)用法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向；
(2)求回路中的电流；
(3)分析研究导体受力情况(包含安培力，用左手定则确定其方向)；
(4)根据牛顿第二定律或物体受力平衡列方程求解．
2．受力情况、运动情况的动态分析
导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力作用→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化→……周而复始地循环，最终结果是加速度等于零，导体达到稳定运动状态．处理此类问题要画好受力示意图，抓住加速度a＝0时，速度v达到最值的特点．
如图2－3所示，AB、CD是两根足够长的固定平行金属导轨，两导轨间的距离为L，导轨平面与水平面间的夹角为θ，在整个导轨平面内都有垂直于导轨平面斜向上方的匀强磁场，磁感应强度大小为B，在导轨的AC端连接有一个阻值为R的电阻，一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量为m，从静止开始沿导轨下滑，求ab棒的最大速度为多少？(已知ab与导轨间的动摩擦因数为μ，导轨与金属的电阻都不计)
图2－3
【解析】 金属棒ab下滑时产生的感应电流的方向和受力情况如图所示，金属棒ab沿导轨下滑过程中受到重力mg，支持力FN、摩擦力Ff和安培力F安四个力作用．
金属棒下滑产生的感应电动势为E＝BLv，闭合回路中产生的感应电流为I＝，安培力F安的方向沿斜面向上，其大小为：F安＝BIL＝BL＝
根据牛顿第二定律得：mgsin θ－μmgcos θ－＝ma
金属棒由静止开始下滑后，做加速度逐渐减小的变加速运动，当加速度减小到零时，速度增至最大，以后金属棒将以这个最大速度匀速下滑．此时
mgsin θ－μmgcos θ－＝0
解上式得vmax＝.
【答案】
1．(多选)1824年，法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”．实验中将一铜圆盘水平放置，在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针，如图2－4所示．实验中发现，当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时，磁针也随着一起转动起来，但略有滞后．下列说法正确的是( )
图2－4
A．圆盘上产生了感应电动势
B．圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动
C．在圆盘转动的过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化
D．圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流，此电流产生的磁场导致磁针转动
【解析】 当圆盘转动时，圆盘的半径切割磁针产生的磁场的磁感线，产生感应电动势，选项A正确；
如图所示，铜圆盘上存在许多小的闭合回路，当圆盘转动时，穿过小的闭合回路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流阻碍其相对运动，但抗拒不了相对运动，故磁针会随圆盘一起转动，但略有滞后，选项B正确D错误；
在圆盘转动过程中，磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量始终为零，选项C错误．
【答案】 AB
2．如图2－5，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上．当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为Ua、Ub、Uc.已知bc边的长度为l.下列判断正确的是( )
图2－5
A．Ua>Uc，金属框中无电流
B．Ub >Uc，金属框中电流方向沿a－b－c－a
C．Ubc＝－Bl2ω，金属框中无电流
D．Ubc＝Bl2ω，金属框中电流方向沿a－c－b－a
【解析】 金属框abc平面与磁场平行，转动过程中磁通量始终为零，所以无感应电流产生，选项B、D错误．转动过程中bc边和ac边均切割磁感线，产生感应电动势，由右手定则判断Ua＜Uc，Ub＜Uc，选项A错误．由转动切割产生感应电动势的公式得Ubc＝－Bl2ω，选项C正确．
【答案】 C
3．(多选) 法拉第圆盘发电机的示意图如图2－6所示．铜圆盘安装在竖直的铜轴上，两铜片P、Q分别与圆盘的边缘和铜轴接触．圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B中．圆盘旋转时，关于流过电阻R的电流，下列说法正确的是( )
图2－6
A．若圆盘转动的角速度恒定，则电流大小恒定
B．若从上向下看，圆盘顺时针转动，则电流沿a到b的方向流动
C．若圆盘转动方向不变，角速度大小发生变化，则电流方向可能发生变化
D．若圆盘转动的角速度变为原来的2倍，则电流在R上的热功率也变为原来的2倍
【解析】 由右手定则知，圆盘按如题图所示的方向转动时，感应电流沿a到b的方向流动，选项B正确；由感应电动势E＝Bl2ω知，角速度恒定，则感应电动势恒定，电流大小恒定，选项A正确；角速度大小变化，感应电动势大小变化，但感应电流方向不变，选项C错误；若ω变为原来的2倍，则感应电动势变为原来的2倍，电流变为原来的2倍，由P＝I2R知，电流在R上的热功率变为原来的4倍，选项D错误．
【答案】 AB
4．如图2－7所示，匀强磁场中有两个导体圆环a、b，磁场方向与圆环所在平面垂直．磁感应强度B随时间均匀增大．两圆环半径之比为2∶1，圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb.不考虑两圆环间的相互影响．下列说法正确的是( )
图2－7
A．Ea∶Eb＝4∶1，感应电流均沿逆时针方向
B．Ea∶Eb＝4∶1，感应电流均沿顺时针方向
C．Ea∶Eb＝2∶1，感应电流均沿逆时针方向
D．Ea∶Eb＝2∶1，感应电流均沿顺时针方向
【解析】 由楞次定律知，题中圆环感应电流产生的磁场与原磁场方向相反，故感应电流沿顺时针方向．由法拉第电磁感应定律知E＝＝＝，由于两圆环半径之比Ra∶Rb＝2∶1，所以Ea∶Eb＝4∶1，选项B正确．
【答案】 B
5. 如图2－8所示，水平面(纸面)内间距为l的平行金属导轨间接一电阻，质量为m、长度为l的金属杆置于导轨上．t＝0时，金属杆在水平向右、大小为F的恒定拉力作用下由静止开始运动．t0时刻，金属杆进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场区域，且在磁场中恰好能保持匀速运动．杆与导轨的电阻均忽略不计，两者始终保持垂直且接触良好，两者之间的动摩擦因数为μ.重力加速度大小为g.求：
(1)金属杆在磁场中运动时产生的电动势的大小；
(2)电阻的阻值.
图2－8
【解析】 (1)设金属杆进入磁场前的加速度大小为a，由牛顿第二定律得
ma＝F－μmg①
设金属杆到达磁场左边界时的速度为v，由运动学公式有
v＝at0②
当金属杆以速度v在磁场中运动时，由法拉第电磁感应定律，杆中的电动势为
E＝Blv③
联立①②③式可得
E＝Blt0.④
(2)设金属杆在磁场区域中匀速运动时，金属杆中的电流为I，根据欧姆定律
I＝⑤
式中R为电阻的阻值．金属杆所受的安培力为
f＝BlI⑥
因金属杆做匀速运动，由牛顿运动定律得
F－μmg－f＝0⑦
联立④⑤⑥⑦式得
R＝.⑧
【答案】 (1)Blt0 (2)
我还有这些不足：
(1)_______________________________________
(2) _______________________________________
我的课下提升方案：
(1) _______________________________________
(2) _______________________________________
