(2021新人教版)高中物理选择性必修第二册第2章 章末综合提升讲义.doc
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1、巩固层巩固层知识整合知识整合 提升层提升层能力强化能力强化 电磁感应中的图像问题电磁感应中的图像问题 图像类型图像类型 (1)磁感应强度磁感应强度 B、磁通量磁通量、感应电动势感应电动势 E、感应电流感应电流 i、电电压压 u、电荷量电荷量 q 随时间随时间 t 变化的图像变化的图像,即即 Bt 图像图像、t 图像图像、Et 图像图像、it 图像图像、ut 图像图像、qt 图像图像 (2)对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉还常涉 及感应电动及感应电动势势 E 和感应电和感应电流流 i 随线圈位随线圈位移移 x 变化的图像变化的图像,
2、 即即 Ex 图像和图像和 ix 图像图像 问题类型问题类型 (1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像 (2)由给定的有关图像分析电磁感应过程由给定的有关图像分析电磁感应过程,求解相应的物理量求解相应的物理量 应用知识应用知识 左手定则左手定则、安培定则安培定则、楞次定律楞次定律、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律、欧姆欧姆 定律定律、牛顿运动定律牛顿运动定律、相关数学知识等相关数学知识等 【例【例 1】 (多选多选)在绝缘的水平桌面上有在绝缘的水平桌面上有 MN、 PQ 两根平行的光滑金属导轨两根平行的光滑金属导轨, 导轨间的距离为导轨间的距离
3、为 l.金属棒金属棒 ab 和和 cd 垂直放在导轨上垂直放在导轨上,以速度以速度 v 向右匀速运动向右匀速运动,两两 棒正中间用一根长棒正中间用一根长 l 的绝缘细线的绝缘细线(细线处于伸直状态细线处于伸直状态)相连相连,导轨右侧有一直角三导轨右侧有一直角三 角形匀强磁场区域角形匀强磁场区域,磁场方向竖直向下磁场方向竖直向下,三角形的两条直角边长均为三角形的两条直角边长均为 l,整个装整个装 置的俯视图如图所示置的俯视图如图所示,当棒当棒 ab 运动到磁场区域时运动到磁场区域时,在棒在棒 ab 上加水平拉力上加水平拉力,使使 金属棒金属棒 ab 和和 cd 继续以速度继续以速度 v 向右匀速
4、穿过磁场区域向右匀速穿过磁场区域,则金属棒则金属棒 ab 中感应电中感应电流流 i 和绝缘细线上的张力大小和绝缘细线上的张力大小 F 随时间随时间 t 变化的图像可能正确的是变化的图像可能正确的是(规定金属棒规定金属棒 ab 中电流方向由中电流方向由 a 到到 b 为正方向为正方向)() ABCD ACab 向右运动切割磁感线,由右手定则可知,产生的感应电流方向为向右运动切割磁感线,由右手定则可知,产生的感应电流方向为 从从 b 到到 a(电流为负值电流为负值),当当 cd 棒进入磁场时电流方向从棒进入磁场时电流方向从 a 到到 b 为正为正。根据法拉第根据法拉第 电磁感应定律,两时间段内金属
5、棒切割磁感线的有效长度逐渐增大,所以感应电磁感应定律,两时间段内金属棒切割磁感线的有效长度逐渐增大,所以感应 电流电流 i 随时间变化的图像可能为随时间变化的图像可能为 A 图,图,B 图一定错误;在图一定错误;在 ab 棒做切割磁感线运棒做切割磁感线运 动的过程中动的过程中,由于由于 cd 棒没有进入磁场中棒没有进入磁场中,不受安培力作用不受安培力作用,在在 0t0时间内时间内,绝绝 缘细线中张力缘细线中张力 F 等于零等于零,在在 cd 棒进入磁场区域做切割磁感线运动时棒进入磁场区域做切割磁感线运动时,受到安培受到安培 力作用,绝缘细线中张力力作用,绝缘细线中张力 FBIv(tt0)B 2
6、v t t0 2v R B 2v3 t t0 2 R ,故绝缘细,故绝缘细 线中张力线中张力 F 随时间变化的图像可能为随时间变化的图像可能为 C 图,图,D 图一定错误。图一定错误。 一语通关一语通关 线框进线框进、出匀强磁场出匀强磁场,可根据可根据 EBlv 判断判断 E 的大小变化的大小变化,再根据楞次定律再根据楞次定律 判断方向。特别注意判断方向。特别注意 l 为切割的有效长度。为切割的有效长度。 电磁感应中的电路问题电磁感应中的电路问题 回路中的部分导体做切割磁感线运动或穿过回路的磁通量发生变化时回路中的部分导体做切割磁感线运动或穿过回路的磁通量发生变化时,回回 路将产生感应电动势路
7、将产生感应电动势,该导体或回路相当于电源该导体或回路相当于电源。因此因此,电磁感应问题往往和电磁感应问题往往和 电路问题联系在一起电路问题联系在一起,解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是:解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法是: 1明确哪一部分电路产生感应电动势明确哪一部分电路产生感应电动势, ,则这部分电路就是等效电源则这部分电路就是等效电源,该部该部 分电路的电阻是电源的内阻分电路的电阻是电源的内阻,而其余部分电路则是用电器而其余部分电路则是用电器,是外电路是外电路。 2分析电路结构分析电路结构,画出等效电路图画出等效电路图。 3用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小用法拉第电
8、磁感应定律确定感应电动势的大小,再运用闭合电路欧姆定再运用闭合电路欧姆定 律律、串并联电路的性质串并联电路的性质、电功电功、电热等知识求解电热等知识求解。 【例【例 2】 如图所示如图所示, 足够长的平行光滑金属导轨水平放置足够长的平行光滑金属导轨水平放置, 宽度宽度 L0.4 m, 一端连接一端连接 R1 的电阻的电阻,导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场导轨所在空间存在竖直向下的匀强磁场,磁感应强磁感应强度度 B1 T。导体棒导体棒 MN 放在导轨上放在导轨上,其长度恰好等于导轨间距其长度恰好等于导轨间距,与导轨接触良好与导轨接触良好。 导轨和导体棒的电阻均可忽略不计导轨和导体棒的电阻均可忽
9、略不计。在平行于导轨的拉力在平行于导轨的拉力 F 作用下作用下,导体棒沿导体棒沿 导轨向右匀速运动导轨向右匀速运动,速度速度 v5 m/s。 (1)求感应电动势求感应电动势 E 和感应电流和感应电流 I; (2)若将若将 MN 换为电阻换为电阻 r1 的导体棒的导体棒,其他条件不变其他条件不变,求导体棒两端的电求导体棒两端的电 压压 U。 解析解析(1)由法拉第电磁感应定律可得,感应电动势由法拉第电磁感应定律可得,感应电动势 EBLv10.45 V2 V, 感应电流感应电流 IE R 2 1 A2A。 (2)由闭合电路欧姆定律可得,电路中电流由闭合电路欧姆定律可得,电路中电流 I E Rr 2
10、 2 A1A, 由欧姆定律可得,导体棒两端的电压由欧姆定律可得,导体棒两端的电压 UIR11 V1 V。 答案答案(1)2 V2A(2)1 V 一语通关一语通关 1 发生电磁感应的那部分导体相当于电源,其余部分为外电发生电磁感应的那部分导体相当于电源,其余部分为外电 路。路。 2 若回路是纯电阻,则发生电磁感应时,可结合闭合电路欧姆定律和串并若回路是纯电阻,则发生电磁感应时,可结合闭合电路欧姆定律和串并 联电路知识解答。联电路知识解答。 电磁感应中的电磁感应中的“双杆双杆”模型模型 1.模型分类模型分类 “双杆双杆”模型分为两类模型分为两类:一类是一类是“一动一静一动一静”,甲杆静止不动甲杆静
11、止不动,乙杆运动乙杆运动, 其实质是单杆问题其实质是单杆问题,不过要注意问题包含着一个条件:甲杆静止不过要注意问题包含着一个条件:甲杆静止、受力平衡受力平衡。 另一类是两杆都在运动另一类是两杆都在运动,对于这种情况对于这种情况,要注意两杆切割磁感线产生的感应电要注意两杆切割磁感线产生的感应电 动势是相加还是相减动势是相加还是相减。 2分析方法分析方法 通过受力分析通过受力分析,确定运动状态确定运动状态,一般会有收尾状态一般会有收尾状态。对于收尾状态则有恒对于收尾状态则有恒 定的速度或者加速度等定的速度或者加速度等,再结合运动学规律再结合运动学规律、牛顿运动定律和能量观点分析求牛顿运动定律和能量
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