2024年高中物理新教材同步學(xué)案 選擇性必修第二冊(cè) 第2章 章末素養(yǎng)提升（含解析）

章末素養(yǎng)提升物理觀念感應(yīng)電流的方向1.楞次定律：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化2.右手定則：伸開右手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使拇指指向?qū)Ь€運(yùn)動(dòng)的方向，這時(shí)四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小1.E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，適用于一切電磁感應(yīng)現(xiàn)象2.導(dǎo)體棒平動(dòng)切割磁感線E＝Blvsinθ，θ為v與B的夾角3.導(dǎo)體棒轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線：E＝eq\f(1,2)Bl2ω感生電場(chǎng)麥克斯韋認(rèn)為，磁場(chǎng)變化時(shí)會(huì)在空間激發(fā)一種電場(chǎng)渦流當(dāng)線圈中的電流隨時(shí)間變化時(shí)，線圈附近的任何導(dǎo)體，如果穿過(guò)它的磁通量發(fā)生變化，導(dǎo)體內(nèi)都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，就像水中的漩渦，所以把它叫作渦電流電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)1.電磁阻尼：當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流會(huì)使導(dǎo)體受到安培力，安培力的方向總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)2.電磁驅(qū)動(dòng)：若磁場(chǎng)相對(duì)于導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)，在導(dǎo)體中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流使導(dǎo)體受到安培力的作用，安培力使導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)起來(lái)互感和自感1.互感電動(dòng)勢(shì)；兩個(gè)相互靠近且沒(méi)有導(dǎo)線相連的線圈，當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)會(huì)在另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)2.自感：當(dāng)一個(gè)線圈中的電流變化時(shí)，它所產(chǎn)生的變化的磁場(chǎng)在線圈本身激發(fā)出的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)3.自感電動(dòng)勢(shì)：由于自感而產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝Leq\f(ΔI,Δt)，其中eq\f(ΔI,Δt)是電流的變化率；L是自感系數(shù)，簡(jiǎn)稱自感或電感。單位：亨利，符號(hào)：H磁場(chǎng)的能量線圈中電流從無(wú)到有時(shí)，磁場(chǎng)從無(wú)到有，電源把能量輸送給磁場(chǎng)，儲(chǔ)存在磁場(chǎng)中科學(xué)思維物理模型能用磁感線與勻強(qiáng)磁場(chǎng)等模型綜合分析電磁感應(yīng)問(wèn)題類比分析法渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)現(xiàn)象的類比能量守恒的思想能從能量的視角分析解釋楞次定律，解釋生產(chǎn)生活中的各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象科學(xué)探究1.會(huì)對(duì)影響感應(yīng)電流方向的因素提出問(wèn)題、合理的猜想、獲取證據(jù)、得出結(jié)論并進(jìn)行解釋等過(guò)程，提升科學(xué)探究素養(yǎng)2.會(huì)設(shè)計(jì)磁通量增加和磁通量減少的實(shí)驗(yàn)情境來(lái)探究規(guī)律，會(huì)根據(jù)電流表指針偏轉(zhuǎn)方向確定感應(yīng)電流的方向，會(huì)針對(duì)條形磁體在閉合線圈中插入、拔出的過(guò)程，觀察現(xiàn)象并設(shè)計(jì)表格記錄相關(guān)數(shù)據(jù)3.會(huì)引入“中間量”探究表述感應(yīng)電流方向的規(guī)律，會(huì)概括總結(jié)規(guī)律并從能量守恒角度理解“阻礙”的意義科學(xué)態(tài)度與責(zé)任1.通過(guò)實(shí)例了解渦流、電磁阻尼和電磁驅(qū)動(dòng)、互感與自感現(xiàn)象的利弊以及它們?cè)谏a(chǎn)生活中的應(yīng)用2.通過(guò)了解眾多電磁感應(yīng)現(xiàn)象在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，體會(huì)科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)之間緊密的聯(lián)系例1(2023·吉林遼源市第五中學(xué)高二期末)以下四圖都與電磁感應(yīng)有關(guān)，下列說(shuō)法正確的是()A．真空冶煉爐能在真空環(huán)境下，使?fàn)t內(nèi)的金屬產(chǎn)生渦流，從而煉化金屬B．當(dāng)蹄形磁體順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋁框?qū)⒊喾捶较蜣D(zhuǎn)動(dòng)C．金屬探測(cè)器通過(guò)使用恒定電流的長(zhǎng)柄線圈來(lái)探測(cè)地下是否有金屬D．磁電式儀表，把線圈繞在鋁框骨架上，目的是起到電磁驅(qū)動(dòng)的作用答案A解析真空冶煉爐能在真空環(huán)境下，利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，使?fàn)t內(nèi)的金屬產(chǎn)生渦流，從而煉化金屬，故A正確；根據(jù)電磁驅(qū)動(dòng)原理，當(dāng)蹄形磁體順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鋁框?qū)⒊嗤较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，故B錯(cuò)誤；金屬探測(cè)器通過(guò)使用交變電流的長(zhǎng)柄線圈來(lái)探測(cè)地下是否有金屬，故C錯(cuò)誤；磁電式儀表，把線圈繞在鋁框骨架上，鋁框中產(chǎn)生感應(yīng)電流，使鋁框盡快停止擺動(dòng)，起到電磁阻尼的作用，故D錯(cuò)誤。例2(2023·湖北卷)近場(chǎng)通信(NFC)器件應(yīng)用電磁感應(yīng)原理進(jìn)行通訊，其天線類似一個(gè)壓平的線圈，線圈尺寸從內(nèi)到外逐漸變大。如圖所示，一正方形NFC線圈共3匝，其邊長(zhǎng)分別為1.0cm、1.2cm和1.4cm，圖中線圈外線接入內(nèi)部芯片時(shí)與內(nèi)部線圈絕緣。若勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直通過(guò)此線圈，磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率為103T/s，則線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最接近()A．0.30V B．0.44VC．0.59V D．4.3V答案B解析根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律可知E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔBS,Δt)＝103×(1.02＋1.22＋1.42)×10－4V＝0.44V，故選B。例3(2023·江蘇卷)如圖所示，圓形區(qū)域內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，OC導(dǎo)體棒的O端位于圓心，棒的中點(diǎn)A位于磁場(chǎng)區(qū)域的邊緣。現(xiàn)使導(dǎo)體棒繞O點(diǎn)在紙面內(nèi)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。O、A、C點(diǎn)電勢(shì)分別為φO、φA、φC，則()A．φO>φC B．φC>φAC．φO＝φA D．φO－φA＝φA－φC答案A解析由題圖可看出導(dǎo)體棒OA段逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)切割磁感線，則根據(jù)右手定則可知φO>φA，其中導(dǎo)體棒AC段不在磁場(chǎng)中，不切割磁感線，電流為0，則φC＝φA，A正確，B、C錯(cuò)誤；根據(jù)以上分析可知φO－φA>0，φA－φC＝0，則φO－φA>φA－φC，D錯(cuò)誤。例4(多選)(2022·遼寧省實(shí)驗(yàn)中學(xué)期中)航母上飛機(jī)彈射起飛所利用的電磁驅(qū)動(dòng)原理如圖所示，由繞在鐵芯上的線圈與電源、滑動(dòng)變阻器和開關(guān)組成閉合回路，右側(cè)金屬圓環(huán)套在光滑的絕緣桿上。當(dāng)開關(guān)閉合瞬間，線圈中突然通過(guò)直流電流時(shí)，線圈右側(cè)的金屬圓環(huán)被彈射出去。下列說(shuō)法正確的是()A．從右側(cè)看，開關(guān)閉合瞬間金屬圓環(huán)中會(huì)產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流B．電源正、負(fù)極調(diào)換后，閉合開關(guān)S的瞬間，金屬圓環(huán)仍能向右彈射C．若將金屬圓環(huán)置于線圈左側(cè)，電路接通時(shí)，使滑動(dòng)變阻器的滑片向上加速滑動(dòng)時(shí)，金屬圓環(huán)會(huì)被向左彈射出去D．若將金屬圓環(huán)置于線圈左側(cè)，則閉合開關(guān)S的瞬間，金屬圓環(huán)將向左彈射答案BCD解析在閉合開關(guān)的瞬間，線圈中電流從左側(cè)流入，磁場(chǎng)變強(qiáng)，磁場(chǎng)方向向右，由楞次定律可知，感應(yīng)電流方向從左側(cè)看為逆時(shí)針，從右側(cè)看為順時(shí)針，故A錯(cuò)誤；電源正、負(fù)極調(diào)換后，根據(jù)“增離減靠”可知，金屬圓環(huán)仍能向右彈射，故B正確；電路接通時(shí)，使滑動(dòng)變阻器的滑片向上加速滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值減小，則電路中的電流增大，根據(jù)“增離減靠”可知，左側(cè)的金屬圓環(huán)會(huì)被向左彈射出去，故C正確；若金屬圓環(huán)放在線圈左側(cè)，閉合開關(guān)瞬間根據(jù)“增離減靠”可知，金屬圓環(huán)將向左彈射，故D正確。例5(2023·廣東清遠(yuǎn)市部分名校聯(lián)考)如圖所示，虛線左側(cè)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直紙面向外，右側(cè)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直紙面向里。一金屬小球從固定的光滑絕緣圓弧軌道上的點(diǎn)a無(wú)初速度釋放后向右側(cè)運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)b的過(guò)程中，下列說(shuō)法正確的是()A．a(chǎn)、b兩點(diǎn)等高B．小球在最低點(diǎn)處于平衡狀態(tài)C．小球在穿過(guò)虛線時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生渦流D．小球在穿過(guò)虛線時(shí)受到豎直向上的磁場(chǎng)力答案C解析由于電磁阻尼，b點(diǎn)一定低于a點(diǎn)，A錯(cuò)誤；小球在穿過(guò)虛線時(shí)，穿過(guò)小球的磁通量發(fā)生變化，小球內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生渦流，C正確；小球在最低點(diǎn)水平方向還受到向左的電磁阻尼，即受到向左的磁場(chǎng)力，不是處于平衡狀態(tài)，B、D錯(cuò)誤。例6(2023·黑龍江大慶市大慶實(shí)驗(yàn)中學(xué)月考)如圖所示，一個(gè)三角形框架底邊長(zhǎng)為2L，以一定的速度勻速經(jīng)過(guò)有界磁場(chǎng)區(qū)域，兩磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，方向相反，寬度均為L(zhǎng)，框架通過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程中，感應(yīng)電流的變化圖像是(取逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?()答案C解析將三角形框架整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程分成4個(gè)部分分析，如圖所示線框從位置1運(yùn)動(dòng)到位置2的過(guò)程中，根據(jù)楞次定律判斷可知，感應(yīng)電流方向沿逆時(shí)針?lè)较?，即為正；?dǎo)線有效切割長(zhǎng)度均勻減小，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)均勻減小，感應(yīng)電流均勻減小；設(shè)開始時(shí)感應(yīng)電流大小為2I，則此過(guò)程中，電流由2I減至I；線框從位置2運(yùn)動(dòng)到位置3的過(guò)程中，根據(jù)楞次定律判斷可知，感應(yīng)電流方向沿順時(shí)針?lè)较?，即為?fù)；開始時(shí)電流為3I，均勻減小至2I；線框從位置3運(yùn)動(dòng)到位置4的過(guò)程中，根據(jù)楞次定律判斷可知，感應(yīng)電流方向沿逆時(shí)針?lè)较?，即為正；電流?均勻增大至I；線框從位置4運(yùn)動(dòng)到全部穿出磁場(chǎng)的過(guò)程中，根據(jù)楞次定律判斷可知，感應(yīng)電流方向沿逆時(shí)針?lè)较?，即為正；電流由I均勻減小至0。故C正確。例7(2022·北京人大附中高二期末)如圖所示，光滑固定平行金屬導(dǎo)軌MN、PQ所在平面與水平面成θ角，兩端點(diǎn)M、P間接有阻值為R的定值電阻。阻值為r的金屬棒ab垂直導(dǎo)軌放置，其他部分電阻不計(jì)，整個(gè)裝置處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向上。從t＝0時(shí)刻開始，棒受到一個(gè)平行于導(dǎo)軌向上的外力F作用，由靜止開始沿導(dǎo)軌向上運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中棒始終與導(dǎo)軌垂直，且接觸良好，通過(guò)R的感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖像如圖乙所示，選項(xiàng)圖中給出了外力F大小隨時(shí)間t變化的圖像，其中正確的是()答案B解析設(shè)金