2018版高中物理第2章楞次定律和自感现象章末整合提升学案鲁科版选修3 .docx

第2章 楞次定律和自感现象楞次定律和自感现象一、对楞次定律的理解和应用1感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化感应电流的磁场方向不一定与原磁场方向相反，只在磁通量增加时两者才相反，而在磁通量减少时两者同向，即“增反减同”2“阻碍”并不是“阻止”，而是“延缓”，回路中的磁通量变化的趋势不变，只不过变化得慢了3“阻碍”的表现：增反减同、来拒去留、增缩减扩、增离减靠例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1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()图1A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对水平桌面的压力将增大答案D解析通过螺线管b的电流如图所示，根据右手螺旋定则判断出螺线管b所产生的磁场方向竖直向下，滑片P向下滑动，接入电路的电阻减小，电流增大，所产生的磁场的磁感应强度增强，根据楞次定律可知，a线圈中感应电流产生的磁场方向竖直向上，再由右手螺旋定则可得线圈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强，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将阻碍磁通量的增大，因此，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正确二、电磁感应中的图象问题1电磁感应中的图象问题有两种：一是给出电磁感应过程，选出或画出正确图象；二是由给定的有关图象分析电磁感应过程，求解相应物理量2基本思路：(1)利用法拉第电磁感应定律或切割公式计算感应电动势大小；(2)利用楞次定律或右手定则判定感应电流的方向；(3)写出相关的函数关系式分析或画出图象例2(2016云南第一次检测)如图2甲所示，线圈ABCD固定于匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向外，当磁场变化时，线圈AB边所受安培力向右且变化规律如图乙所示，则磁场的变化情况可能是选项中的()图2答案D解析由安培力向右知电流方向为顺时针，由楞次定律知磁场增强，C错；由乙图知安培力不变，根据FBIL知，B增大，I必减小，即电动势减小，故B的变化率减小，因此A、B错，D正确三、电磁感应中的电路问题1首先要明确电源，分清内、外电路磁场中磁通量变化的线圈或切割磁感线的导体相当于电源，该部分导体的电阻相当于内电阻；而其余部分的电路则是外电路2路端电压、感应电动势和某段导体两端的电压三者的区别：(1)某段导体不作为电源时，它两端的电压等于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，U外IR外或U外EIr；(3)某段导体作为电源，电路断路时导体两端的电压等于感应电动势例3如图3甲所示，在水平面上固定有长为L2 m、宽为d1 m的金属U形导轨，在U形导轨右侧l0.5 m范围内存在垂直于纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示在t0时刻，质量为m0.1 kg的导体棒以v01 m/s的初速度从导轨的左端开始向右运动，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为0.1，导轨与导体棒单位长度的电阻均为0.1 /m，不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响(取g10 m/s2)图3(1)通过计算分析4 s内导体棒的运动情况；(2)计算4 s内回路中电流的大小，并判断电流方向；(3)计算4 s内回路产生的焦耳热答案(1)导体棒在第1 s内做匀减速运动，在1 s后一直保持静止(2)02 s内I0,24 s内I0.2 A，电流方向是顺时针方向(3)0.04 J解析(1)导体棒先在无磁场区域做匀减速运动，有mgma，vtv0at，xv0tat2，导体棒速度减为零时，vt0，代入数据解得：t1 s，x0.5 m，导体棒没有进入磁场区域导体棒在1 s末已经停止运动，以后一直保持静止(2)前2 s磁通量不变，回路电动势和电流分别为E0，I0，后2 s回路产生的电动势为Eld0.1 V，回路的总长度为5 m，因此回路的总电阻为R50.5 ，电流为I0.2 A，根据楞次定律，在回路中的电流方向是顺时针方向(3)前2 s电流为零，后2 s有恒定电流，电热QI2Rt0.04 J.四、电磁感应中的动力学问题解决此类问题的一般思路是：先由法拉第电磁感应定律求感应电动势，然后根据闭合电路欧姆定律求感应电流，再求出安培力，再后依照力学问题的处理方法进行，如进行受力情况分析、运动情况分析流程为：导体切割磁感线产生感应电动势感应电流电流受到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例4U形金属导轨abcd原来静止放在光滑绝缘的水平桌面上，范围足够大、方向竖直向上的匀强磁场穿过导轨平面，一根与bc等长的金属棒PQ平行bc放在导轨上，棒左边靠着绝缘的固定竖直立柱e、f.已知磁感应强度B0.8T，导轨质量M2kg.其中bc段长0.5m，bc段电阻R0.4，其余部分电阻不计；金属棒PQ质量m0.6kg、电阻r0.2、与导轨间的动摩擦因数0.2.若向导轨施加方向向左、大小为F2N的水平拉力，如图4所示求导轨的最大加速度、最大电流和最大速度(设导轨足够长，g取10m/s2)图4答案0.4m/s22 A3 m/s解析导轨受到PQ棒水平向右的摩擦力fmg，根据牛顿第二定律并整理得FmgF安Ma，刚拉动导轨时，I感0，安培力为零，导轨有最大加速度amm/s20.4 m/s2.随着导轨速度的增大，感应电流增大，加速度减小，当a0时，速度最大设速度最大值为vm，电流最大值为Im，此时导轨受到向右的安培力F安BImLFmgBImL0Im代入数据得ImA2AIIm解得vmm/s3 m/s.五、电磁感应中的能量问题1过程分析(1)电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能量的转化过程(2)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用，因此，要维持感应电流的存在，必须有“外力”克服安培力做功此过程中，其他形式的能转化为电能“外力”克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能2求解思路(1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及WUIt或QI2Rt直接进行计算(2)若电流变化，则：利用克服安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功；利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能例5如图5所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角30的斜面上，导轨电阻不计，间距L0.4 m导轨所在空间被分成区域和，两区域的边界与斜面的交线为MN，中的匀强磁场方向垂直斜面向下，中的匀强磁场方向垂直斜面向上，两磁场的磁感应强度大小均为B0.5 T在区域中，将质量m10.1 kg，电阻R10.1 的金属条ab放在导轨上，ab刚好不下滑然后，在区域中将质量m20.4 kg，电阻R20.1 的光滑导体棒cd置于导轨上，由静止开始下滑cd在滑动过程中始终处于区域的磁场中，ab、cd始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触，取g10 m/s2，问：图5(1)cd下滑的过程中，ab中的电流方向；(2)ab刚要向上滑动时，cd的速度v多大；(3)从cd开始下滑到ab刚要向上滑动的过程中，cd滑动的距离x3.8 m，此过程中ab上产生的热量Q是多少答案(1)由a流向b(2)5 m/s(3)1.3 J解析(1)根据右手定则判知cd中电流方向由d流向c，故ab中电流方向由a流向b.(2)开始放置ab刚好不下滑时，ab所受摩擦力为最大摩擦力，设其为Fmax，有Fmaxm1gsin 设ab刚好要上滑时，cd棒的感应电动势为E，由法拉第电磁感应定律有EBLv设电路中的感应电流为I，由闭合电路欧姆定律有I设ab所受安培力为F安，有F安BIL此时ab受到的最大摩擦力方向沿斜面向下，由平衡条件有F安m1gsin Fmax联立式，代入数据解得：v5 m/s(3)设cd棒的运动过程中电路中产生的总热量为Q总，由能量守恒定律有m2gxsin Q总m2v2由串联电路规律有QQ总联立解得：Q1.3 J