学年高中物理 模块复习课学案 粤教版选修32.docx

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学年高中物理模块复习课学案粤教版选修32

模块复习课

[核心知识回顾]

一、楞次定律

1．理解楞次定律中的“阻碍”的含义

（1）谁在阻碍？

感应电流的磁场阻碍原磁场．

（2）阻碍什么？

阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身．

（3）如何阻碍？

当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即“增反减同”．

（4）结果如何？

阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化过程，该增加的还是增加，该减少的还是减少．

2．楞次定律的应用

（1）楞次定律的广义表述：

感应电流的“效果”总是反抗（或阻碍）引起感应电流的“原因”．

常见方式有四种：

①阻碍原磁通量的变化，即Φ增加，B感与B原反向；Φ减小，B感与B原同向．

②阻碍导体和磁场的相对运动，即“来拒去留”．

③通过改变线圈面积来“反抗”，即线圈有收缩或扩张的趋势．

④阻碍原电流的变化，即自感现象的应用．

（2）应用楞次定律判断感应电流的步骤

应用楞次定律的步骤可概括为：

一原二变三感四螺旋．

①明确穿过闭合回路的原磁场方向．

②判断穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少．

③利用楞次定律确定感应电流的磁场方向（增反减同）．

④利用安培定则判定感应电流的方向．

二、感应电动势

1．法拉第电磁感应定律

（1）计算感应电动势大小的一般公式E＝n

.

说明：

Φt图象上某点斜率表示磁通量的变化率．若磁通量随时间均匀变化，则变化率不变，Φt图象为一条直线，产生的感应电动势不变．

（2）两种特例

①线圈面积S不变，磁感应强度B均匀变化时，E＝n

·S.

②磁感应强度B不变，线圈的面积S均匀变化时，E＝nB·

.

（3）感应电荷量的求解

由电流的定义I＝

可得q＝IΔt，式中I为感应电流的平均值．由闭合电路的欧姆定律和法拉第电磁感应定律得I＝

＝n

.式中R为电磁感应闭合电路的总电阻．联立解得q＝n

.

2．导体棒切割磁感线产生的电动势

（1）一般情况：

运动速度v和磁感线方向夹角为θ，则E＝BLvsin_θ.

（2）常用情况：

运动速度v和磁感线方向垂直，则E＝BLv.

（3）导体转动切割产生的电动势

导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势E＝BL

＝

BL2ω（平均速度等于中点位置的线速度

＝

Lω）．

三、电磁感应的综合应用

1．电磁感应中的电路问题

（1）对电源的理解：

在电磁感应现象中，产生感应电动势的那部分导体就是电源，如切割磁感线的导体棒、有磁通量变化的线圈等．这种电源将其他形式的能转化为电能．

（2）对电路的理解：

内电路是切割磁感线的导体或磁通量发生变化的线圈，外电路由电阻、电容等电学元件组成．

（3）解决电磁感应中的电路问题三步曲：

①确定电源．利用E＝n

或E＝BLv求感应电动势的大小，利用右手定则或楞次定律判断电流方向．

②分析电路结构（内、外电路及外电路的串、并联关系），画出等效电路图．

③利用电路规律求解．主要应用欧姆定律及串、并联电路的基本性质等列方程求解．

2．电磁感应的图象问题

（1）题型特点

一般可把图象问题分为三类：

①由给定的电磁感应过程中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．

③根据图象定量计算．

（2）解题关键

弄清初始条件，正负方向的对应，变化范围，所研究物理量的函数表达式，进、出磁场的转折点是解决问题的关键．

（3）解决图象问题的一般步骤

①明确图象的种类，即是Bt图象还是Φt图象，或者是Et图象、It图象等．

②分析电磁感应的具体过程．

③用右手定则或楞次定律确定方向对应关系．

④结合法拉第电磁感应定律、欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出函数关系式．

⑤根据函数关系式，进行数学分析，如分析斜率大小的变化、截距等．

⑥画出图象或判断图象．

3．电磁感应中的动力学问题

（1）安培力的大小

　⇒F＝

（2）安培力的方向

①先用右手定则判定感应电流方向，再用左手定则判定安培力方向．

②根据楞次定律，安培力的方向一定和导体切割磁感线运动方向相反．

（3）应用牛顿运动定律和运动学规律解答电磁感应问题的基本思路

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分析研究导体的受力情况（包含安培力，用左手定则确定其方向）．

④根据牛顿第二定律和运动学规律或平衡条件列方程求解．

4．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感应电流在磁场中受安培力，若安培力做负功，则其他形式的能转化为电能；若安培力做正功，则电能转化为其他形式的能．

③当感应电流通过用电器时，电能转化为其他形式的能．

（2）安培力做功和电能变化的对应关系

“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能；安培力做多少功，就有多少电能转化为其他形式的能．

（3）用能量方法解决电磁感应问题的一般步骤

①用法拉第电磁感应定律和楞次定律确定电动势的大小和方向．

②画出等效电路，求出回路中电阻消耗电功率的表达式．

③分析导体机械能的变化，用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改变所满足的关系式．

四、交变电流“四值”的理解与应用

1．瞬时值

反映的是不同时刻交流电的大小和方向．从中性面开始计时，其瞬时值表达式为：

e＝Emsin_ωt，i＝Imsin_ωt；从垂直中性面位置开始计时，其瞬时值表达式为：

e＝Emcos_ωt，i＝Imcos_ωt.

2．峰值（最大值）

（1）线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，电动势的最大值Em＝nBSω.

（2）加在电容器、二极管上交流电压的最大值不能超过其标称的耐压值．

3．有效值

（1）计算

①利用I＝

，U＝

，E＝

计算，只适用于正弦式或余弦式交流电．

②据电流的热效应计算（非正弦式交流电），计算时要注意：

三同

“相同时间”至少要取一个周期的时间．

（2）适用情况

①计算与电流热效应相关的量（如功率、热量）．

②交流电表的测量值．

③电气设备标注的额定电压、额定电流．

④保险丝的熔断电流．

4．平均值

求一段时间内通过导体横截面的电荷量时要用平均值，q＝

t＝

t＝n

.

五、变压器的基本规律及电能的输送

1．变压器的基本规律

（1）电压关系：

＝

，即对同一变压器的任意两个线圈，都有电压和匝数成正比．

（2）功率关系：

P入＝P出，有多个副线圈时，P1＝P2＋P3＋P4＋P5＋….

（3）电流关系：

由功率关系，当只有一个副线圈时，I1U1＝I2U2，即

＝

＝

；当有多个副线圈时，I1U1＝I2U2＋I3U3＋…，即I1n1＝I2n2＋I3n3＋….

2．变压器的动态电路分析方法

变压器问题往往与闭合电路的动态变化结合，处理此类问题的关键是要分清变量和不变量，弄清理想变压器中各物理量之间的联系和相互制约关系——U2由U1和匝数比决定；I2由U2和负载电阻决定；I1由I2和匝数比决定．分析思路程序可表示为：

3．电能的输送

（1）功率损失

设输电电流为I，输电线电阻为R线，则输电线上的功率损失为ΔP＝I2R线，所以减小输电线上功率损失有两个思路：

①减小输电线的电阻R线：

由R线＝ρ

知，在l保持不变的情况下，可以减小ρ，增大S.②减小输电电流I：

由P＝UI得，在输送功率一定的情况下，提高输电电压，可减小输电电流．

（2）电压损失

输电线路始端电压U跟末端电压U′的差值，称为输电线路上的电压损失，ΔU＝U－U′＝IR线＝

R线，所以减少输电线上电压损失有两个方法：

①减小输电线的电阻；②提高输送电压．

[易错易混辨析]

（1）若把导线东西放置，当接通电源时，导线下面的小磁针一定会发生转动．（×）

【提示】　小磁针开始受地磁场指南北方向，东西放置的通电导线在小磁针位置产生的磁场也指南北方向，故小磁针不一定转动．

（2）奥斯特发现了电流的磁效应；法拉第发现了电磁感应现象．（√）

（3）穿过线圈的磁通量为零，但磁感应强度不一定为零．（√）

（4）磁通量发生变化，一定是磁场发生变化引起的．（×）

【提示】　也可能是面积或线圈与磁场间夹角变化．

（5）感应电流的磁场可能与引起感应电流的磁场方向相同．（√）

（6）感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化．（√）

（7）当导体不动，而磁场运动时，不能用右手定则判断感应电流方向．（×）

【提示】　能用右手定则判断，此时大拇指指向磁场运动的反方向．

（8）线圈中磁通量的变化量ΔΦ越大，线圈中产生的感应电动势一定越大．（×）

【提示】　感应电动势与ΔΦ无关．

（9）线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大．（√）

（10）电路中有线圈，自感现象就会存在．（×）

【提示】　线圈中电流还要发生变化．

（11）没有启动器，在安启动器的位置，可以用一根导线，通过瞬时接通、断开的方式，使日光灯点亮．（√）

（12）日光灯点亮后，启动器就没有作用了．（√）

（13）导体中有涡流时，导体没有和其他元件组成闭合回路，故导体不会发热．（×）

【提示】　导体自成回路，会发热．

（14）高频感应炉利用高频电流产生的焦耳热冶炼金属．（×）

【提示】　利用金属块中的涡流产生的焦耳热．

（15）电磁制动中的感应电流，受到的安培力为阻力．（√）

（16）利用涡流金属探测器，可以探测出违法分子携带的毒品．（×）

【提示】　只能探测金属制品．

（17）线圈在通过中性面时磁通量最大，电流也最大．（×）

【提示】　中性面位置线圈中电流为0.

（18）线圈在通过垂直中性面的平面时电流最大，但磁通量为零．（√）

（19）当线圈在匀强磁场中绕垂直磁场的轴做匀速圆周运动，线圈中的电流就是正（或余）弦式电流．（√）

（20）若某一闭合线圈中产生正弦式交流电，当电动势达到最大值时，线圈中的电流不一定达到最大值．（×）

【提示】　电动势达到最大时，电流一定也达最大．

（21）交变电流的有效值就是一个周期内的平均值．（×）

【提示】　有效值不是平均值．

（22）一个正弦式交变电流的峰值同周期频率一样是不变的，但有效值是随时间不断变化的．（×）

【提示】　有效值也是不变的．

（23）电容器通交流、隔直流、通高频、阻低频．（√）

（24）线圈的匝数越多，对同一个交变电流的阻碍作用就越大．（√）

（25）我们在使用质量好的变压器工作时没有能量损失．（×）

【提示】　质量好的变压器工作时不可避免也存在能量损失．

（26）由P＝

可知，输电电压越小，输电线上的损失就越小．（×）

【提示】　输电电压不等于输电线上的电压．

（27）高压输电是通过提高电压，减小输电电流来减少电路发热损耗的．（√）

（28）所有传感器都是由半导体材料制成的．（×）

【提示】　有些传感器是导体材料制成．

（29）传感器只能通过感知电压的变化来传递信号．（×）

【提示】　传感器也能通过感知其它量的变化来传递信号．

（30）电子秤使用了压力传感器．（√）

[高考真题感悟]

1.

扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺度上的形貌．为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示．无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是（　　）

A　　B　C　　D

A　[底盘上的紫铜薄板出现扰动时，其扰动方向不确定，在选项C这种情况下，紫铜薄板出现上下或左右扰动时，穿过薄板的磁通量难以改变，不能发生电磁感应现象，没有阻尼效应；在选项B、D这两种情况下，紫铜薄板出现上下扰动时，也没有发生电磁阻尼现象；选项A这种情况下，不管紫铜薄板出现上下或左右扰动时，都发生电磁感应现象，产生电磁阻尼效应，选项A正确．]

2．（多选）如图，两个线圈绕在同一根铁芯上，其中一线圈通过开关与电源连接，另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路．将一小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态．下列说法正确的是（　　）

A．开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动

B．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向

C．开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向

D．开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动

AD　[由电路可知，开关闭合瞬间，右侧线圈环绕部分的电流向下，由安培定则可知，铁芯中产生水平向右的磁场，由楞次定律可知，左侧线圈环绕部分产生向上的电流，则直导线中的电流方向由南向北，由安培定则可知，直导线在小磁针所在位置产生垂直纸面向里的磁场，则小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动，A正确；开关闭合并保持一段时间后，穿过左侧线圈的磁通量不变，则左侧线圈中的感应电流为零，直导线不产生磁场，则小磁针静止不动，B、C错误；开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，穿过左侧线圈向右的磁通量减少，则由楞次定律可知，左侧线圈环绕部分产生向下的感应电流，则流过直导线的电流方向由北向南，直导线在小磁针所在处产生垂直纸面向外的磁场，则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动，D正确．]

3．（多选）如图甲，在同一平面内固定有一长直导线PQ和一导线框R，R在PQ的右侧．导线PQ中通有正弦交流电i，i的变化如图乙所示，规定从Q到P为电流正方向．导线框R中的感应电动势（　　）

甲　　　　乙

A．在t＝

时为零

B．在t＝

时改变方向

C．在t＝

时最大，且沿顺时针方向

D．在t＝T时最大，且沿顺时针方向

AC　[因通电导线的磁感应强度大小正比于电流的大小，故导线框R中磁感应强度与时间的变化关系类似于题图（b），感应电动势正比于磁感应强度的变化率，即题图（b）中的切线斜率，斜率的正负反映电动势的方向，斜率的绝对值反映电动势的大小．由题图（b）可知，电流为零时，电动势最大，电流最大时电动势为零，A正确，B错误．再由楞次定律可判断在一个周期内，

～

内电动势的方向沿顺时针，

时刻最大，C正确．其余时间段电动势沿逆时针方向，D错误．]

4．（多选）两条平行虚线间存在一匀强磁场，磁感应强度方向与纸面垂直．边长为0.1m、总电阻为0.005Ω的正方形导线框abcd位于纸面内，cd边与磁场边界平行，如图甲所示．已知导线框一直向右做匀速直线运动，cd边于t＝0时刻进入磁场．线框中感应电动势随时间变化的图线如图乙所示（感应电流的方向为顺时针时，感应电动势取正）．下列说法正确的是（　　）

甲　　　　　　　乙

A．磁感应强度的大小为0.5T

B．导线框运动速度的大小为0.5m/s

C．磁感应强度的方向垂直于纸面向外

D．在t＝0.4s至t＝0.6s这段时间内，导线框所受的安培力大小为0.1N

BC　[A错：

由图象可知，cd边切割磁感线产生的感应电动势E＝0.01V，由公式E＝BLv，可得磁感应强度的大小B＝

T＝0.2T.

B对：

由图象可知，从导线框的cd边进入磁场到ab边刚好进入磁场，用时为0.2s，可得导线框运动速度的大小v＝

m/s＝0.5m/s.

C对：

感应电流的方向为顺时针时，对cd边应用右手定则可知，磁感应强度的方向垂直于纸面向外．

D错：

t＝0.4s至t＝0.6s时间段为cd边离开磁场，ab边切割磁感线的过程．由闭合电路欧姆定律及安培力公式得安培力F＝

，代入数据得F＝0.04N．]

5．真空管道超高速列车的动力系统是一种将电能直接转换成平动动能的装置．图甲是某种动力系统的简化模型，图中粗实线表示固定在水平面上间距为l的两条平行光滑金属导轨，电阻忽略不计．ab和cd是两根与导轨垂直、长度均为l、电阻均为R的金属棒，通过绝缘材料固定在列车底部，并与导轨良好接触，其间距也为l，列车的总质量为m.列车启动前，ab、cd处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下，如图甲所示，为使列车启动，需在M、N间连接电动势为E的直流电源，电源内阻及导线电阻忽略不计．列车启动后电源自动关闭．

甲　　　　　　乙

（1）要使列车向右运行，启动时图甲中M、N哪个接电源正极，并简要说明理由．

（2）求刚接通电源时列车加速度a的大小．

（3）列车减速时，需在前方设置如图乙所示的一系列磁感应强度为B的匀强磁场区域，磁场宽度和相邻磁场间距均大于l.若某时刻列车的速度为v0，此时ab、cd均在无磁场区域，试讨论：

要使列车停下来，前方至少需要多少块这样的有界磁场？

[解析]　

（1）M接电源正极，列车要向右运动，安培力方向应向右，根据左手定则，接通电源后，金属棒中电流方向由a到b，由c到d，故M接电源正极．

（2）由题意，启动时ab、cd并联，设回路总电阻为R总，由电阻的串并联知识得R总＝

；①

设回路总电流为I，根据闭合电路欧姆定律有I＝

②

设两根金属棒所受安培力之和为F，有F＝BIl③

根据牛顿第二定律有F＝ma，④

联立①②③④式得a＝

⑤

（3）设列车减速时，cd进入磁场后经Δt时间ab恰好进入磁场，此过程中穿过两金属棒与导轨所围回路的磁通量的变化量为ΔΦ，平均感应电动势为E1，由法拉第电磁感应定律有E1＝

，⑥

其中ΔΦ＝Bl2;⑦

设回路中平均电流为I′，由闭合电路欧姆定律有I′＝

⑧

设cd受到的平均安培力为F′，有F′＝I′lB⑨

以向右为正方向，设Δt时间内cd受安培力冲量为I冲，有I冲＝F′Δt⑩

同理可知，回路出磁场时ab受安培力冲量仍为上述值，设回路进出一块有界磁场区域安培力冲量为I0，有

I0＝2I冲⑪

设列车停下来受到的总冲量为I总，由动量定理有

I总＝0－mv0⑫

联立⑥⑦⑧⑨⑩⑪⑫式得

＝

⑬

讨论：

若

恰好为整数，设其为n，则需设置n块有界磁场，若

不是整数，设

的整数部分为N，则需设置N＋1块有界磁场．

[答案]　

（1）M　理由见解析　

（2）

　（3）见解祈