人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE1章末核心素養(yǎng)提升一、安培定則、左手定則、右手定則的區(qū)別1.適用于不同現(xiàn)象安培定則又叫右手螺旋定則，適用于判定運動電荷或電流產生的磁場的方向；左手定則適用于判定磁場對運動電荷或電流作用力的方向；右手定則適用于判定導體切割磁感線產生的感應電流的方向。2.左手定則和右手定則的因果關系不同左手定則是因為有電，結果是受力，即“因電而動”；右手定則是因為受力運動，結果是有電，即“因動而電”。3.記憶方法左手定則與右手定則在使用時易混淆，可采用“字形記憶法”：“力”字最后一筆向左，用左手定則判斷力；“電”字最后一筆向右，用右手定則判定感應電動勢或感應電流，總之可簡記為“力左電右”?！祭?〗如圖所示，在載流直導線附近固定有兩平行光滑導軌A、B，導軌與直導線平行且在同一水平面內，在導軌上有兩條可自由滑動的導體棒ab和cd。載流直導線中的電流逐漸增強時，導體棒ab和cd的運動情況是()A.一起向左運動B.一起向右運動C.ab和cd相向運動，相互靠近D.ab和cd相背運動，相互遠離〖解析〗法一電流增強時，電流在abdc回路中產生的垂直向里的磁場增強，回路磁通量增大，根據楞次定律可知，回路產生逆時針方向電流；ab邊電流方向a→b，所受安培力向右，cd邊電流方向d→c，所受安培力向左，故ab和cd相向運動，選項C正確。法二電流增強時，電流在abdc回路中產生的垂直向里的磁場增強，回路磁通量增大，根據楞次定律可知，回路要減小面積以阻礙磁通量的增加(增縮減擴)，因此，兩導體棒要相向運動，相互靠近，選項C正確?！即鸢浮紺〖針對訓練1〗如圖所示，MN是一根固定的通電長直導線，電流方向向上，今將一金屬線框abcd放在導線上，讓線框的位置偏向導線的左邊，兩者彼此絕緣，當導線中的電流突然增大時，線框整體受力情況為()A.受力向右 B.受力向左C.受力向上 D.受力為零

〖解析〗由安培定則可知，通電長直導線周圍的磁場分布如圖所示。當長直導線上的電流突然增大時，穿過矩形線框的合磁通量增加，合磁場方向向外，線框中產生順時針方向的感應電流，因ad、bc兩邊分布對稱，故所受的安培力合力為零；而ab、cd兩邊雖然通過的電流方向相反，但它們所處的磁場方向也相反，由左手定則可知它們所受的安培力均向右，所以線框整體受力向右。選項A正確?！即鸢浮紸二、等效變換法變換物理模型是將陌生的物理模型與熟悉的物理模型相比較、分析異同并從中挖掘其內在的聯(lián)系，從而建立起熟悉的模型與未知現(xiàn)象之間相互關系的一種特殊解題方法。巧妙地運用“類同”變換，“類似”變換，“類異”變換，可使復雜、陌生、抽象的問題變成簡單、熟悉、具體的問題，從而使問題大為簡化。解決電磁感應電路的關鍵就是借鑒或利用相似模型來啟發(fā)理解和變換物理模型，即把電磁感應的問題等效轉換成穩(wěn)恒直流電路問題，把產生感應電動勢的那部分導體等效為內電路，感應電動勢的大小相當于電源電動勢，其余部分相當于外電路，并畫出等效電路圖。此時，處理問題的方法與閉合電路求解基本一致，唯一要注意的是電磁感應現(xiàn)象中，有時導體兩端有電壓，但沒有電流流過，這與電源兩端有電勢差，但沒有接入電路時電流為零的情況一樣。方法1阻礙相對運動法——判斷閉合回路產生感應電流后的運動方向及運動趨勢依據楞次定律，當判斷回路產生感應電流后如何運動時，可用此方法快捷解題。如磁體插入一閉合線圈，線圈必受一斥力；磁體插入一圓環(huán)，圓環(huán)必受一斥力；圓環(huán)從中拔出，則圓環(huán)受引力。歸納起來有八個字——“敵進我退，敵退我進”?！祭?〗(多選)在條形磁鐵的中央位置的正上方水平固定一銅質圓環(huán)，如圖所示，以下判斷正確的是()A.釋放圓環(huán)，圓環(huán)下落時磁鐵對桌面的壓力比磁鐵的重力大B.釋放圓環(huán)，圓環(huán)下落時環(huán)的機械能守恒C.給磁鐵水平向右的初速度，磁鐵滑動時做減速運動D.給磁鐵水平向右的初速度，圓環(huán)產生向左的運動趨勢〖解析〗圓環(huán)豎直向下運動時，通過圓環(huán)的磁通量始終為零，穿過圓環(huán)的磁通量不變，沒有感應電流產生，環(huán)下落時磁鐵對桌面的壓力等于磁鐵的重力，圓環(huán)下落過程中只受重力作用，機械能守恒，故A錯誤，B正確；給磁鐵水平向右的初速度，穿過線圈向上的磁通量增加，根據楞次定律可知，感應電流將阻礙線圈與磁鐵之間的相對運動，所以磁鐵滑動時做減速運動，圓環(huán)產生向右的運動趨勢，故C正確，D錯誤。〖答案〗BC方法2圖像法電磁感應中的圖像問題必須要注意(1)正確識別圖像，即正確識別橫、縱坐標所表示的物理量及其物理意義；(2)分析清楚圖像反映的物理過程。〖例3〗緊靠在一起的線圈A與B如圖甲所示，當給線圈A通以圖乙所示的電流(規(guī)定由a進入、b流出為電流正方向)時，則電壓表兩端的電勢差Ucd隨時間變化的情況應為圖中的()〖解析〗0～1s內，A線圈中電流正向均勻增大，產生向左均勻增大的磁場，由楞次定律可知，電壓表中的感應電流方向由c到d，大小不變，c點電勢高，所以選項A正確?！即鸢浮紸三、電磁感應中的綜合問題此類問題涉及電路知識、動力學知識和能量觀點，綜合性很強，解決此類問題要注意以下三點：1.電路分析(1)找“電源”：確定出由電磁感應所產生的電源，求出電源的電動勢E和內阻r。(2)電路結構分析弄清串、并聯(lián)關系，求出相關部分的電流大小，為求安培力做好鋪墊。2.力和運動分析(1)受力分析：分析研究對象(常為金屬桿、導體線圈等)的受力情況，尤其注意安培力的方向。(2)運動分析：根據力與運動的關系，確定出運動性質，根據性質特點，找到解決途徑。3.功和能量分析(1)做功分析，找全部力所做的功，弄清功的正、負。(2)能量轉化分析，弄清哪些能量增加，哪些能量減小，根據功能關系、能量守恒定律列方程求解。〖例4〗如圖所示，兩根足夠長的平行金屬導軌固定在傾角θ＝30°的斜面上，導軌電阻不計，間距l(xiāng)＝0.4m，導軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN。I中的勻強磁場方向垂直斜面向下，Ⅱ中的勻強磁場方向垂直斜面向上，兩磁場的磁感應強度大小均為B＝0.5T。在區(qū)域Ⅰ中，將質量m1＝0.1kg、電阻R1＝0.1Ω的金屬條ab放在導軌上，ab剛好不下滑。然后，在區(qū)域Ⅱ中將質量m2＝0.4kg，電阻R2＝0.1Ω的光滑導體棒cd置于導軌上，由靜止開始下滑。cd在滑動過程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場中，ab、cd始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸，取g＝10m/s2，問：(1)cd下滑的過程中，ab中的電流方向；(2)ab剛要向上滑動時，cd的速度v多大；(3)從cd開始下滑到ab剛要向上滑動的過程中，cd滑動的距離x＝3.8m，此過程中ab上產生的熱量Q是多少?！冀馕觥?1)由右手定則可判斷出cd中的電流方向為由d到c，則ab中電流方向為由a流向b。(2)開始放置時ab剛好不下滑，ab所受摩擦力為最大靜摩擦力，設其為Fmax，有Fmax＝m1gsinθ①設ab剛要上滑時，cd棒的感應電動勢為E，由法拉第電磁感應定律有E＝Blv②設電路中的感應電流為I，由閉合電路歐姆定律有I＝eq\f(E,R1＋R2)③設ab所受安培力為F安，有F安＝BIl④此時ab受到的最大靜摩擦力方向沿導軌向下，由平衡條件有F安＝m1gsinθ＋Fmax⑤聯(lián)立①②③④⑤式，代入數據解得v＝5m/s。(3)設cd棒運動過程中在電路中產生的總熱量為Q總，由能量定恒定律有m2gxsinθ＝Q總＋eq\f(1,2)m2v2又Q＝eq\f(R1,R1＋R2)Q總解得Q＝1.3J?！即鸢浮?1)a→b(2)5m/s(3)1.3J〖針對訓練2〗相距為l＝2m的足夠長的金屬直角導軌如圖甲所示放置，它們各有一邊在同一水平面內，另一邊垂直于水平面。質量均為m＝0.1kg的金屬細桿ab、cd與導軌垂直接觸形成閉合回路，桿與導軌之間的動摩擦因數均為μ＝0.5，導軌電阻不計，回路中ab、cd電阻分別為R1＝0.6Ω、R2＝0.4Ω。整個裝置處于磁感應強度大小為B＝0.50T、方向豎直向上的勻強磁場中。當ab桿在平行于水平導軌的拉力F作用下從靜止開始沿導軌勻加速運動時，cd桿也同時從靜止開始沿導軌向下運動。測得拉力F與時間t的關系如圖乙所示。g取10m/s2，求：(1)ab桿的加速度a；(2)當cd桿達到最大速度時ab桿的速度大?。?3)若從開始到cd桿達到最大速度的過程中拉力F做了5.2J的功，該過程中ab桿所產生的焦耳熱。〖解析〗(1)經時間t，桿ab的速率v＝at此時，回路中的感應電流I＝eq\f(E,R1＋R2)＝eq\f(Blv,R1＋R2)對桿ab由牛頓第二定律得F－BIl－μmg＝ma由以上各式整理得F＝ma＋μmg＋eq\f(B2l2,R1＋R2)at將t＝0，F(xiàn)＝1.5N代入上式得a＝10m/s2。(2)cd桿受力情況如圖，當cd桿所受重力與滑動摩擦力相等時，速度最大，即mg＝μFN又FN＝F安安培力F安＝BI′l感應電流I′＝eq\f(E′,R1＋R2)＝eq\f(Blv′,R1＋R2)由以上各式解得v′＝2m/s。(3)ab桿發(fā)生的位移x＝eq\f(v′2,2a)＝0.2m對ab桿應用動能定理得WF－μmgx－W安＝eq\f(1,2)mv′2解得W安＝4.9J根據功能關系得Q＝W安所以ab桿上產生的焦耳熱Qab＝eq\f(R1,R1＋R2)Q＝2.94J。〖答案〗(1)10m/s2(2)2m/s(3)2.94J章末核心素養(yǎng)提升一、安培定則、左手定則、右手定則的區(qū)別1.適用于不同現(xiàn)象安培定則又叫右手螺旋定則，適用于判定運動電荷或電流產生的磁場的方向；左手定則適用于判定磁場對運動電荷或電流作用力的方向；右手定則適用于判定導體切割磁感線產生的感應電流的方向。2.左手定則和右手定則的因果關系不同左手定則是因為有電，結果是受力，即“因電而動”；右手定則是因為受力運動，結果是有電，即“因動而電”。3.記憶方法左手定則與右手定則在使用時易混淆，可采用“字形記憶法”：“力”字最后一筆向左，用左手定則判斷力；“電”字最后一筆向右，用右手定則判定感應電動勢或感應電流，總之可簡記為“力左電右”?！祭?〗如圖所示，在載流直導線附近固定有兩平行光滑導軌A、B，導軌與直導線平行且在同一水平面內，在導軌上有兩條可自由滑動的導體棒ab和cd。載流直導線中的電流逐漸增強時，導體棒ab和cd的運動情況是()A.一起向左運動B.一起向右運動C.ab和cd相向運動，相互靠近D.ab和cd相背運動，相互遠離〖解析〗法一電流增強時，電流在abdc回路中產生的垂直向里的磁場增強，回路磁通量增大，根據楞次定律可知，回路產生逆時針方向電流；ab邊電流方向a→b，所受安培力向右，cd邊電流方向d→c，所受安培力向左，故ab和cd相向運動，選項C正確。法二電流增強時，電流在abdc回路中產生的垂直向里的磁場增強，回路磁通量增大，根據楞次定律可知，回路要減小面積以阻礙磁通量的增加(增縮減擴)，因此，兩導體棒要相向運動，相互靠近，選項C正確?！即鸢浮紺〖針對訓練1〗如圖所示，MN是一根固定的通電長直導線，電流方向向上，今將一金屬線框abcd放在導線上，讓線框的位置偏向導線的左邊，兩者彼此絕緣，當導線中的電流突然增大時，線框整體受力情況為()A.受力向右 B.受力向左C.受力向上 D.受力為零

〖解析〗由安培定則可知，通電長直導線周圍的磁場分布如圖所示。當長直導線上的電流突然增大時，穿過矩形線框的合磁通量增加，合磁場方向向外，線框中產生順時針方向的感應電流，因ad、bc兩邊分布對稱，故所受的安培力合力為零；而ab、cd兩邊雖然通過的電流方向相反，但它們所處的磁場方向也相反，由左手定則可知它們所受的安培力均向右，所以線框整體受力向右。選項A正確?！即鸢浮紸二、等效變換法變換物理模型是將陌生的物理模型與熟悉的物理模型相比較、分析異同并從中挖掘其內在的聯(lián)系，從而建立起熟悉的模型與未知現(xiàn)象之間相互關系的一種特殊解題方法。巧妙地運用“類同”變換，“類似”變換，“類異”變換，可使復雜、陌生、抽象的問題變成簡單、熟悉、具體的問題，從而使問題大為簡化。解決電磁感應電路的關鍵就是借鑒或利用相似模型來啟發(fā)理解和變換物理模型，即把電磁感應的問題等效轉換成穩(wěn)恒直流電路問題，把產生感應電動勢的那部分導體等效為內電路，感應電動勢的大小相當于電源電動勢，其余部分相當于外電路，并畫出等效電路圖。此時，處理問題的方法與閉合電路求解基本一致，唯一要注意的是電磁感應現(xiàn)象中，有時導體兩端有電壓，但沒有電流流過，這與電源兩端有電勢差，但沒有接入電路時電流為零的情況一樣。方法1阻礙相對運動法——判斷閉合回路產生感應電流后的運動方向及運動趨勢依據楞次定律，當判斷回路產生感應電流后如何運動時，可用此方法快捷解題。如磁體插入一閉合線圈，線圈必受一斥力；磁體插入一圓環(huán)，圓環(huán)必受一斥力；圓環(huán)從中拔出，則圓環(huán)受引力。歸納起來有八個字——“敵進我退，敵退我進”?！祭?〗(多選)在條形磁鐵的中央位置的正上方水平固定一銅質圓環(huán)，如圖所示，以下判斷正確的是()A.釋放圓環(huán)，圓環(huán)下落時磁鐵對桌面的壓力比磁鐵的重力大B.釋放圓環(huán)，圓環(huán)下落時環(huán)的機械能守恒C.給磁鐵水平向右的初速度，磁鐵滑動時做減速運動D.給磁鐵水平向右的初速度，圓環(huán)產生向左的運動趨勢〖解析〗圓環(huán)豎直向下運動時，通過圓環(huán)的磁通量始終為零，穿過圓環(huán)的磁通量不變，沒有感應電流產生，環(huán)下落時磁鐵對桌面的壓力等于磁鐵的重力，圓環(huán)下落過程中只受重力作用，機械能守恒，故A錯誤，B正確；給磁鐵水平向右的初速度，穿過線圈向上的磁通量增加，根據楞次定律可知，感應電流將阻礙線圈與磁鐵之間的相對運動，所以磁鐵滑動時做減速運動，圓環(huán)產生向右的運動趨勢，故C正確，D錯誤。〖答案〗BC方法2圖像法電磁感應中的圖像問題必須要注意(1)正確識別圖像，即正確識別橫、縱坐標所表示的物理量及其物理意義；(2)分析清楚圖像反映的物理過程?！祭?〗緊靠在一起的線圈A與B如圖甲所示，當給線圈A通以圖乙所示的電流(規(guī)定由a進入、b流出為電流正方向)時，則電壓表兩端的電勢差Ucd隨時間變化的情況應為圖中的()〖解析〗0～1s內，A線圈中電流正向均勻增大，產生向左均勻增大的磁場，由楞次定律可知，電壓表中的感應電流方向由c到d，大小不變，c點電勢高，所以選項A正確。〖答案〗A三、電磁感應中的綜合問題此類問題涉及電路知識、動力學知識和能量觀點，綜合性很強，解決此類問題要注意以下三點：1.電路分析(1)找“電源”：確定出由電磁感應所產生的電源，求出電源的電動勢E和內阻r。(2)電路結構分析弄清串、并聯(lián)關系，求出相關部分的電流大小，為求安培力做好鋪墊。2.力和運動分析(1)受力分析：分析研究對象(常為金屬桿、導體線圈等)的受力情況，尤其注意安培力的方向。(2)運動分析：根據力與運動的關系，確定出運動性質，根據性質特點，找到解決途徑。3.功和能量分析(1)做功分析，找全部力所做的功，弄清功的正、負。(2)能量轉化分析，弄清哪些能量增加，哪些能量減小，根據功能關系、能量守恒定律列方程求解。〖例4〗如圖所示，兩根足夠長的平行金屬導軌固定在傾角θ＝30°的斜面上，導軌電阻不計，間距l(xiāng)＝0.4m，導軌所在空間被分成區(qū)域Ⅰ和Ⅱ，兩區(qū)域的邊界與斜面的交線為MN。I中的勻強磁場方向垂直斜面向下，Ⅱ中的勻強磁場方向垂直斜面向上，兩磁場的磁感應強度大小均為B＝0.5T。在區(qū)域Ⅰ中，將質量m1＝0.1kg、電阻R1＝0.1Ω的金屬條ab放在導軌上，ab剛好不下滑。然后，在區(qū)域Ⅱ中將質量m2＝0.4kg，電阻R2＝0.1Ω的光滑導體棒cd置于導軌上，由靜止開始下滑。cd在滑動過程中始終處于區(qū)域Ⅱ的磁場中，ab、cd始終與導軌垂直且兩端與導軌保持良好接觸，取g＝10m/s2，問：(1)cd下滑的過程中，ab中的電流方向；(2)ab剛要向上滑動時，cd的速度v多大；(3)從cd開始下滑到ab剛要向上滑動的過程中，cd滑動的距離x＝3.8m，此過程中ab上產生的熱量Q是多少?！冀馕觥?1)由右手定則可判斷出cd中的電流方向為由d到c，則ab中電流方向為由a流向b。(2)開始放置時ab剛好不下滑，ab所受摩擦力為最大靜摩擦力，設其為Fmax，有Fmax＝m1gsinθ①設ab剛要上滑時，cd棒的感應電動勢為E，由法拉第電磁感應定律有E＝Blv②設電路中的感應電流為I，由閉合電路歐姆定律有I＝eq\f(E,R1＋R2)③設ab所受安培力為F安，有F安＝BIl④此時ab受到的最大靜摩擦力方向沿導軌向下，由平衡條件有F安＝m1gsinθ＋Fmax⑤聯(lián)立①②③④⑤式，代入數據解得v＝5m/s。(3)設cd棒運動過程中在電路中產生的總熱量為Q總，由能量定恒定律有m2gxsinθ＝Q總＋eq\f(1,2)m2v2又Q＝eq\f(R1,R1＋R2)Q總解得Q＝1.3J?！即鸢浮?1)a→b(2)5m/s(3)1.3J