2017_2018学年高中物理第4章电磁感应章末总结同步备课教学案新人教版选

第四章电磁感应章末总结一、楞次定律的理解与应用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，只有在磁通量增加时两者才相反，而在磁通量减少时两者是同向的．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、来拒去留等．例1如图1甲所示，圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方固定一螺线管Q，P和Q共轴，Q中通有变化电流i，电流随时间变化的规律如图乙所示，图甲中箭头方向为电流正方向，P所受的重力为G，桌面对P的支持力为F N，则( )图1A．t1时刻F N>G，P有收缩的趋势B．t2时刻F N＝G，此时穿过P的磁通量为0C．t3时刻F N＝G，此时P中无感应电流D．t4时刻F N<G，此时穿过P的磁通量最小答案 A解析当螺线管中电流增大时，其形成的磁场不断增强，因此线圈P中的磁通量向下增大，根据楞次定律可知线圈P将阻碍其磁通量的增大，故线圈有收缩的趋势，线圈中产生逆时针感应电流(从上向下看)，由安培定则可判断，螺线管下端为N极，线圈等效成小磁铁，N极向上，则此时F N>G，故A正确；当螺线管中电流不变时，其形成磁场不变，线圈P中的磁通量不变，因此磁铁线圈中无感应电流产生，线圈和磁铁间无相互作用力，故t2时刻F N＝G，此时穿过P的磁通量不为0，故B错误；t3时刻螺线管中电流为零，但是线圈P中磁通量是变化的，因此此时线圈中有感应电流，故C错误；t4时刻电流不变时，其形成磁场不变，线圈P中磁通量不变，故D错误．二、电磁感应中的图象问题对图象的分析，应做到：(1)明确图象所描述的物理意义；(2)明确各种物理量正、负号的含义；(3)明确斜率的含义；(4)明确图象和电磁感应过程之间的对应关系．例2如图2所示，三条平行虚线位于纸面内，中间虚线两侧有方向垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度等大反向．菱形闭合导线框ABCD位于纸面内且对角线AC与虚线垂直，磁场宽度与对角线AC长均为d，现使线框沿AC方向匀速穿过磁场，以逆时针方向为感应电流的正方向，则从C点进入磁场到A点离开磁场的过程中，线框中电流i随时间t的变化关系图象可能是( )图2答案 D解析 导线框ABCD 在进入左边磁场时，由楞次定律和安培定则可以判断出感应电流的方向应为正方向，选项B 、C 错误；当导线框ABCD 一部分在左磁场区，另一部分在右磁场区时，回路中的最大电流要加倍，方向与刚进入时的方向相反，选项D 正确，选项A 错误．电磁感应中图象类选择题的两个常见解法1．排除法：定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势(增大还是减小)、变化快慢(均匀变化还是非均匀变化)，特别是物理量的正负，排除错误的选项．2．函数法：根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图象作出分析和判断，这未必是最简捷的方法，却是最有效的方法． 三、电磁感应中的电路问题求解电磁感应中电路问题的关键是分清楚内电路和外电路．“切割”磁感线的导体和磁通量变化的线圈都相当于“电源”，该部分导体的电阻相当于内电阻，而其余部分的电阻则是外电阻．例3 把总电阻为2R 的均匀电阻丝焊接成一半径为a 的圆环，水平固定在竖直向下的磁感应强度为B 的匀强磁场中，如图3所示，一长度为2a 、电阻等于R 、粗细均匀的金属棒MN 放在圆环上，它与圆环始终保持良好的接触，当金属棒以恒定速度v 向右移动经过环心O 时，求：图3(1)棒上电流的大小和方向及棒两端的电压U MN ； (2)在圆环和金属棒上消耗的总热功率． 答案 (1)4Bav 3R 方向由N →M 23Bav(2)8B 2a 2v 23R解析 (1)把切割磁感线的金属棒看成一个具有内阻为R 、电动势为E 的电源，两个半圆环看成两个并联电阻，画出等效电路如图所示．等效电源电动势为：E ＝Blv ＝2Bav . 外电路的总电阻为：R 外＝R 1R 2R 1＋R 2＝12R . 棒上电流大小为：I ＝E R 总＝2Bav 12R ＋R＝4Bav 3R. 电流方向从N 流向M .根据闭合电路欧姆定律知，棒两端的电压为电源路端电压．U MN ＝IR 外＝23Bav(2)圆环和金属棒上消耗的总热功率为： P ＝IE ＝8B 2a 2v23R.电磁感应中电路问题的分析方法1．明确电路结构，分清内、外电路，画出等效电路图．2．根据产生感应电动势的方式计算感应电动势的大小，如果是磁场变化，由E ＝n ΔΦΔt 计算；如果是导体切割磁感线，由E ＝Blv 计算． 3．根据楞次定律或右手定则判断感应电流的方向． 4．根据电路组成列出相应的方程式． 四、电磁感应中的力电综合问题此类问题涉及电路知识、动力学知识和能量观点，综合性很强，解决此类问题要注重以下三点： 1．电路分析(1)找“电源”：确定出由电磁感应所产生的电源，求出电源的电动势E 和内阻r . (2)电路结构分析弄清串、并联关系，求出相关部分的电流大小，为求安培力做好铺垫． 2．力和运动分析(1)受力分析：分析研究对象(常为金属杆、导体线圈等)的受力情况，尤其注意安培力的方向．(2)运动分析：根据力与运动的关系，确定出运动模型，根据模型特点，找到解决途径．3．功和能量分析(1)做功分析，找全力所做的功，弄清功的正、负．(2)能量转化分析，弄清哪些能量增加，哪些能量减小，根据功能关系、能量守恒定律列方程求解．例4 如图4所示，两根足够长的平行金属导轨固定在倾角θ＝30°的斜面上，导轨电阻不计，间距L ＝0.4 m ，导轨所在空间被分成区域Ⅰ和Ⅱ，两区域的边界与斜面的交线为MN .Ⅰ中的匀强磁场方向垂直斜面向下，Ⅱ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B ＝0.5 T ．在区域Ⅰ中，将质量m 1＝0.1 kg 、电阻R 1＝0.1 Ω的金属条ab 放在导轨上，ab 刚好不下滑．然后，在区域Ⅱ中将质量m 2＝0.4 kg ，电阻R 2＝0.1 Ω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Ⅱ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g ＝10 m/s 2，问：图4(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x ＝3.8 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)由右手定则可判断出cd 中的电流方向为由d 到c ，则ab 中电流方向为由a 流向b . (2)开始放置时ab 刚好不下滑，ab 所受摩擦力为最大静摩擦力，设其大小为F fmax ，有F fmax ＝m 1g sin θ①设ab 刚要上滑时，cd 棒的感应电动势为E ，由法拉第电磁感应定律有E ＝BLv ② 设电路中的感应电流为I ，由闭合电路欧姆定律有I ＝E R 1＋R 2③ 设ab 所受安培力为F 安，有F 安＝BIL ④此时ab 受到的最大静摩擦力方向沿导轨向下，由平衡条件有F 安＝m 1g sin θ＋F fmax ⑤ 联立①②③④⑤式，代入数据解得v ＝5 m/s. (3)设cd 棒运动过程中在电路中产生的总热量为Q 总， 由能量守恒定律有m 2gx sin θ＝Q 总＋12m 2v 2又Q＝R1R1＋R2Q总，解得Q＝1.3 J.。

至于灯泡中的电流是否增大一下再减小(也就是灯泡 是否闪亮一下再熄灭)，取决于 I2 与 I1 谁大谁小，也就是 取决于 R 和 r 谁大谁小。
(1)如果 R>r，就有 I1>I2，灯泡会先更亮一下再渐渐 熄灭。
(2)如果 R＝r，灯泡会由原来亮度渐渐熄灭。 (3)如果 R<r，灯泡会先立即暗一些，然后渐渐熄灭。
3.如图 4-6-5 所示，电路中电源内阻不能 忽略，R 阻值和 L 的自感系数都很大， A、B 为两个完全相同的灯泡，当 S 闭 合时，下列说法正确的是 ( )
A．A 比 B 先亮，然后 A 熄灭 B．B 比 A 先亮，然后 A 逐渐变亮 C．A、B 一起亮，然后 A 熄灭 D．A、B 一起亮，然后 B 熄灭
2. (多选)如图 4-6-4 所示的电路中，电源电动
势为 E，内阻 r 不能忽略。R1 和 R2 是两个定
值电阻，L 是一个自感系数较大，电阻可忽 图 4-6-4 略的线圈。开关 S 原来是断开的，从闭合开关 S 到电路中电流
达到稳定为止的时间内，通过 R1 的电流 I1 和通过 R2 的电流 I2
互感现象。
(×)
(2)在实际生活中，有的互感现象是有害的，有的互感现象可以利
用。
(√)
(3)只有闭合的回路才能产生互感。
(×)
(4)线圈的自感系数与电流大小无关，与电流的变化率有关。(×)
(5)线圈自感电动势的大小与自感系数 L 有关，反过来，L 与自感
电动势也有关。
(×)
(6)线圈中电流最大的瞬间可能没有自感电动势。
C．接通时，L1 先达最亮；断开时，L1 先暗
D．接通时，L2 先达最亮；断开时，L2 先暗
解析：开关闭合时，由于线圈 L 的自感作用阻碍电流的增大， 所以大部分电流从 L1 中流过，L1 先达最亮；开关断开时，线圈 中产生的自感电动势阻碍电流减小，自感电流方向与原电流的 方向相同，且只能在 L 与 L1 的闭合回路中流过，L1 中有自感电 流，所以 L1 后暗。故选项 A 正确。

人教版高中物理选修3・2《第四章 电磁感应》章末总结【知识网络】断电自感和甦自感自感电动势嗤自憋系数:由导体门身构逋决定•与线圈匝数、线脛形状、有无铁芯有关I 应用与防止涡注现欽涡流涡汲的应用:冶如电礎限尼、电磁驱动、电磁炉•涡注的防止【教学过程】 ★重难点一、楞次泄律的理解和应用*1•楞次定律解决的是感应电流的方向问题，它涉及两个磁场——感应电流的磁场（新产生的磁场）和引起感应 电流的磁场（原来就有的磁场），前者和后者的关系不是“同向”和“反向”的简单关系，而是前者“阻碍”后者“变 化''的关系。

2. 对“阻碍,噫义的理解：⑴阻碍原磁场的变化。

“阻碍”不是阻止，而是“延缓”,感应电流的磁场不会阻止原磁场的变化，只能使原磁场的 变化被延缓或者说被迟滞了，原磁场的变化趋势不会改变，不会发生逆转。

（2） 阻碍的是原磁场的变化，而不是原磁场本身，如果原磁场不变化，即使它再强，也不会产生感应电流。

（3） 阻碍不是相反，当原磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场同向，以阻碍其减小;当磁铁远离导体运动时, 导体运动方向将和磁铁运动同向,以阻碍其相对运动。

（4） 由于“阻碍”，为了维持原磁场的变化，必须有外力克服这一“阻碍”而做功，从而导致其他形式的能转化为电 能，因而楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现。

3. 运用楞次定律处理问题的思路。

（1） 判定感应电流方向问题的思路：运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路可以总结为“一原、二感、三电流"。

⑦明确原磁场:弄清原磁场的方向以及磁通量的变化情况。

②确定感应磁场:即根据楞次定律中的“阻碍”原则，结合原磁场磁通量变化情况,确定出感应电流产生的感应 磁场的方向。

彥1」定电流方向:即根据感应磁场的方向，运用安培定则判断出感应电流方向。

（2） 判断闭合电路（或电路中可动部分导体）相对运动类问题的分析策略：电磁感应 ｛电流的琏效应 划时代的发现（电餾应现歛（产生够应电滾的糸件:穿过闭合电路的购空发生变化£ = NA F （适用于所有悄况） E =匹曲凹适用于轸线切剳磁炒线的愴况） 毎应电流的大小:法担第电磁够应宦律电总增应现象｛楞次定律 協应电血方向（右手定则，懺生电动势和动生电动势「耳•感:两个彼此绝缘的电路何的电磁感应现仪互感和自够在电磁感应问题中，有一类综合性较强的分析判断类问题，主要是磁场屮的闭合电路在一定条件下产生了感应电流，而此电流又处于磁场中，受到安培力作用,从而使闭合电路或电路中可动部分的导体发生了运动。

4.6 互感和自感课时作业基础达标1．下列关于自感现象的说法中，不正确的是( )A．自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象B．线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反C．线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关D．加铁芯后线圈的自感系数比没有铁芯时要大【解析】线圈中自感电动势的方向总是阻碍引起自感电动势的原电流的变化，可能与原电流方向相同，也可能与原电流方向相反，故B选项错误，其他选项正确．【答案】B2.如图所示，L是一个带有铁芯的线圈，灯正常发光，当S断开时，出现的情况是( ) A．灯立即熄灭B．灯逐渐熄灭C．灯比原来更亮一些，再逐渐熄灭D．灯比原来更亮一些，再突然熄灭【解析】当电流发生变化时，产生自感电动势，只有当处于闭合回路中才会产生感应电流，灯才会逐渐熄灭．当S断开时，虽然有自感电动势，但不存在闭合回路，故灯立即熄灭，正确选项为A.【答案】A3.如图所示灯L A、L B完全相同，带铁芯的线圈L的电阻可忽略．则( )A．S闭合的瞬间，L A、L B同时发光，接着L A变暗，L B更亮，最后L A熄灭B．S闭合瞬间，L A不亮，L B立即亮C．S闭合瞬间，L A、L B都不立即亮D．稳定后再断开S的瞬间，L B熄灭，L A比L B(原先亮度)更亮【解析】S接通的瞬间，L支路中电流从无到有发生变化，因此，L中产生的自感电动势阻碍电流增加．由于有铁芯，自感系数较大，对电流的阻碍作用也就很强，所以S接通的瞬间L中的电流非常小，即干路中的电流几乎全部流过L A，所以L A、L B会同时亮．又由于L 中电流很快稳定，感应电动势很快消失，线圈的电阻可忽略，对L A起到“短路”作用，因此，L A便熄灭．这里电路的总电阻比刚接通时小，由恒定电流知识可知，L B会比以前更亮．故选A.【答案】A4.如图所示电路，L是自感系数较大的线圈，在滑动变阻器的滑动片P从A端迅速滑向B端的过程中，经过AB中点C时通过线圈的电流为I1；P从B端迅速滑向A端的过程中，经过C 点时通过线圈的电流为I2；P固定在C点不动，达到稳定时通过线圈的电流为I0，则( ) A．I1＝I2＝I0B．I1>I0>I2C．I 1＝I2>I0D．I1<I0<I2【解析】当滑动片从A端迅速滑向B端时，总电阻减小，总电流变大，L产生自感电动势阻碍增大，故I1比P稳定在C点的电流I0小；当P从B端迅速滑向A端时，总电流减小，L 自感电动势阻碍其减小，自感电流方向与原电流方向相同，故I2大于P稳定在C点时的电流I0.【答案】D5．在日光灯电路中接有启动器、镇流器和日光灯管，下列说法中正确的是( )A．日光灯点燃后，镇流器、启动器都不起作用B．镇流器在点燃灯管时产生瞬时高压，点燃后起降压限流作用C．日光灯点亮后，启动器不再起作用，可以将启动器去掉D．日光灯点亮后，使镇流器短路，日光灯仍能正常发光，并能降低对电能的消耗【解析】日光灯工作时都要经过预热、启动和正常工作三个不同的阶段，它们的工作电流通路如图所示．在启动阶段镇流器与启动器配合产生瞬时高压．工作后，电流由镇流器经灯管，不再流过启动器，故日光灯启动后启动器不再工作，而镇流器还要起降压限流作用，不能去掉，故选B、C.【答案】BC6.如图所示电路中，L为电阻很小的线圈，G1和G2为零点在表盘中央的相同的电流表．当开关S闭合时，电流表G1指针偏向右方，那么当开关S断开时，将出现的现象是( ) A．G1和G2指针都立即回到零点B．G1指针立即回到零点，而G2指针缓慢地回到零点C．G1指针缓慢回到零点，而G2指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点D．G1指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点，而G2指针缓慢地回到零点【解析】电流表指针的偏转方向与电流的流向有关．根据题意，电流自右向左时，指针向右偏．那么，电流自左向右时，指针应向左偏．当开关S断开瞬间，G1中电流立即消失，而L由于自感作用，电流不能立即消失，电流沿L、G2、G1的方向在由它们组成的闭合回路中继续维持一段时间，即G2中的电流按原方向自右向左逐渐减为零，而G1中的电流和原方向相反，变为自左向右，和G2中的电流同时减为零；也就是G1指针先立即偏向左方，然后缓慢地回到零点，而G2指针缓慢地回到零点，故D项正确．【答案】D7．某同学为了验证断电自感现象，自己找来带铁芯的线圈L、小灯泡A、开关S和电池组E，用导线将它们连接成如图所示的电路．检查电路后，闭合开关S，小灯泡发光；再断开开关S，小灯泡仅有不显著的延时熄灭现象．虽经多次重复，仍未见老师演示时出现的小灯泡闪亮现象，他冥思苦想找不出原因．你认为最有可能造成小灯泡未闪亮的原因是( )A．电源的内阻较大B.小灯泡电阻偏大C．线圈电阻偏大D.线圈的自感系数较大【解析】画出电路图，如图所示．断开时，灯泡有不显著的延时熄灭现象，而不出现闪亮现象，说明当开关处于闭合状态时流经灯泡的电流I A大于流经线圈L的电流I L，当断开开关时，线圈和灯泡组成临时回路，流经灯泡的电流在原来I L的基础上逐渐减小，所以不会出现闪亮现象，当线圈L的电阻比灯泡的电阻大时，再断开开关，不会出现闪亮现象，故选项C正确．【答案】C8．某线圈通有如图所示的电流，则线圈中自感电动势改变方向的时刻有( )A．第1s末B．第2s末C．第3s末D．第4s末【解析】在自感现象中当原电流减小时，自感电动势与原电流的方向相同，当原电流增加时，自感电动势与原电流方向相反．在0～1 s内原电流正方向减小，所以自感电动势的方向是正方向，在1～2 s内原电流负方向增加，所以自感电动势与其方向相反，即沿正方向；同理分析2～3 s、3～4 s内可得正确选项为B、D.【答案】BD9.有一个被称为“千人震”的趣味物理小实验，实验是用一节电动势为1.5 V的新干电池、几根导线、开关和一个用于日光灯上的镇流器，几位做这个实验的同学手拉手成一串，另一位同学将电池、镇流器(自感系数很大的线圈)、开关用导线将他们首、尾两位同学两个空着的手相连．如图所示，在开关通或断时就会使连成一串的同学都有触电的感觉．请你说明该实验的原理，并说明人有触电感觉时是开关接通还是开关断开的瞬间？为什么？【解析】该小实验的电路连接如图所示．合上开关，电路接通，人感受不到微弱的干电池直流电流．断开开关，因为镇流器中的电流不能突变，所以原来镇流器中很大的电流从人体中流过，人就能感受到这一自感电动势所产生的强大瞬时电流，有触电的感觉．【答案】镇流器的自感现象断开瞬间只有在电路刚断开时才能产生很高的自感电动势使人产生触电的感觉能力提升1.在制作精密电阻时，为了消除使用过程中由于电流变化而引起的自感现象，采取了双线绕法，如图所示，其道理是( )A．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的自感电动势互相抵消B．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的感应电流互相抵消C．当电路中的电流变化时，两股导线中产生的磁通量互相抵消D．以上说法均不对【解析】由于采用了双线绕法，两根平行导线中的电流反向，它们的磁场相互抵消．不论导线中的电流如何变化，线圈中的磁通量始终为零，所以，消除了自感现象的影响．【答案】C2.如右图所示的电路，线圈L的直流电阻不计，则( )A．S闭合瞬间，A板带正电，B板带负电B．S保持闭合，A板带正电，B板带负电C．S断开瞬间，A板带正电，B板带负电D．由于线圈电阻不计，电容器被短路，上述三种情况下两板都不带电【解析】S闭合瞬间，由于L的阻碍作用，将使电容器充电，A板带正电、B板带负电．稳定后，L相当于导线，而使容器短路，从而电容器带电荷量变为零．S断开瞬间，L中的电流会逐渐变小，从而使电容器再次被充电，B板带正电、A板带负电，稳定后，电容器再通过L 放电，最终带电荷量又变为零．故选A项．【答案】A3．如图所示，是测定自感系数很大的线圈L的直流电阻的电路，L两端并联一只电压表，用来测定自感线圈的直流电压，在测试完毕后，将电路拆卸时应( )A．先断开S1B.先断开S2C．先拆除电流表D.先拆除电阻R【解析】由于线圈的自感系数很大，当断开电路时，电流的变化率也会很大，会产生很大的自感电动势，能够把电压表烧毁，故应断开S2，故B选项正确．【答案】B4．如图甲所示的电路中，电源的电动势为E，内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻值．在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开S.乙图表示A、B两点间电压U AB随时间t变化的图象中，正确的是( )【解析】闭合开关瞬间，L中产生自感电动势，L和R的支路的电流逐渐增大，由闭合电路的欧姆定律可知，路端电压逐渐减小，最后达到稳定值U AB，且U AB>0，t1时刻断开开关，L 中产生自感电动势并与灯泡组成闭合电路，电流由B经灯泡到A，且逐渐减小，即U AB<0，且逐渐减小到零，故选项B正确．【答案】B5．如图所示，图甲为某同学研究自感现象的实验电路图，用电流传感器显示各时刻通过的电阻R L；在图甲中，断开开关后通过电灯的电流方向如何？－3s时刻线圈L中的感应电动势的大小是多少？由题图可知，开关S闭合电路稳定时流过线圈L的电流。