新教材 人教版高中物理选择性必修第二册全册知识点提炼及考点

高中物理选择性必修第二册知识点提炼及考点 第1 章安培力与洛伦兹力......................................................................................................- 1 - 第1 节 安培力及其应用..............................................................................................- 1 - 第2 节 洛伦兹力.......................................................................................................... - 8 - 第3 节 洛伦兹力的应用............................................................................................- 14 - 章末复习总结................................................................................................................ - 19 - 第2 章电磁感应及其应用....................................................................................................- 27 - 第1 节 科学探究：感应电流的方向(第1 课时).......................................................- 27 - 第1 节 科学探究：感应电流的方向(第2 课时).......................................................- 29 - 第2 节 法拉第电磁感应定律.....................................................................................- 35 - 第3 节 自感现象与涡流............................................................................................- 40 - 章末复习总结................................................................................................................ - 44 - 第3 章交变电流与远距离输电............................................................................................- 50 - 第1 节 交变电流的特点............................................................................................- 50 - 第2 节 交变电流的产生............................................................................................- 56 - 第3 节 科学探究：变压器.........................................................................................- 63 - 第4 节 电能的远距离输送.........................................................................................- 69 - 变压器综合问题............................................................................................................ - 74 - 章末复习总结................................................................................................................ - 78 - 第4 章电磁波........................................................................................................................- 85 - 第1 节 电磁波的产生................................................................................................- 85 - 第2 节 电磁波的发射、传播和接收.........................................................................- 90 - 第3 节 电磁波谱........................................................................................................- 90 - 章末复习总结................................................................................................................ - 95 - 第5 章传感器及其应用........................................................................................................- 99 - 第1 节 常见传感器的工作原理.................................................................................- 99 - 第2 节 科学制作：简单的自动控制装置..................................................................- 105 - 第3 节 大显身手的传感器.........................................................................................- 105 - 章末复习总结.............................................................................................................. - 111 - 第1 章安培力与洛伦兹力 第1 节 安培力及其应用 一、安培力 1．定义：物理学中，将磁场对通电导线的作用力称为安培力。 2．方向：用左手定则判断。 判断方法：伸开左手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让 磁感线垂直穿过手心，四指指向电流的方向，此时拇指所指的方向即为所受安培力的方向。 3．大小 (1)F＝ (2)在非匀强磁场中公式可用于很短的一段通电直导线。 二、安培力的应用 1．安培力在生活中应用：电动机、电流计等都是安培力的应用。 2．电流计工作原理： (1)构造：如图所示，圆柱形铁芯固定于U 形磁铁两极 间，铁芯外面套有缠绕着线圈并 可转动的铝框，铝框的转轴上装有指针和游丝。 (2)原理：当被测电流通入线圈时，线圈受安培力作用而转动，线圈的转动使游丝扭转 形变，从而对线圈的转动产生阻碍。当安培力产生的转动与游丝形变产生的阻碍达到平衡时， 指针停留在某一刻度。电流越大，安培力就越大，指针偏转角度就越大。 安培力的方向 (教师用书独具)教材P3“迷你实验室”答案提示：安培力方向与电流方向、磁感应强度 的方向都垂直，即垂直于电流方向、磁感应强度方向决定的平面。 教材P4“迷你实验室”答案提示：反向电流相互排斥，同向电流相互吸引，因为其中一 个电流放置于另一个电流的磁场中，可用左手定则判断。 用两根细铜丝把一根直导线悬挂起来，放入蹄形磁铁形成的磁场中。当导线中通以电流 时，你能看到通电导线在磁场中朝一个方向摆动，这个实验现象说明了什么？改变电池的正 负极接线柱或将磁铁的N 极、S 极交换位置，闭合开关，你能看到通电导线的摆动方向发生 改变，这个实验现象说明了什么？ 提示：说明磁场对通电导线有力的作用。磁场中导线所受安培力的方向与磁场方向和电 流方向都有关。 1．安培力的方向 不管电流方向与磁场方向是否垂直，安培力的方向总是垂直于磁场方向和电流方向所决 定的平面，即总有F⊥I 和F⊥B。 (1)已知I、B 的方向，可用左手定则唯一确定F 的方向。 (2)已知F、B 的方向，当导线的位置确定时，可唯一确定I 的方向。 (3)已知F、I 的方向，B 的方向不能唯一确定。 2．安培定则(右手螺旋定则)与左手定则的区别 安培定则(右手螺旋定则) 左手定则 用途 判断电流的磁场方向 判断电流在磁场中的受力 方向 适用对 象 直线电流 环形电流或通电螺线管 电流在磁场中 应用方 法 拇指指向电流的方向 四指弯曲的方向表示电 流的环绕方向 磁感线穿过手掌心，四指 指向电流的方向 结果 四指弯曲的方向表示 磁感线的方向 拇指指向轴线上磁感线 的方向 拇指指向电流受到的磁场 力的方向 【例1】 画出图中通电直导线A 受到的安培力的方向。 (1) (2) (3) (4) [解析] (1)中电流与磁场垂直，由左手定则可判断出A 所受安培力方向如图甲所示。 (2)中条形磁铁在A 处的磁场分布如图乙所示，由左手定则可判断A 受到的安培力的方 向如图乙所示。 (3)中由安培定则可判断出电流A 处磁场方向如图丙所示，由左手定则可判断出A 受到 的安培力方向如图丙所示。 (4)中由安培定则可判断出电流A 处磁场如图丁所示，由左手定则可判断出A 受到的安 培力方向如图丁所示。 [答案] (1) (2) (3) (4) 判断安培力方向常见的两类问题 安培力的大小 (1)用两根细铜丝把一根直导线悬挂起来，放入蹄形磁 铁 形成的磁场中。把一节电池换成三节，其他条件不变，观察 更 换电池后通电导线摆动的幅度变大，说明什么？把蹄形磁铁 更 换成磁性更强的磁铁，其他条件不变，比较得出，更换磁铁 后 导线摆动的幅度变大，又说明什么？ (2)如图所示，当电流与磁场方向夹θ 角时，安培力的大小怎样表示？ 提示：(1)当其他因素不变时，电流增大，安培力增大。当其他因素不变时，磁感应强 度变大，安培力增大。 (2)如图所示，可以把磁感应强度矢量分解为两个分量：与电流方向垂直的分量B1＝ Bsin θ，与电流方向平行的分量B2＝Bcos θ，平行于导线的分量B2对通电导线没有作用力， 通电导线所受的作用力F 仅由B1决定，即F ＝ IlB1，故F＝IlBsin θ (θ 为B 与I 的夹角)。 1．对安培力F＝IlBsin θ 的理解 (1)B 对放入的通电导线来说是外磁场的磁感应强度，不必考虑导线自身产生的磁感应 强度的影响。 (2)l 是有效长度，匀强磁场中弯曲导线的有效长度l，等于连接两端点直线的长度(如图)； 相应的电流沿l 由始端流向末端。 2．F＝IlBsin θ 的适用条件 导线所处的磁场应为匀强磁场；在非匀强磁场中，公式仅适用于很短的通电导线。 3．电流在磁场中的受力特点 电荷在电场中一定会受到电场力作用，但是电流在磁场中不一定受安培力作用。当电流 方向与磁场方向平行时，电流不受安培力作用。 4．当电流同时受到几个安培力时，则电流所受的安培力为这几个安培力的矢量和。 【例2】 如图所示，在匀强磁场中放有下列各种形状的通电导线，电流均为I，磁感 应强度均为B，求各导线所受到的安培力的大小。 A B C D E [解析] A 图中，F＝IlBcos α，这时不能死记公式而错写成F＝IlBsin α。要理解公式 本质是有效长度或有效磁场，正确分解。B 图中，B⊥I，导线再怎么放，也在纸平面内，故 F＝IlB。C 图是两段导线组成的折线abc，整体受力实质上是两部分直导线分别受力的矢量 和，其有效长度为ac，故F＝IlB。D 图中，从a→b 的半圆形电流，分析圆弧上对称的每一 小段电流，受力抵消合并后，其有效长度为ab，故F＝2IRB。E 图中，F＝0。 [答案] A：IlBcos α B：IlB C：IlB D：2IRB E：0 应用安培力公式F＝BIlsin θ 解题的技巧 (1)公式F＝IlBsin θ 中θ 是B 和I 方向的夹角，不能盲目应用题目中所给的夹角，要根 据具体情况进行分析。 (2)公式F＝IBlsin θ 中的lsin θ 也可以理解为垂直于磁场方向的“有效长度”。 安培力作用下导体的运动问题 如图所示，在玻璃皿的中心放一个圆柱形电极，沿边缘内壁 放一个圆环形电极，将两电极接在电池的两极上，然后在玻璃皿中 放入盐水，把玻璃皿放入蹄形磁铁的磁场中，N 极在下，S 极在上， 通电后盐水就会旋转起来。通电后的盐水为什么会旋转起来？ 提示：接通电源后，盐水中有指向圆心的电流，根据左手定则，半径方向上的电流将受 到安培力使得盐水逆时针(自上向下看去)转动。 分析导体在磁场中运动的常用方法 电流 元法 把整段导线分为多段电流元，先用左手定则判断每段电流元所受安培力的方 向，然后判断整段导线所受安培力的方向，从而确定导线运动方向 等效法 环形电流可等效成小磁针，通电螺线管可以等效成条形磁铁或多个环形电流 (反过来等效也成立)，然后根据磁体间或电流间的作用规律判断 特殊位 置法 通过转动通电导线到某个便于分析的特殊位置，判断其所受安培力的方向， 从而确定其运动方向 结论法 两平行直线电流在相互作用过程中，无转动趋势，同向电流互相吸引，反向 电流互相排斥；不平行的两直线电流相互作用时，有转到平行且电流方向相 同的趋势 转换研 究 对象法 定性分析磁体在电流磁场作用下如何运动的问题，可先分析电流在磁体磁场 中所受的安培力，然后由牛顿第三定律，确定磁体所受电流磁场的反作用 力，从而确定磁体所受合力及其运动方向 【例3】 一个可以自由运动的线圈L1和一个固定的线圈L2互相绝缘垂直放置，且两 个线圈的圆心重合。当两线圈通以如图所示的电流时，从左向右看，则线圈L1将( ) A．不动 B．顺时针转动 C．逆时针转动 D．向纸面内平动 B [方法一：直线电流元分析法 把线圈L1沿转动轴分成上下两部分，每一部分又可以看成无数直流电流元，电流元处 在L2产生的磁场中，据安培定则可知各电流元所在处磁场向上。由左手定则可得，上部电流 元所受安培力均指向纸外，下部电流元所受安培力均指向纸内，因此从左向右看线圈L1顺时 针转动。 方法二：等效分析法 把线圈L1等效为小磁针，该小磁针刚好处于环形电流I2的中心，通电后，小磁针的N 极应指向该点环形电流I2的磁场方向，由安培定则知L2产生的磁场方向在其中心竖直向上， 而L1等效成小磁针后，在转动之前，N 极指向纸内，因此应由向纸内转为向上，所以从左向 右看，线圈L1顺时针转动。 方法三：利用结论法 环形电流I1、I2之间不平行，则必有相对转动，直到两环形电流同向平行为止，据此可 得从左向右看，线圈L1顺时针转动。] 判断导体在磁场中运动情况的常规思路 不管是电流还是磁体，对通电导体的作用都是通过磁场来实现的，因此，此类问题可按 下面步骤进行分析： (1)确定导体所在位置的磁场分布情况。 (2)结合左手定则判断导体所受安培力的方向。 (3)由导体的受力情况判定导体的运动状态。 第2 节 洛伦兹力 一、磁场对运动电荷的作用 1．洛伦兹力：物理学中，把磁场对运动电荷的作用力称为洛伦兹力。 2．洛伦兹力的大小 (1)如果带电粒子速度方向与磁感应强度方向平行，f＝0。 (2)如果带电粒子速度方向与磁感应强度方向垂直，f＝qvB。 (3)如果电荷运动的方向与磁场方向夹角为θ，f＝qvB sin _θ。 二、从安培力到洛伦兹力 1．洛伦兹力的推导 设导线横截面积为S，单位体积中含有的自由电子数为n，每个自由电子的电荷量为 e，定向移动的平均速率为v，垂直于磁场方向放入磁感应强度为B 的磁场中，如图所示。 截取一段长度l＝vΔt 的导线，这段导线中所含的自由电子数为N，则 N＝nSl＝nSv Δ t 在Δt 时间内，通过导线横截面的电荷为 Δq＝neSv Δ t 通过导线的电流为 I＝＝neSv 这段导线所受到的安培力 F＝IlB＝neSv 2 B Δ t 每个自由电子所受到的洛伦兹力 f＝＝evB 安培力的微观解释示意图 2．洛伦兹力的方向判定——左手定则 伸开左手，拇指与其余四指垂直，且都与手掌处于同一平面内，让磁感线垂直穿过手心， 四指指向正电荷运动的方向，那么拇指所指的方向就是正电荷所受洛伦兹力的方向。 三、带电粒子在匀强磁场中的运动 1．运动性质：当运动电荷垂直射入匀强磁场后，运动电荷做匀速圆周运动。 2．向心力：由洛伦兹力 f 提供，即qvB＝m。 3．轨道半径：r＝，由半径公式可知带电粒子运动的轨道半径与运动的速率、粒子的质 量成正比，与电荷量和磁感应强度成反比。 4．运动周期：由T＝可得T＝。由周期公式可知带电粒子的运动周期与粒子的质量成 正比，与电荷量和磁感应强度成反比，而与轨道半径和运动速率无关。 对洛伦兹力的理解 (教师用书独具)教材P9“实验与探究”答案提示：磁铁靠近时，磁场变强，电子径迹的 弯曲程度更明显，说明电子运动的轨道半径与磁场强弱有关。 (1)如图是把阴极射线管放入磁场中的情形，电子束偏转方向是怎样的？如果把通有与 电子运动方向相同的电流的导线放入该位置，则所受安培力的方向怎样？ (2)将磁铁的N 极、S 极交换位置，电子流有什么变化，说明了什么？ 提示：(1)电子向下偏转；通电导线受力向上。 (2)两极交换位置，电子流偏转的方向与原来相反，表明电子流受力方向与磁场方向有 关。 1．洛伦兹力方向的特点 (1)