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........................................................................................................- 2 - 第1 节 安培力及其应用................................................................................................- 2 - 第2 节 洛伦兹力............................................................................................................- 8 - 第3 节 洛伦兹力的应用..............................................................................................- 15 - 章末复习总结..................................................................................................................- 20 - 第2 章电磁感应及其应用......................................................................................................- 28 - 第1 节 科学探究：感应电流的方向(第1 课时).......................................................- 28 - 第1 节 科学探究：感应电流的方向(第2 课时).......................................................- 30 - 第2 节 法拉第电磁感应定律......................................................................................- 35 - 第3 节 自感现象与涡流..............................................................................................- 41 - 章末复习总结..................................................................................................................- 45 - 第3 章交变电流与远距离输电..............................................................................................- 51 - 第1 节 交变电流的特点..............................................................................................- 51 - 第2 节 交变电流的产生..............................................................................................- 57 - 第3 节 科学探究：变压器..........................................................................................- 64 - 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..................................................................................................................- 79 - 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＝ ILB B 与I 垂直 0 B 与I 平行 IlBsin θ B 与I 的夹角为θ (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＝2IlB。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：2IlB 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＝qvBsin_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＝nSvΔt 在Δt 时间内，通过导线横截面的电荷为 Δq＝neSvΔt 通过导线的电流为 I＝Δq Δt ＝neSv 这段导线所受到的安培力 F＝IlB＝neSv 2BΔt 每个自由电子所受到的洛伦兹力 f＝F N ＝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＝mv 2 r 。 3．轨道半径：r＝mv qB ，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＝2πr v 可得T＝2πm qB 。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