高中物理魯科版2第二章楞次定律和自感現(xiàn)象單元測試 2023版第2章章末分層突破

章末分層突破[自我校對]①感應(yīng)電流②阻礙③磁通量的變化④切割⑤自身電流⑥相反⑦相同⑧阻礙⑨變化⑩橫截面積?長短?鎮(zhèn)流器?次級線圈?轉(zhuǎn)換開關(guān)?電容器四規(guī)律的比較應(yīng)用規(guī)律比較(多選)如圖2－1所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒PQ、MN，當(dāng)PQ在外力的作用下運動時，MN在磁場力的作用下向右運動，則PQ所做的運動可能是()圖2－1A．向右加速運動 B．向左加速運動C．向右減速運動 D．向左減速運動【解析】當(dāng)PQ向右運動時，用右手定則可判定PQ中感應(yīng)電流的方向是由Q→P，由安培定則可知穿過L1的磁場方向是自下而上的；若PQ向右加速運動，則穿過L1的磁通量增加，用楞次定律可以判斷流過MN的感應(yīng)電流是從N→M的，用左手定則可判定MN受到向左的安培力，將向左運動，可見選項A不正確；若PQ向右減速運動，流過MN的感應(yīng)電流方向、感應(yīng)電流所受的安培力的方向均將反向，MN向右運動，所以選項C是正確的；同理可判斷B項是正確的，D項是錯誤的．【答案】BC使用哪只手要看題中具體情景中的因果關(guān)系，“因電而動”——用左手，“因動而電”——用右手，“因電而磁”——用右手．電磁感應(yīng)中的圖象問題電磁感應(yīng)的圖象問題是高考中的熱點問題，它要求考生做到三會：會識圖——認(rèn)識圖象，理解圖象的物理意義；會作圖——依據(jù)物理現(xiàn)象、物理過程、物理規(guī)律畫出相應(yīng)的圖象；會用圖——能用圖象分析、描述電磁感應(yīng)過程，用圖象法解決問題．圖象問題一般有兩種類型，一是圖象類型、二是問題類型．兩種類型具體如下表：圖象類型(1)磁感應(yīng)強度B、磁通量Φ、感應(yīng)電動勢E和感應(yīng)電流I隨時間t變化的圖象，即B－t圖象、Φ－t圖象、E－t圖象和I－t圖象(2)對于切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的情況，還常常涉及感應(yīng)電動勢E和感應(yīng)電流I隨線圈位移x變化的圖象，即E－x圖象和I－x圖象問題類型(1)由給定的電磁感應(yīng)過程選出或畫出正確的圖象(2)由給定的有關(guān)圖象分析電磁感應(yīng)過程，求解相應(yīng)的物理量分析圖象問題時應(yīng)特別關(guān)注的四點事項：(1)圖象中兩個坐標(biāo)軸各代表什么意思．(2)圖象中橫縱坐標(biāo)的正、負(fù)各表示什么意思．(3)畫圖象時應(yīng)注意初始狀態(tài)如何以及正方向的選取．(4)注意圖象橫軸、縱軸截距以及圖線斜率、圖線包圍面積的物理意義．求解時要注意相關(guān)規(guī)律的應(yīng)用，如右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律等；求解時要分清“過程段”，對每個階段導(dǎo)體的切割情況或回路的變化情況都要仔細(xì)分析，并進一步確定電動勢和電流等的變化規(guī)律，有的甚至要對線框進行受力分析和運動分析．如圖2－2所示，寬度為d的有界勻強磁場，方向垂直于紙面向里．在紙面所在平面內(nèi)有一對角線長也為d的正方形閉合線圈ABCD，沿AC方向垂直磁場邊界勻速穿過該磁場區(qū)域．規(guī)定逆時針方向為感應(yīng)電流的正方向，t＝0時C點恰好進入磁場，則從C點進入磁場開始到A點離開磁場為止，閉合線圈中感應(yīng)電流隨時間的變化圖象正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：05002048】圖2－2【解析】線圈在進磁場的過程中，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的方向為CBADC方向，即為正值，在出磁場的過程中，根據(jù)楞次定律知，感應(yīng)電流的方向為ABCDA，即為負(fù)值．在線圈進入磁場直到進入一半的過程中，切割的有效長度均勻增大，感應(yīng)電動勢均勻增大，則感應(yīng)電流均勻增大，在線圈繼續(xù)運動至全部進入磁場的過程中，切割的有效長度均勻減小，感應(yīng)電動勢均勻減小，則感應(yīng)電流均勻減??；在線圈出磁場直到離開一半的過程中，切割的有效長度均勻增大，感應(yīng)電流均勻增大，在線圈全部出磁場的過程中，切割的有效長度均勻減小，感應(yīng)電流均勻減?。蔄正確，B、C、D錯誤．【答案】A電磁感應(yīng)中的力學(xué)問題1.解決電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問題的一般思路(1)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律求感應(yīng)電動勢的大小和方向；(2)求回路中的電流；(3)分析研究導(dǎo)體受力情況(包含安培力，用左手定則確定其方向)；(4)根據(jù)牛頓第二定律或物體受力平衡列方程求解．2．受力情況、運動情況的動態(tài)分析導(dǎo)體受力運動產(chǎn)生感應(yīng)電動勢→感應(yīng)電流→通電導(dǎo)體受安培力作用→合外力變化→加速度變化→速度變化→感應(yīng)電動勢變化→……周而復(fù)始地循環(huán)，最終結(jié)果是加速度等于零，導(dǎo)體達(dá)到穩(wěn)定運動狀態(tài)．處理此類問題要畫好受力示意圖，抓住加速度a＝0時，速度v達(dá)到最值的特點．如圖2－3所示，AB、CD是兩根足夠長的固定平行金屬導(dǎo)軌，兩導(dǎo)軌間的距離為L，導(dǎo)軌平面與水平面間的夾角為θ，在整個導(dǎo)軌平面內(nèi)都有垂直于導(dǎo)軌平面斜向上方的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，在導(dǎo)軌的AC端連接有一個阻值為R的電阻，一根垂直于導(dǎo)軌放置的金屬棒ab，質(zhì)量為m，從靜止開始沿導(dǎo)軌下滑，求ab棒的最大速度為多少？(已知ab與導(dǎo)軌間的動摩擦因數(shù)為μ，導(dǎo)軌與金屬的電阻都不計)圖2－3【解析】金屬棒ab下滑時產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向和受力情況如圖所示，金屬棒ab沿導(dǎo)軌下滑過程中受到重力mg，支持力FN、摩擦力Ff和安培力F安四個力作用．金屬棒下滑產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E＝BLv，閉合回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為I＝eq\f(E,R)，安培力F安的方向沿斜面向上，其大小為：F安＝BIL＝Beq\f(E,R)L＝eq\f(B2L2v,R)根據(jù)牛頓第二定律得：mgsinθ－μmgcosθ－eq\f(B2L2v,R)＝ma金屬棒由靜止開始下滑后，做加速度逐漸減小的變加速運動，當(dāng)加速度減小到零時，速度增至最大，以后金屬棒將以這個最大速度勻速下滑．此時mgsinθ－μmgcosθ－eq\f(B2L2vmax,R)＝0解上式得vmax＝eq\f(mgsinθ－μcosθR,B2L2).【答案】eq\f(mgsinθ－μcosθR,B2L2)1．(多選)1824年，法國科學(xué)家阿拉果完成了著名的“圓盤實驗”．實驗中將一銅圓盤水平放置，在其中心正上方用柔軟細(xì)線懸掛一枚可以自由旋轉(zhuǎn)的磁針，如圖2－4所示．實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)圓盤在磁針的磁場中繞過圓盤中心的豎直軸旋轉(zhuǎn)時，磁針也隨著一起轉(zhuǎn)動起來，但略有滯后．下列說法正確的是()圖2－4A．圓盤上產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢B．圓盤內(nèi)的渦電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動C．在圓盤轉(zhuǎn)動的過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量發(fā)生了變化D．圓盤中的自由電子隨圓盤一起運動形成電流，此電流產(chǎn)生的磁場導(dǎo)致磁針轉(zhuǎn)動【解析】當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時，圓盤的半徑切割磁針產(chǎn)生的磁場的磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，選項A正確；如圖所示，銅圓盤上存在許多小的閉合回路，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動時，穿過小的閉合回路的磁通量發(fā)生變化，回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流阻礙其相對運動，但抗拒不了相對運動，故磁針會隨圓盤一起轉(zhuǎn)動，但略有滯后，選項B正確D錯誤；在圓盤轉(zhuǎn)動過程中，磁針的磁場穿過整個圓盤的磁通量始終為零，選項C錯誤．【答案】AB2．如圖2－5，直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中，磁感應(yīng)強度大小為B，方向平行于ab邊向上．當(dāng)金屬框繞ab邊以角速度ω逆時針轉(zhuǎn)動時，a、b、c三點的電勢分別為Ua、Ub、Uc.已知bc邊的長度為l.下列判斷正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：05002049】圖2－5A．Ua>Uc，金屬框中無電流B．Ub>Uc，金屬框中電流方向沿a－b－c－aC．Ubc＝－eq\f(1,2)Bl2ω，金屬框中無電流D．Ubc＝eq\f(1,2)Bl2ω，金屬框中電流方向沿a－c－b－a【解析】金屬框abc平面與磁場平行，轉(zhuǎn)動過程中磁通量始終為零，所以無感應(yīng)電流產(chǎn)生，選項B、D錯誤．轉(zhuǎn)動過程中bc邊和ac邊均切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由右手定則判斷Ua＜Uc，Ub＜Uc，選項A錯誤．由轉(zhuǎn)動切割產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的公式得Ubc＝－eq\f(1,2)Bl2ω，選項C正確．【答案】C3．(多選)法拉第圓盤發(fā)電機的示意圖如圖2－6所示．銅圓盤安裝在豎直的銅軸上，兩銅片P、Q分別與圓盤的邊緣和銅軸接觸．圓盤處于方向豎直向上的勻強磁場B中．圓盤旋轉(zhuǎn)時，關(guān)于流過電阻R的電流，下列說法正確的是()圖2－6A．若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度恒定，則電流大小恒定B．若從上向下看，圓盤順時針轉(zhuǎn)動，則電流沿a到b的方向流動C．若圓盤轉(zhuǎn)動方向不變，角速度大小發(fā)生變化，則電流方向可能發(fā)生變化D．若圓盤轉(zhuǎn)動的角速度變?yōu)樵瓉淼?倍，則電流在R上的熱功率也變?yōu)樵瓉淼?倍【解析】由右手定則知，圓盤按如題圖所示的方向轉(zhuǎn)動時，感應(yīng)電流沿a到b的方向流動，選項B正確；由感應(yīng)電動勢E＝eq\f(1,2)Bl2ω知，角速度恒定，則感應(yīng)電動勢恒定，電流大小恒定，選項A正確；角速度大小變化，感應(yīng)電動勢大小變化，但感應(yīng)電流方向不變，選項C錯誤；若ω變?yōu)樵瓉淼?倍，則感應(yīng)電動勢變?yōu)樵瓉淼?倍，電流變?yōu)樵瓉淼?倍，由P＝I2R知，電流在R上的熱功率變?yōu)樵瓉淼?倍，選項D錯誤．【答案】AB4．如圖2－7所示，勻強磁場中有兩個導(dǎo)體圓環(huán)a、b，磁場方向與圓環(huán)所在平面垂直．磁感應(yīng)強度B隨時間均勻增大．兩圓環(huán)半徑之比為2∶1，圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢分別為Ea和Eb.不考慮兩圓環(huán)間的相互影響．下列說法正確的是()圖2－7A．Ea∶Eb＝4∶1，感應(yīng)電流均沿逆時針方向B．Ea∶Eb＝4∶1，感應(yīng)電流均沿順時針方向C．Ea∶Eb＝2∶1，感應(yīng)電流均沿逆時針方向D．Ea∶Eb＝2∶1，感應(yīng)電流均沿順時針方向【解析】由楞次定律知，題中圓環(huán)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場與原磁場方向相反，故感應(yīng)電流沿順時針方向．由法拉第電磁感應(yīng)定律知E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(ΔBS,Δt)＝eq\f(ΔB·πR2,Δt)，由于兩圓環(huán)半徑之比Ra∶Rb＝2∶1，所以Ea∶Eb＝4∶1，選項B正確．【答案】B5.如圖2－8所示，水平面(紙面)內(nèi)間距為l的平行金屬導(dǎo)軌間接一電阻，質(zhì)量為m、長度為l的金屬桿置于導(dǎo)軌上．t＝0時，金屬桿在水平向右、大小為F的恒定拉力作用下由靜止開始運動．t0時刻，金屬桿進入磁感應(yīng)強度大小為B、方向垂直于紙面向里的勻強磁場區(qū)域，且在磁場中恰好能保持勻速運動．桿與導(dǎo)軌的電阻均忽略不計，兩者始終保持垂直且接觸良好，兩者之間的動摩擦因數(shù)為μ.重力加速度大小為g.求：(1)金屬桿在磁場中運動時產(chǎn)生的電動勢的大小；(2)電阻的阻值.【導(dǎo)學(xué)號：05002050】圖2－8【解析】(1)設(shè)金屬桿進入磁場前的加速度大小為a，由牛頓第二定律得ma＝F－μmg①設(shè)金屬桿到達(dá)磁場左邊界時的速度為v，由運動學(xué)公式有v＝at0②當(dāng)金屬桿以速度v在磁場中運動時，由法拉第電磁感應(yīng)定律，桿中的電動勢為E＝Blv③聯(lián)立①②③式可得E＝Blt0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(F,m)－μg)).④(2)設(shè)金屬桿在磁場區(qū)域中勻速運動時，金屬桿中的電流為I，根據(jù)歐姆定律I＝eq\f(E,R)⑤式中R為電阻的阻值．金屬桿所受的安培力為f＝BlI⑥因金屬桿做勻速運動，由牛頓運動定律得F－μmg－f＝0⑦聯(lián)立④⑤⑥⑦式得R＝eq\f(B2l2t0,m).⑧【答案】(1)Blt0eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\