高中物理魯科版2第一章電磁感應(yīng)單元測(cè)試 2023版第1章章末分層突破

章末分層突破[自我校對(duì)]①磁通量發(fā)生變化②電能③磁通量④neq\f(ΔΦ,Δt)⑤Blv⑥eq\f(1,2)Bl2ω電磁感應(yīng)中的電路問題電磁感應(yīng)與電路問題的聯(lián)系就是電源與電路的連接問題．解決問題的關(guān)鍵就是把電磁感應(yīng)的問題等效轉(zhuǎn)換成穩(wěn)恒直流電路，其主要步驟是：1．確定電源應(yīng)用閉合電路歐姆定律分析問題，應(yīng)明確產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源，該部分電路的電阻是電源的內(nèi)阻，而其余部分電路則是用電器，是外電路．2．分析電路結(jié)構(gòu)，畫出等效電路圖這一步的實(shí)施的本質(zhì)是確定“分析”的到位與準(zhǔn)確．承上啟下，為下一步的處理做好準(zhǔn)備．3．利用電路規(guī)律求解主要是歐姆定律、串并聯(lián)電路、電功、電熱．如圖1－1所示，面積為0.2m2的100匝線圈A處在磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于線圈平面．磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律是B＝(6－T，已知電路中的R1＝4Ω，R2＝6Ω，電容C＝30μF，線圈A圖1－1(1)閉合S后，通過R2的電流大?。?2)閉合S一段時(shí)間后，再斷開S，S斷開后通過R2的電荷量是多少？【解析】(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化率的大小eq\f(ΔB,Δt)＝T/s線圈A中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小E＝nSeq\f(ΔB,Δt)＝100××V＝4V通過R2的電流：I＝eq\f(E,R1＋R2)＝eq\f(4,4＋6)A＝0.4A.(2)R2兩端的電壓U＝IR2＝V電容器穩(wěn)定后所帶的電荷量Q＝CU＝3×10－5×2.4C＝×10－5S斷開后通過R2的電荷量為×10－5C【答案】(1)0.4A(2)×10－5如圖1－2所示，直角三角形導(dǎo)線框abc固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，ab是一段長為l、電阻為R的均勻?qū)Ь€，ac和bc的電阻可不計(jì)，ac長度為eq\f(l,2).磁場(chǎng)的磁感強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里．現(xiàn)有一段長度為eq\f(l,2)、電阻為eq\f(R,2)的均勻?qū)w桿MN架在導(dǎo)線框上，開始時(shí)緊靠ac，然后沿ab方向以恒定速度v向b端滑動(dòng)，滑動(dòng)中始終與ac平行并與導(dǎo)線框保持良好接觸．當(dāng)MN滑過的距離為eq\f(l,3)時(shí)，導(dǎo)線ac中的電流是多大？【導(dǎo)學(xué)號(hào)：05002023】圖1－2【解析】設(shè)MN滑過的距離為eq\f(l,3)時(shí)，它與bc的接觸點(diǎn)為P，如圖所示．由幾何關(guān)系可知MP長度為eq\f(l,3)，MP中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝eq\f(1,3)Blv，等效電路如圖MP段的電阻為r＝eq\f(1,3)RMacP和MbP兩電路的并聯(lián)電阻為r并＝eq\f(\f(1,3)×\f(2,3),\f(1,3)＋\f(2,3))R＝eq\f(2,9)R由歐姆定律，PM中的電流I＝eq\f(E,r＋r并)據(jù)并聯(lián)電路的特點(diǎn)可知ac中的電流Iac＝eq\f(2,3)I解得Iac＝eq\f(2Blv,5R).【答案】eq\f(2Blv,5R)解決這類問題的關(guān)鍵在于要清楚(1)誰是電源．用法拉第電磁感應(yīng)定律或?qū)w切割磁感線公式確定感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小，分析清楚感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是恒定的還是變化的；若是變化的，那么感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)隨時(shí)間(或位置)的變化規(guī)律是怎樣的．(2)誰是外電路．畫出等效電路圖，弄清外電路是如何連接的，是串聯(lián)還是并聯(lián)；外電路是不是穩(wěn)定的，電路總電阻是恒定的還是變化的．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電荷量、能量問題1.感應(yīng)電荷量電磁感應(yīng)現(xiàn)象中流過導(dǎo)體某橫截面的電荷量是一個(gè)不斷積累的過程，是由于電路中磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，使電路中的自由電荷定向移動(dòng)的結(jié)果．求解此類問題要用平均感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)求出平均感應(yīng)電流，進(jìn)而求出電荷量q＝eq\x\to(I)Δt＝eq\f(\x\to(E),R總)Δt＝neq\f(ΔΦ,ΔtR總)Δt＝neq\f(ΔΦ,R總)，該式中n為線圈的匝數(shù)，ΔΦ為磁通量的變化量，R總為閉合電路的總電阻．可見，在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過導(dǎo)線某橫截面的電荷量q僅由線圈的匝數(shù)n、磁通量的變化量ΔΦ和閉合電路的電阻R總決定，與發(fā)生磁通量的變化量的時(shí)間無關(guān)．2．能量問題在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中其他形式的能向電能轉(zhuǎn)化，根據(jù)能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律，獲得的電能等于其他形式能的減少量．當(dāng)感應(yīng)電流通過用電器時(shí)，電能又轉(zhuǎn)化為其他形式的能，如焦耳熱．就本章而言，分析此類問題要從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度著手，弄清各種能量形式的相互轉(zhuǎn)化，然后應(yīng)用能量守恒定律解題．如圖1－3所示，紙面內(nèi)有一矩形導(dǎo)體閉合線框abcd，ab邊長大于bc邊長，置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強(qiáng)磁場(chǎng)外，線框兩次勻速地完全進(jìn)入磁場(chǎng)，兩次速度大小相同，方向均垂直于MN.第一次ab邊平行MN進(jìn)入磁場(chǎng)，線框上產(chǎn)生的熱量為Q1，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q1；第二次bc邊平行MN進(jìn)入磁場(chǎng)，線框上產(chǎn)生的熱量為Q2，通過線框?qū)w橫截面的電荷量為q2，則()A．Q1>Q2，q1＝q2 B．Q1>Q2，q1>q2C．Q1＝Q2，q1＝q2 D．Q1＝Q2，q1>q2圖1－3【解析】根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律E＝Blv、歐姆定律I＝eq\f(E,R)和焦耳定律Q＝I2Rt，得線圈進(jìn)入磁場(chǎng)產(chǎn)生的熱量Q＝eq\f(B2l2v2,R)·eq\f(l′,v)＝eq\f(B2Slv,R)，因?yàn)閘ab>lbc，所以Q1>Q2.根據(jù)eq\x\to(E)＝eq\f(ΔΦ,Δt)，eq\x\to(I)＝eq\f(\x\to(E),R)及q＝eq\x\to(I)Δt得q＝eq\f(BS,R)，故q1＝q2.選項(xiàng)A正確，選項(xiàng)B、C、D錯(cuò)誤．【答案】A如圖1－4所示，AOC是光滑的直角金屬導(dǎo)軌，AO沿豎直方向，OC沿水平方向，ab是一根長為L、電阻為R的金屬直棒，如圖立在導(dǎo)軌上，且與AO成45°角．它在重力作用下由靜止開始運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中b端始終在OC上，a端始終在AO上，直到ab完全落在OC上．整個(gè)裝置放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，則ab在這一過程中是否產(chǎn)生感應(yīng)電流？如果產(chǎn)生感應(yīng)電流，求這一過程中通過ab棒某一截面的電荷量．(其他部分電阻不計(jì))圖1－4【解析】對(duì)aOb回路，在這一過程中，ΔΦ＝eq\f(1,4)BL2，有磁通量變化，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流．由q＝IΔt和E＝eq\f(ΔΦ,Δt)，I＝eq\f(E,R)得q＝eq\f(ΔΦ,R)＝eq\f(BL2,4R).【答案】產(chǎn)生感應(yīng)電流eq\f(BL2,4R)1.在法拉第時(shí)代，下列驗(yàn)證“由磁產(chǎn)生電”設(shè)想的實(shí)驗(yàn)中，能觀察到感應(yīng)電流的是()A．將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路，然后觀察電流表的變化B．在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈，然后觀察電流表的變化C．將一房間內(nèi)的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接，往線圈中插入條形磁鐵后，再到相鄰房間去觀察電流表的變化D．繞在同一鐵環(huán)上的兩個(gè)線圈，分別接電源和電流表，在給線圈通電或斷電的瞬間，觀察電流表的變化【解析】本題以驗(yàn)證“由磁產(chǎn)生電”設(shè)想的實(shí)驗(yàn)為背景，主要考查電磁感應(yīng)現(xiàn)象．產(chǎn)生感應(yīng)電流必須滿足的條件：①電路閉合；②穿過閉合電路的磁通量要發(fā)生變化．選項(xiàng)A、B電路閉合，但磁通量不變，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，故選項(xiàng)A、B不能觀察到電流表的變化；選項(xiàng)C滿足產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，也能產(chǎn)生感應(yīng)電流，但是等我們從一個(gè)房間到另一個(gè)房間后，電流表中已沒有電流，故選項(xiàng)C也不能觀察到電流表的變化；選項(xiàng)D滿足產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，能產(chǎn)生感應(yīng)電流，可以觀察到電流表的變化，所以選D.【答案】D2．如圖1－5所示，空間有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一直金屬棒與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直，當(dāng)它以速度v沿與棒和磁感應(yīng)強(qiáng)度都垂直的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，棒兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E；將此棒彎成兩段長度相等且相互垂直的折線，置于與磁感應(yīng)強(qiáng)度相垂直的平面內(nèi)，當(dāng)它沿兩段折線夾角平分線的方向以速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，棒兩端的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小為E′，則eq\f(E′,E)等于()【導(dǎo)學(xué)號(hào)：05002023】圖1－5\f(1,2)\f(\r(2),2)C．1\r(2)【解析】設(shè)金屬棒長度為l，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，根據(jù)電磁感應(yīng)定律得E＝Blv.金屬棒彎折后，切割磁感線運(yùn)動(dòng)的有效長度變?yōu)閑q\f(\r(2),2)l，故E′＝eq\f(\r(2),2)Blv.因此eq\f(E′,E)＝eq\f(\r(2),2)，B正確．【答案】B3．如圖1－6(a)所示，線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上，在ab線圈中通以變化的電流，用示波器測(cè)得線圈cd間電壓如圖(b)所示．已知線圈內(nèi)部的磁場(chǎng)與流經(jīng)線圈的電流成正比，則下列描述線圈ab中電流隨時(shí)間變化關(guān)系的圖中，可能正確的是()(a)(b)圖1－6【解析】本題可由法拉第電磁感應(yīng)定律判斷．由題圖(b)可知在cd間不同時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的電壓是恒定的，所以在該時(shí)間段內(nèi)線圈ab中的磁場(chǎng)是均勻變化的，則線圈ab中的電流是均勻變化的，故選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確．【答案】C4．做磁共振(MRl)檢查時(shí)，對(duì)人體施加的磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)會(huì)在肌肉組織中產(chǎn)生感應(yīng)電流．某同學(xué)為了估算該感應(yīng)電流對(duì)肌肉組織的影響，將包裹在骨骼上的一圈肌肉組織等效成單匝線圈，線圈的半徑r＝5.0cm，線圈導(dǎo)線的截面積A＝0.80cm2，電阻率ρ＝Ω·m.如圖1－7所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與線圈平面垂直，若磁感應(yīng)強(qiáng)度B在s內(nèi)從T均勻地減為零，求：(計(jì)算結(jié)果保留一位有效數(shù)字)圖1－7(1)該圈肌肉組織的電阻R；(2)該圈肌肉組織中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E；(3)s內(nèi)該圈肌肉組織中產(chǎn)生的熱量Q.【解析】(1)由電阻定律得R＝ρeq\f(2πr,A)，代入數(shù)據(jù)得R≈6×103Ω.(2)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝eq\f(ΔB·πr2,Δt)，代入數(shù)據(jù)得E≈4×10－2V.(3)由焦耳定律得Q＝eq\f(E2,R)Δt，代入數(shù)據(jù)得Q＝8×10－8J.【答案】(1)6×103Ω(2)4×10－2V(