高中物理魯科版2第一章電磁感應單元測試 2023版第1章章末分層突破

章末分層突破[自我校對]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電磁感應中的電路問題電磁感應與電路問題的聯(lián)系就是電源與電路的連接問題．解決問題的關鍵就是把電磁感應的問題等效轉換成穩(wěn)恒直流電路，其主要步驟是：1．確定電源應用閉合電路歐姆定律分析問題，應明確產生電動勢的那部分導體相當于電源，該部分電路的電阻是電源的內阻，而其余部分電路則是用電器，是外電路．2．分析電路結構，畫出等效電路圖這一步的實施的本質是確定“分析”的到位與準確．承上啟下，為下一步的處理做好準備．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處在磁場中，磁場方向垂直于線圈平面．磁感應強度隨時間變化的規(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)磁感應強度變化率的大小eq\f(ΔB,Δt)＝T/s線圈A中的感應電動勢的大小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，直角三角形導線框abc固定在勻強磁場中，ab是一段長為l、電阻為R的均勻導線，ac和bc的電阻可不計，ac長度為eq\f(l,2).磁場的磁感強度為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)的均勻導體桿MN架在導線框上，開始時緊靠ac，然后沿ab方向以恒定速度v向b端滑動，滑動中始終與ac平行并與導線框保持良好接觸．當MN滑過的距離為eq\f(l,3)時，導線ac中的電流是多大？【導學號：05002023】圖1－2【解析】設MN滑過的距離為eq\f(l,3)時，它與bc的接觸點為P，如圖所示．由幾何關系可知MP長度為eq\f(l,3)，MP中的感應電動勢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)解決這類問題的關鍵在于要清楚(1)誰是電源．用法拉第電磁感應定律或導體切割磁感線公式確定感應電動勢的大小，分析清楚感應電動勢是恒定的還是變化的；若是變化的，那么感應電動勢隨時間(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．電磁感應現(xiàn)象中的電荷量、能量問題1.感應電荷量電磁感應現(xiàn)象中流過導體某橫截面的電荷量是一個不斷積累的過程，是由于電路中磁通量發(fā)生變化，產生感應電流，使電路中的自由電荷定向移動的結果．求解此類問題要用平均感應電動勢求出平均感應電流，進而求出電荷量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，閉合電路中就會產生感應電流，通過導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間無關．2．能量問題在電磁感應現(xiàn)象中其他形式的能向電能轉化，根據(jù)能量的轉化與守恒定律，獲得的電能等于其他形式能的減少量．當感應電流通過用電器時，電能又轉化為其他形式的能，如焦耳熱．就本章而言，分析此類問題要從能量轉化與守恒的角度著手，弄清各種能量形式的相互轉化，然后應用能量守恒定律解題．如圖1－3所示，紙面內有一矩形導體閉合線框abcd，ab邊長大于bc邊長，置于垂直紙面向里、邊界為MN的勻強磁場外，線框兩次勻速地完全進入磁場，兩次速度大小相同，方向均垂直于MN.第一次ab邊平行MN進入磁場，線框上產生的熱量為Q1，通過線框導體橫截面的電荷量為q1；第二次bc邊平行MN進入磁場，線框上產生的熱量為Q2，通過線框導體橫截面的電荷量為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)法拉第電磁感應定律E＝Blv、歐姆定律I＝eq\f(E,R)和焦耳定律Q＝I2Rt，得線圈進入磁場產生的熱量Q＝eq\f(B2l2v2,R)·eq\f(l′,v)＝eq\f(B2Slv,R)，因為lab>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A正確，選項B、C、D錯誤．【答案】A如圖1－4所示，AOC是光滑的直角金屬導軌，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，如圖立在導軌上，且與AO成45°角．它在重力作用下由靜止開始運動，運動過程中b端始終在OC上，a端始終在AO上，直到ab完全落在OC上．整個裝置放在磁感應強度為B的勻強磁場中，則ab在這一過程中是否產生感應電流？如果產生感應電流，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)圖1－4【解析】對aOb回路，在這一過程中，ΔΦ＝eq\f(1,4)BL2，有磁通量變化，所以產生感應電流．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】產生感應電流eq\f(BL2,4R)1.在法拉第時代，下列驗證“由磁產生電”設想的實驗中，能觀察到感應電流的是()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】本題以驗證“由磁產生電”設想的實驗為背景，主要考查電磁感應現(xiàn)象．產生感應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A、B電路閉合，但磁通量不變，不能產生感應電流，故選項A、B不能觀察到電流表的變化；選項C滿足產生感應電流的條件，也能產生感應電流，但是等我們從一個房間到另一個房間后，電流表中已沒有電流，故選項C也不能觀察到電流表的變化；選項D滿足產生感應電流的條件，能產生感應電流，可以觀察到電流表的變化，所以選D.【答案】D2．如圖1－5所示，空間有一勻強磁場，一直金屬棒與磁感應強度方向垂直，當它以速度v沿與棒和磁感應強度都垂直的方向運動時，棒兩端的感應電動勢大小為E；將此棒彎成兩段長度相等且相互垂直的折線，置于與磁感應強度相垂直的平面內，當它沿兩段折線夾角平分線的方向以速度v運動時，棒兩端的感應電動勢大小為E′，則eq\f(E′,E)等于()【導學號：05002023】圖1－5\f(1,2)\f(\r(2),2)C．1\r(2)【解析】設金屬棒長度為l，勻強磁場的磁感應強度為B，根據(jù)電磁感應定律得E＝Blv.金屬棒彎折后，切割磁感線運動的有效長度變?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，用示波器測得線圈cd間電壓如圖(b)所示．已知線圈內部的磁場與流經線圈的電流成正比，則下列描述線圈ab中電流隨時間變化關系的圖中，可能正確的是()(a)(b)圖1－6【解析】本題可由法拉第電磁感應定律判斷．由題圖(b)可知在cd間不同時間段內產生的電壓是恒定的，所以在該時間段內線圈ab中的磁場是均勻變化的，則線圈ab中的電流是均勻變化的，故選項A、B、D錯誤，選項C正確．【答案】C4．做磁共振(MRl)檢查時，對人體施加的磁場發(fā)生變化時會在肌肉組織中產生感應電流．某同學為了估算該感應電流對肌肉組織的影響，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，線圈導線的截面積A＝0.80cm2，電阻率ρ＝Ω·m.如圖1－7所示，勻強磁場方向與線圈平面垂直，若磁感應強度B在s內從T均勻地減為零，求：(計算結果保留一位有效數(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電動勢E；(3)s內該圈肌肉組織中產生的熱量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)感應電動勢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(