高中物理第1章电磁感应章末分层突破教师用书鲁科版选修3-2.pdf

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1、精品教案可编辑第 1 章 电磁感应电磁感应现象产生感应电流的条件：穿过闭合电路的能量转化：其他形式能转化为法拉第电磁感应定律感应电动势定义：在电磁感应现象中产生的电动势产生的条件：发生变化表达式：E导体切割磁感线：E导体转动切割磁感线E应用涡流及其应用磁卡和动圈式话筒自我校对 磁通量发生变化电能磁通量ntBlv12Bl2电磁感应中的电路问题电磁感应与电路问题的联系就是电源与电路的连接问题解决问题的关键就是把电磁感精品教案可编辑应的问题等效转换成稳恒直流电路，其主要步骤是：1确定电源应用闭合电路欧姆定律分析问题，应明确产生电动势的那部分导体相当于电源，该部分电路的电阻是电源的内阻，而其余部分电路

2、则是用电器，是外电路2分析电路结构，画出等效电路图这一步的实施的本质是确定“分析”的到位与准确承上启下，为下一步的处理做好准备3利用电路规律求解主要是欧姆定律、串并联电路、电功、电热如图 1-1 所示，面积为0.2 m2的 100 匝线圈A处在磁场中，磁场方向垂直于线圈平面磁感应强度随时间变化的规律是B(60.2t)T，已知电路中的R14，R26，电容C30 F，线圈A的电阻不计求：图 1-1(1)闭合 S 后，通过R2的电流大小(2)闭合 S 一段时间后，再断开S，S 断开后通过R2的电荷量是多少？【解析】(1)磁感应强度变化率的大小Bt0.2 T/s线圈A中的感应电动势的大小EnSBt 1

3、00 0.2 0.2V4 V通过R2的电流：IER1R2446A0.4 A.(2)R2两端的电压UIR22.4 V电容器稳定后所带的电荷量精品教案可编辑QCU 3 10 5 2.4 C 7.2 10 5CS 断开后通过R2的电荷量为7.2 10 5C.【答案】(1)0.4 A(2)7.2 105C如图 1-2 所示，直角三角形导线框abc固定在匀强磁场中，ab是一段长为l、电阻为R的均匀导线，ac和bc的电阻可不计，ac长度为l2.磁场的磁感强度为B，方向垂直纸面向里 现有一段长度为l2、电阻为R2的均匀导体杆MN架在导线框上，开始时紧靠ac，然后沿ab方向以恒定速度v向b端滑动，滑动中始终与

4、ac平行并与导线框保持良好接触当MN滑过的距离为l3时，导线ac中的电流是多大？图 1-2【解析】设MN滑过的距离为l3时，它与bc的接触点为P，如图所示由几何关系可知MP长度为l3，MP中的感应电动势E13Blv，等效电路如图MP段的电阻为r13RMacP和MbP两电路的并联电阻为精品教案可编辑r并13231323R29R由欧姆定律，PM中的电流IErr并据并联电路的特点可知ac中的电流Iac23I解得Iac2Blv5R【答案】2Blv5R解决这类问题的关键在于要清楚(1)谁是电源用法拉第电磁感应定律或导体切割磁感线公式确定感应电动势的大小，分析清楚感应电动势是恒定的还是变化的；若是变化的，

5、那么感应电动势随时间(或位置)的变化规律是怎样的(2)谁是外电路画出等效电路图，弄清外电路是如何连接的，是串联还是并联；外电路是不是稳定的，电路总电阻是恒定的还是变化的电磁感应现象中的电荷量、能量问题(1)感应电荷量电磁感应现象中流过导体某横截面的电荷量是一个不断积累的过程，是由于电路中磁通量发生变化，产生感应电流，使电路中的自由电荷定向移动的结果求解此类问题要用平均感应电动势求出平均感应电流，进而求出电荷量q-ItERtntRtnR，该式中n为线圈的匝数，为磁通量的变化量，R为闭合电路的总电阻可见，在电磁感应现象中，只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流，通过导线某横截

6、面的精品教案可编辑电荷量q仅由线圈的匝数n、磁通量的变化量和闭合电路的电阻R决定，与发生磁通量的变化量的时间无关(2)能量问题在电磁感应现象中其他形式的能向电能转化，根据能量的转化与守恒定律，获得的电能等于其他形式能的减少量当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能，如焦耳热就本章而言，分析此类问题要从能量转化与守恒的角度着手，弄清各种能量形式的相互转化，然后应用能量守恒定律解题如图 1-3 所示，纸面内有一矩形导体闭合线框abcd，ab边长大于bc边长，置于垂直纸面向里、边界为MN的匀强磁场外，线框两次匀速地完全进入磁场，两次速度大小相同，方向均垂直于MN.第一次ab边平行MN进入磁场

7、，线框上产生的热量为Q1，通过线框导体横截面的电荷量为q1；第二次bc边平行MN进入磁场，线框上产生的热量为Q2，通过线框导体横截面的电荷量为q2，则()图 1-3AQ1Q2，q1q2BQ1Q2，q1q2CQ1Q2，q1q2DQ1Q2，q1q2【解析】根据法拉第电磁感应定律EBlv、欧姆定律IER和焦耳定律QI2Rt，得线圈进入磁场产生的热量QB2l2v2RlvB2SlvR，因为lablbc，所以Q1Q2.根据Et，IER及qIt得qBSR，故q1q2.选项 A 正确，选项B、C、D 错误【答案】A如图 1-4 所示，AOC是光滑的直角金属导轨，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，ab是一根长为L

8、、电阻为R的金属直棒，如图立在导轨上，且与AO成 45 角它在精品教案可编辑重力作用下由静止开始运动，运动过程中b端始终在OC上，a端始终在AO上，直到ab完全落在OC上整个装置放在磁感应强度为B的匀强磁场中，则ab在这一过程中是否产生感应电流？如果产生感应电流，求这一过程中通过ab棒某一截面的电荷量(其他部分电阻不计)图 1-4【解析】对aOb回路，在这一过程中，14BL2，有磁通量变化，所以产生感应电流由qIt和Et，IER得qRBL24R.【答案】产生感应电流BL24R1.(2014全国卷)在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是()A将绕在磁铁上的线圈与电

9、流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化B在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化C将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，精品教案可编辑观察电流表的变化【解析】本题以验证“由磁产生电”设想的实验为背景，主要考查电磁感应现象产生感应电流必须满足的条件：电路闭合；穿过闭合电路的磁通量要发生变化选项 A、B 电路闭合，但磁通量不变，不能产生感应电流，故选项A、B 不能观察到电流表的变化；选项C 满足产生感应电流的条件，也能产生感应电流，但是等我们

10、从一个房间到另一个房间后，电流表中已没有电流，故选项C 也不能观察到电流表的变化；选项D 满足产生感应电流的条件，能产生感应电流，可以观察到电流表的变化，所以选D.【答案】D2(2015海南高考)如图 1-5 所示，空间有一匀强磁场，一直金属棒与磁感应强度方向垂直，当它以速度v沿与棒和磁感应强度都垂直的方向运动时，棒两端的感应电动势大小为E；将此棒弯成两段长度相等且相互垂直的折线，置于与磁感应强度相垂直的平面内，当它沿两段折线夹角平分线的方向以速度v运动时，棒两端的感应电动势大小为E，则EE等于()图 1-5A.12B.22C1 D.2【解析】设金属棒长度为l，匀强磁场的磁感应强度为B，根据电

11、磁感应定律得EBlv.金属棒弯折后，切割磁感线运动的有效长度变为22l，故E22Blv.因此EE22，B正确【答案】B3(2014全国卷)如图1-6(a)所示，线圈ab、cd绕在同一软铁芯上，在ab线圈中通以变化的电流，用示波器测得线圈cd间电压如图(b)所示已知线圈内部的磁场与流经线精品教案可编辑圈的电流成正比，则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中，可能正确的是()(a)(b)图 1-6【解析】本题可由法拉第电磁感应定律判断由题图(b)可知在cd间不同时间段内产生的电压是恒定的，所以在该时间段内线圈ab中的磁场是均匀变化的，则线圈ab中的电流是均匀变化的，故选项A、B、D 错误，选项

12、C 正确【答案】C4(2015江苏高考)做磁共振(MRl)检查时，对人体施加的磁场发生变化时会在肌肉组织中产生感应电流某同学为了估算该感应电流对肌肉组织的影响，将包裹在骨骼上的一圈肌肉组织等效成单匝线圈，线圈的半径r 5.0 cm，线圈导线的截面积A0.80 cm2，电阻率1.5 m.如图 1-7 所示，匀强磁场方向与线圈平面垂直，若磁感应强度B在 0.3 s内从 1.5 T 均匀地减为零，求：(计算结果保留一位有效数字)图 1-7(1)该圈肌肉组织的电阻R；(2)该圈肌肉组织中的感应电动势E；精品教案可编辑(3)0.3 s 内该圈肌肉组织中产生的热量Q.【解析】(1)由电阻定律得R2rA，代

13、入数据得R 6 103.(2)感应电动势EBr2t，代入数据得E 4 102 V.(3)由焦耳定律得QE2Rt，代入数据得Q 8 10 8 J.【答案】(1)6 103(2)4 102 V(3)8 108 J我还有这些不足：(1)(2)我的课下提升方案：(1)(2)章末综合测评(一)(时间：60 分钟分值：100 分)一、选择题(本大题共10 个小题，每小题 6 分，共 60 分在每小题给出的四个选项中，第 17 题只有一项符合题目要求，第8 10 题有多项符合题目要求全部选对的得6 分，选对但不全的得3 分，有选错的得0 分)1电磁感应现象揭示了电和磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了许多

14、电器设备下列用电器中，没有利用电磁感应原理的是()A动圈式话筒B自动取款机C磁带录音机D白炽灯泡【解析】自动取款机和磁带录音机都是应用材料的磁化和电磁感应原理来存取信息的，所以不选 B和 C.动圈式话筒是利用电磁感应将声音信号转化为电信号的，故 A 也不选白精品教案可编辑炽灯泡是利用了电流的热效应，与电磁感应无关，故选D.【答案】D2关于磁通量的概念，下列说法中正确的有()A磁感应强度越大的地方，穿过线圈的磁通量也越大B磁感应强度越大的地方，线圈面积越大，则穿过线圈的磁通量也越大C穿过线圈的磁通量为零时，磁通量的变化率不一定为零D磁通量的变化率为零时，穿过线圈的磁通量一定为零【解析】磁通量与磁

15、感应强度、线圈面积及它们之间的夹角都有关，只有一个或两个量大，第三个量不确定，得不出磁通量大，所以A、B 均错某一时刻的磁通量为零，磁通量变化率可以不为零，也可以为零，所以C 正确磁通量的变化率为零，穿过线圈的磁通量可能很大，所以D 错误【答案】C3如图 1 所示，ab是闭合电路的一部分，处在垂直于纸面向外的匀强磁场中()【导学号：78870019】图 1A当ab垂直于纸面向外平动时，ab中有感应电流B当ab垂直于纸面向里平动时，ab中有感应电流C当ab垂直于磁感线向右平动时，ab中有感应电流D当ab垂直于磁感线向左平动时，ab中无感应电流【解析】当ab垂直于磁感线向右平动时，闭合电路的一部分

16、切割磁感线，ab中有感应电流故C 对【答案】C4如图 2 所示是冶炼金属的高频感应炉的示意图，冶炼炉内装入被冶炼的金属，线圈精品教案可编辑通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化这种冶炼方法速度快、温度容易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属该炉的加热原理是()图 2A利用线圈中电流产生的焦耳热B利用红外线C利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流D利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波【解析】把冶炼的金属放在冶炼炉中，冶炼炉外面绕着线圈，给线圈通入高频交流电，冶炼炉内待冶炼的金属在快速变化的磁场中被感应出很强的涡流，从而产生大量的热使金属熔化这种冶炼方法速度快，温

17、度容易控制，还可以在真空条件下进行，避免金属的氧化，保证金属的纯度，特别适合于特种合金和特种钢的冶炼【答案】C5在选项中，A 中线圈有一小缺口，B、D 中匀强磁场区域足够大，C 中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方其中能产生感应电流的是()【解析】图 A 中线圈没闭合，无感应电流；图B 中闭合电路中的磁通量增大，有感应电流；图C 中的导线在圆环的正上方，不论电流如何变化，穿过线圈的磁感线都相互抵消，磁通量恒为零，也无电流；图D 中回路磁通量恒定，无感应电流故本题只有选项B精品教案可编辑正确【答案】B6为了利用海洋资源，海洋工作者有时根据水流切割地磁场所产生的感应电动势来测量海水的流

18、速 假设海洋某处地磁场竖直分量B 0.5 104T，水流是南北流向，如图 3 所示，将两电极竖直插入此处海水中，且保持两电极的连线垂直水流方向若两电极相距L20 m，与两电极相连的灵敏电压表读数U0.2 mV，则海水的流速大小为()图 3A 10 m/s B0.2 m/sC5 m/s D2 m/s【解析】将流动的海水看成是运动的导体，可以利用法拉第电磁感应定律求解由EBLv知，vEBL0.2 m/s.故选 B.【答案】B7一矩形线框置于匀强磁场中，线框平面与磁场方向垂直先保持线框的面积不变，将磁感应强度在1 s 时间内均匀地增大到原来的两倍接着保持增大后的磁感应强度不变，在 1 s 时间内，再

19、将线框的面积均匀地减小到原来的一半先后两个过程中，线框中感应电动势的比值为()A.12B1 C 2 D4【解析】在相同时间内，两个过程中磁通量的变化量相同，由法拉第电磁感应定律Et可以判断感应电动势的大小也相同，即两次感应电动势的比值为1，选项 B 正确【答案】B8穿过固定不动的线框的磁通量随时间变化的规律如图4 所示，下列说法正确的是精品教案可编辑()【导学号：78870020】图 4A第 2 s 末到第 4 s 末这段时间内，感应电动势最大B第 1 s 内和第 2 s 内，感应电动势一样大C最后 1 s 内感应电动势比最初2 s 内感应电动势大D第 1 s 末感应电动势的大小等于1 V【解

20、析】图线的斜率表示磁通量变化率的大小，由Et可知，第1 s 内和第 2 s内的斜率相同，感应电动势Et22V1 V；在最后1 s 内的斜率是最初2 s 内的 2 倍，且方向相反，故最后1 s 内感应电动势最大，故B、C、D 正确【答案】BCD9如图 5 所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路，电阻为R.虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于回路所在的平面回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论正确的是()图 5A感应电流大小不变B感应电动势最大值EBav精品教案可编辑C感应电动势平均值E12BavD通过导线横截面的电荷量为a

21、2B2R【解析】在闭合电路进入磁场的过程中，通过闭合电路的磁通量逐渐增大当半圆闭合回路有一半进入磁场时，等效长度最大为a，这时感应电动势最大为EBav，B 正确 感应电动势变化，则感应电流变化，A 错感应电动势平均值EtB12a22av14Bav，C错在该过程中通过导线横截面的电荷量qItERttRtRa2B2R，D 对【答案】BD10 如图 6 所示，均匀金属圆环总电阻为2R，磁感应强度为B的匀强磁场垂直穿过圆环金属杆OM长为l，电阻为R2，M端与环紧密接触，金属杆OM绕过圆心的转轴O以恒定的角速度转动，当电阻为R的一段导线一端和环连接，另一端与金属杆的转轴O相连接时，下列结论中正确的是()

22、【导学号：78870021】图 6A通过导线R的电流的最大值为Bl23RB通过导线R的电流的最小值为Bl24R精品教案可编辑COM中产生的感应电动势恒为Bl22D导线中通过的电流恒为Bl22R【解析】由金属杆OM以恒定角速度转动，由EBlv得E12Bl2且恒定，所以选项 C 正确；当金属杆OM转至圆环最下端时，回路电阻为R2R32R且为最小，此时通过R的电流有最大值ImaxE32RBl23R，所以选项A 正确；当金属杆转至圆环最上端时，回路电阻为R2R2R 2R且为最大，此时通过R的电流有最小值IminE2RBl24R，所以选项B 正确，选项D 错误【答案】ABC二、非选择题(本题共3 个小题

23、，共40 分，计算题要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)11(12 分)如图 7 所示，用均匀导线做成正方形单匝线圈，边长为 0.3 m，线框有 2/3部分(即ab连线左侧)处于垂直纸面向里的匀强磁场中，此时B3 T.图 7(1)当磁场以10 T/s的变化率减弱时，Uab为多大？(2)当线圈以0.5 m/s的水平速度向右刚要离开磁场时，Ucd为多大？【解析】(1)EtBtS0.6 V，UabIr512E 0.25 V.精品教案可编辑(2)EBlv 3 0.3 0.5 V0.45 V，Ucd34E 0.34 V.【答案】(1)0.25 V(2)0.34 V12(12 分)如图

24、8 所示，有一半径为R的圆形匀强磁场区域，磁感应强度为B，一条足够长的直导线以速度v进入磁场，则从直导线进入磁场至离开磁场区域的过程中，求图 8(1)感应电动势的最大值为多少？(2)在这一过程中感应电动势随时间变化的规律如何？(3)从开始运动至经过圆心的过程中导线中的平均感应电动势为多少？【解析】(1)由EBlv可知，当导体切割磁感线的有效长度l最大时，E最大，又l最大为 2R，所以感应电动势的最大值E2BRv.(2)对于E随t变化的规律应求的是瞬时感应电动势，由几何关系可求出导体切割磁感线的有效长度l随时间t变化的情况为l2R2（Rvt）2所以E2Bv2Rvtv2t2.(3)从开始运动至经过

25、圆心的过程中导线的平均感应电动势Et12BR2R/v12BRv.【答案】(1)2BRv(2)2Bv2Rvtv2t2(3)12BRv13.(16 分)李海是某校高二的一名理科生，他对物理很有兴趣，学习了电磁感应后，他设想了一个测量匀强磁场的磁感应强度的方法：如图 9，质量为m的导体棒ab从距磁场上边界高为h处沿导轨自由下落，并始终与轨道接触良好，反复调节h的大小，直到棒在进精品教案可编辑入磁场后恰好做匀速运动已知与导轨相接的电阻为R，其余电阻不计，若h已知，导轨的宽度为L，空气阻力不计，重力加速度的大小为g，试求：图 9(1)棒ab进入磁场瞬间的速度大小；(2)磁感应强度B的大小；(3)在棒穿过匀强磁场过程中，通过电阻R的电量【导学号：78870022】【解析】(1)设棒进入磁场瞬间的速度为v，则由机械能守恒得mgh12mv2 解得v2gh.(2)棒进入磁场后做切割磁感线运动，产生的电动势EBLv而IE/R 棒所受的安培力FBIL 棒匀速运动时安培力和重力平衡Fmg 由得BmgR2gh/L.(3)通过R的电量qIt 而tH/v 由得qBLH/RHRmgR2gh.【答案】(1)2gh(2)1LmgR2gh精品教案可编辑(3)HRmgR2gh