教科版物理选修3-2讲义第1章章末复习课Word版含答案

[体系构建][核心速填]1．“磁生电”的发现：法拉第发现“磁生电”．2．感应电流产生条件：电路闭合、磁通量发生变化．3．感应电流方向的判断：楞次定律、右手定则．4．感应电动势的大小：E＝neq\f(ΔΦ,Δt)，E＝BLv.5．感应电动势的方向：电源内部电流的方向．6．电磁感应中能量的转化：安培力做负功，其他形式的能转化为电能；安培力做正功，电能转化为其他形式的能．7．自感现象产生条件：线圈本身电流发生变化；自感系数：由线圈本身性质决定；应用——日光灯．8．涡流涡流的防止和利用：电磁阻尼、电磁驱动．电磁感应中的动力学问题通过导体的感应电流在磁场中将受到安培力作用，从而引起导体速度、加速度的变化．1．基本方法(1)由法拉第电磁感应定律和楞次定律求感应电动势的大小和方向．(2)求回路中的电流．(3)分析导体受力情况(包括安培力在内的全面受力分析)．(4)根据平衡条件或牛顿第二定律列方程．2．电磁感应中的动力学临界问题(1)解决这类问题的关键是通过受力分析和运动状态的分析，寻找过程中的临界状态，如速度、加速度为最大值、最小值的条件．(2)基本思路是：导体受外力运动感应电动势感应电流导体安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→临界状态→列式求解．【例1】如图所示，线圈abcd每边长l＝0.20m，线圈质量m1＝0.10kg、电阻R＝0.10Ω，重物质量为m2＝0.14kg.线圈上方的匀强磁场磁感应强度B＝0.5T，方向垂直线圈平面向里，磁场区域的宽度为h＝0.20m．重物从某一位置下降，使ab边进入磁场开始做匀速运动，求线圈做匀速运动的速度．解析：线圈在匀速上升时受到的安培力F安、绳子的拉力F和重力m1g相互平衡，即F＝F安＋m1g ①重物受力平衡：F＝m2g ②线圈匀速上升，在线圈中产生的感应电流I＝eq\f(E,R)＝eq\f(Blv,R)③线圈受到向下的安培力F安＝BIl ④联立①②③④式解得v＝eq\f(m2－m1gR,B2l2)＝4m/s.答案：4m/s[一语通关]电磁感应中力学问题的解题技巧(1)将安培力与其他力一起进行分析．(2)要特别注意安培力的大小和方向都有可能变化，不像重力或其他力一样是恒力．(3)列出稳定状态下的受力平衡方程往往是解题的突破口．1．(多选)如图甲所示，MN左侧有一垂直纸面向里磁感应强度大小为B的匀强磁场．现将一质量为m、边长为l的正方形金属线框置于该磁场中，使线框平面与磁场方向垂直，且bc边与磁场边界MN重合．对线框施加一按图乙所示规律变化的水平拉力F，使线框由静止开始向右做匀加速直线运动；当t＝0时，拉力大小为F0；线框的ad边与磁场边界MN重合时，拉力大小为3F0.则()甲乙A．线框的加速度为eq\f(2F0,m)B．线框的ad边出磁场时的速度为eq\r(\f(2F0l,m))C．线框在磁场中运动的时间为eq\r(\f(ml,F0))D．线框的总电阻为B2l2eq\r(\f(l,2mF0))BD[t＝0时刻，感应电动势E＝0，感应电流I＝0，安培力F安＝BIL＝0.由牛顿第二定律得F0＝ma，得a＝eq\f(F0,m)，A错误；根据公式v2＝2al，得v＝eq\r(\f(2F0l,m))，B正确；根据运动学公式得t＝eq\f(v,a)＝eq\r(\f(2ml,F0))，C错误；线框的ad边与磁场边界MN重合时，根据3F0－eq\f(B2l2v,R)＝ma，得R＝B2l2eq\r(\f(l,2mF0))，D正确．]电磁感应中的电路问题电磁感应问题往往和电路问题联系在一起，解决这类问题的基本方法是：1．确定电源，产生感应电动势的那部分电路就相当于电源，利用法拉第电磁感应定律确定其电动势的大小，利用右手定则或楞次定律确定其方向以及感应电流的方向，需要强调的是：在电源内部电流是由负极流向正极的，在外部从正极流向外电路，并由负极流入电源．2．分析电路结构，画出等效电路图，这一步关键是“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，主要还是利用欧姆定律、串并联电路中电功、电热之间的关系等．4．注意：电源两极间的电压为路端电压．【例2】如图所示，粗细均匀的金属环的电阻为R，可绕轴O转动的金属杆OA的电阻为eq\f(R,4)，杆长为l，A端与环相接触，一阻值为eq\f(R,2)的定值电阻分别与杆的端点O及环边缘D连接．杆OA在垂直于环面向里、磁感应强度为B的匀强磁场中，以角速度ω顺时针转动．求电路中总电流的变化范围．解析：设OA杆转至题中所示位置时，金属环A、D间的两部分电阻分别为R1、R2，其等效电路如图所示，则电路中的总电流为I＝eq\f(E,R总)＝eq\f(E,\f(R,2)＋\f(R,4)＋R并)＝eq\f(\f(1,2)Bωl2,\f(3,4)R＋R并)，式中R并＝eq\f(R1R2,R1＋R2).因为R1＋R2＝R为定值，故当R1＝R2时，R并有最大值，最大值为eq\f(R,4)；当R1＝0或R2＝0时，R并有最小值，最小值为0，因此电流的最小值和最大值分别为Imin＝eq\f(\f(1,2)Bωl2,\f(3,4)R＋\f(1,4)R)＝eq\f(Bωl2,2R)，Imax＝eq\f(\f(1,2)Bωl2,\f(3,4)R＋0)＝eq\f(2Bωl2,3R)所以eq\f(Bωl2,2R)≤I≤eq\f(2Bωl2,3R).答案：eq\f(Bωl2,2R)≤I≤eq\f(2Bωl2,3R)[一语通关]电磁感应中电路问题的分析方法1明确电路结构，分清内、外电路.2根据产生感应电动势的方式计算感应电动势的大小，如果是磁场变化，由计算；如果是导体切割磁感线，由E＝Blv计算.3根据楞次定律判断感应电流的方向.4根据电路组成列出相应的方程式.2．(多选)如图所示，边长为L、不可形变的正方形导线框内有半径为r的圆形磁场区域，其磁感应强度B随时间t的变化关系为B＝kt(常量k>0)．回路中滑动变阻器R的最大阻值为R0，滑动片P位于滑动变阻器中央，定值电阻R1＝R0、R2＝eq\f(R0,2).闭合开关S，电压表的示数为U，不考虑虚线MN右侧导体的感应电动势，则()A．R2两端的电压为eq\f(U,7)B．电容器的a极板带正电C．滑动变阻器R的热功率为电阻R2的5倍D．正方形导线框中的感应电动势为kL2AC[根据串、并联电路特点，虚线MN右侧回路的总电阻R＝eq\f(7,4)R0.回路的总电流I＝eq\f(U,R)＝eq\f(4U,7R0)，通过R2的电流I2＝eq\f(I,2)＝eq\f(2U,7R0)，所以R2两端电压U2＝I2R2＝eq\f(2U,7R0)·eq\f(R0,2)＝eq\f(1,7)U，选项A正确；根据楞次定律知回路中的电流为逆时针方向，即流过R2的电流方向向左，所以电容器b极板带正电，选项B错误；根据P＝I2R，滑动变阻器R的热功率P＝I2eq\f(R0,2)＋eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(I,2)))2eq\f(R0,2)＝eq\f(5,8)I2R0，电阻R2的热功率P2＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(I,2)))2R2＝eq\f(1,8)I2R0＝eq\f(1,5)P，选项C正确；根据法拉第电磁感应定律得，线框中产生的感应电动势E＝eq\f(ΔΦ,Δt)＝eq\f(B,t)S＝kπr2，选项D错误．]电磁感应中的图像问题1.图像类型(1)电磁感应中常涉及磁感应强度B、磁通量Φ、感应电动势E和感应电流I等随时间变化的图像，即B­t图像、Φ­t图像、E­t图像和I­t图像．(2)对于导体切割磁感线产生的感应电动势和感应电流的情况，有时还常涉及感应电动势E和感应电流I等随位移x变化的图像，即E­x图像和I­x图像等．2．两类图像问题(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图像；(2)由给定的有关图像分析电磁感应过程，求解相应的物理量．3．解题的基本方法(1)关键是分析磁通量的变化是否均匀，从而判断感应电动势(电流)或安培力的大小是否恒定，然后运用楞次定律或左手定则判断它们的方向，分析出相关物理量之间的函数关系，确定其大小和方向及在坐标轴中的范围．(2)图像的初始条件，方向与正、负的对应，物理量的变化趋势，物理量的增、减或方向正、负的转折点都是判断图像的关键．4．解题时要注意的事项(1)电磁感应中的图像定性或定量地表示出所研究问题的函数关系．(2)在图像中，E、I、B等物理量的方向通过物理量的正、负来反映．(3)画图像要注意纵、横坐标的单位长度、定义或表达．【例3】如图所示，有一等腰直角三角形的区域，其斜边长为2L，高为L.在该区域内分布着如图所示的磁场，左侧磁场方向垂直纸面向外，右侧磁场方向垂直纸面向里，磁感应强度大小均为B.一边长为L、总电阻为R的正方形导线框abcd，从图示位置开始沿x轴正方向以速度v匀速穿过磁场区域．取沿a→b→c→d→a的感应电流方向为正，则选项图中表示线框中电流i随bc边的位置坐标x变化的图像正确的是()D[根据右手定则确定，当bc边刚进入左侧磁场时，电流为正方向，C错误；根据E＝BLv，感应电动势和感应电流的大小与有效长度成正比，bc边在左侧磁场时，有效长度沿x方向逐渐增大，bc边进入右侧磁场时，ad边进入左侧磁场，由于两侧磁场方向相反，故有效长度为ad边和bc边切割磁感线有效长度之和，保持不变，且电流为负方向，故A错误；当bc边离开右侧磁场后，ad边切割磁感线，电流方向仍为正方向，故B错误，D正确．][一语通关]电磁感应中图像类选择题的两个常见解法1排除法：定性地分析电磁感应过程中物理量的变化趋势增大还是减小、变化快慢均匀变化还是非均匀变化，特别是物理量的正负，排除错误的选项.2函数法：根据题目所给条件定量地写出两个物理量之间的函数关系，然后由函数关系对图像作出分析和判断，这未必是最简捷的方法，但却是最有效的方法.3.如图所示，三条平行虚线位于纸面内，中间虚线两侧有方向垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度等大反向．菱形闭合导线框ABCD位于纸面内且对角线AC与虚线垂直，磁场