鲁科版（2019）高中物理必修第三册讲义第6章 章末综合提升练习（含答案）

[巩固层·知识整合](教师用书独具)[提升层·能力强化]安培定则的应用和磁场的叠加1.安培定则描述了电流方向与磁场方向之间的关系，应用它可以判断直线电流、环形电流及通电螺线管周围磁感线的分布及方向，在应用时，应注意分清“因”和“果”：(1)直线电流的磁场：拇指指向“原因”即电流方向；四指指向“结果”即磁感线的环绕方向。(2)环形电流的磁场：四指指向“原因”即电流方向；拇指指向“结果”即中心轴线的磁感线方向。(3)通电螺线管的磁场：四指指向“原因”即电流方向；拇指指向“结果”即螺线管内部沿中心轴线的磁感线方向，亦即指向螺线管的N极。2．一个其他形状的电流(如矩形、三角形等)的磁场，从整体效果上可等效为环形电流的磁场，采用安培定则判定。也可以分成几段直线电流判定，然后利用磁场叠加思想处理。3．磁场的叠加：磁感应强度是矢量，合成时遵循平行四边形定则。【例1】(多选)如图所示，纸面内有两条互相垂直的长直绝缘导线L1、L2，L1中的电流方向向左，L2中的电流方向向上；L1的正上方有a、b两点，它们相对于L2对称。整个系统处于匀强外磁场中，外磁场的磁感应强度大小为B0，方向垂直于纸面向外。已知a、b两点的磁感应强度大小分别为eq\f(1,3)B0和eq\f(1,2)B0，方向也垂直于纸面向外。则()A．流经L1的电流在b点产生的磁感应强度大小为eq\f(7,12)B0B．流经L1的电流在a点产生的磁感应强度大小为eq\f(1,12)B0C．流经L2的电流在b点产生的磁感应强度大小为eq\f(1,12)B0D．流经L2的电流在a点产生的磁感应强度大小为eq\f(7,12)B0AC[由对称性可知，流经L1的电流在a、b两点产生的磁感应强度大小相等且方向相同，设为B1，流经L2的电流在a、b两点产生的磁感应强度大小相等但方向相反，设其大小为B2，由磁场叠加原理有B0－B1－B2＝eq\f(1,3)B0，B0－B1＋B2＝eq\f(1,2)B0，联立解得B1＝eq\f(7,12)B0，B2＝eq\f(1,12)B0，所以A、C正确。][一语通关]磁感应强度是矢量，当空间存在几个磁体(或电流)时，每一点的磁场为各个磁体(或电流)在该点产生磁场的磁感应强度的矢量和。磁感应强度叠加时遵循平行四边形定则。学习磁通量应注意的问题1.磁通量的正负磁通量是标量，但有正负之分。磁通量的正负不代表大小，只反映磁通量是怎么穿过某一平面的，若规定向里穿过某一平面的磁通量为正，则向外为负。尤其在计算磁通量变化时更应注意。2．有效面积定义式Φ＝BS中的面积S指的是垂直于匀强磁场方向的面积，如果平面跟磁场方向不垂直，应取垂直磁场方向上的投影面积，即为有效面积。3．净磁通量若穿过某一平面的磁感线既有穿出的又有穿入的，则穿过该平面的合磁通量为磁感线的净条数，即净磁通量。4．多匝线圈从磁通量的定义中可以看出，穿过某一面积的磁通量是由穿过该面积的磁感线条数的多少决定的，所以，只要n匝线圈的面积相同，放置情况也相同，则n匝线圈与单匝线圈的磁通量相同，即磁通量的大小与线圈匝数n无关。【例2】(多选)如图所示是等腰直角三棱柱，其中正方形ABCD的边长为L，按图示位置放置在方向竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，下列说法中正确的是()A．通过ABCD平面的磁通量为BL2B．通过BCFE平面的磁通量为eq\f(\r(2),2)BL2C．通过ADFE平面的磁通量为零D．通过整个三棱柱的磁通量为零BCD[磁感应强度B和ABCD平面不垂直，根据Φ＝BScosθ知，穿过ABCD平面的磁通量为eq\f(\r(2),2)BL2，故A项错误；磁感应强度B和BCFE平面垂直，故B项正确；磁感应强度B和ADFE平面平行，故通过ADFE平面的磁通量为零，C项正确；磁感线从ABCD平面穿入，进入三棱柱后不终止，从BCFE平面穿出，若穿入磁通量为正，则穿出磁通量为负，故穿过整个三棱柱的磁通量为零，D项正确。][一语通关](1)对磁通量的计算式，只适用于匀强磁场，对非匀强磁场不能直接用Φ＝BS计算。(2)由于磁感线是闭合曲线，因此穿过任何一个闭合曲面的磁通量均为零。(3)穿过线圈的磁通量与磁场的强弱和线圈横截面的大小有关，与线圈的匝数无关。能量守恒定律的应用能量守恒定律的表达式(1)从不同状态看，E初＝E末。(2)从能的转化角度看，ΔE增＝ΔE减。(3)从能的转移角度看，ΔEA增＝ΔEB减。【例3】如图所示，皮带的速度是3m/s，两圆心的距离s＝4.5m，现将m＝1kg的小物体轻放在左轮正上方的皮带上，物体与皮带间的动摩擦因数μ＝0.15，电动机带动皮带将物体由静止从左轮运送到右轮正上方时，求：(g取10m/s2)(1)小物体获得的动能Ek；(2)这一过程摩擦产生的热量Q；(3)这一过程电动机消耗的电能E。[解析](1)设小物体与皮带达到共同速度时，物体相对地面的位移为s′μmgs′＝eq\f(1,2)mv2，解得s′＝3m＜4.5m，即物体可与皮带达到共同速度，此时Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×1×32J＝4.5J。(2)由μmg＝ma得a＝1.5m/s2，由v＝at得t＝2s，则Q＝μmg(vt－s′)＝0.15×1×10×(6－3)J＝4.5J。(3)由能量守恒定律知E电＝Ek＋Q＝4.5J＋4.5J＝9J。[答案](1)4.5J(2)4.5J(3)9J[一语通关](1)能量守恒定律适用各种情况的能量转移与转化。(2)应用能量守恒定律时多为机械能向内能转化。[培养层·素养升华](教师用书独具)如图为研究电磁感应现象的实验装置，部分导线已连接。(1)请用笔画线代替导线将实验器材连接起来构成实验电路图，要求移动滑动变阻器滑片时灵敏电流计指针发生偏转。(2)在实验过程中灵敏电流计指针发生偏转时，A、B两个线圈中________(选填“A”或“B”)线圈相当于电源。(3)正确连接电路后，在实验过程中发现，开关闭合瞬间灵敏电流计的指针向右偏，则下列说法正确的是________。A．闭合开关稳定后，将滑片向右移动，灵敏电流计的指针向右偏B．闭合开关稳定后，将A线圈拔出来的过程中，灵敏电流计的指针向右偏C．闭合开关稳定后俯视A、B两线圈，若A线圈中的电流为顺时针方向，则在断开开关瞬间B线圈中的感应电流为顺时针方向D．闭合开关稳定后俯视A、B两线圈，若A线圈中的电流为顺时针方向，则在断开开关瞬间B线圈中的感应电流方向不能确定，因为电流的方向与A、B两线圈的绕向有关[解析](1)探究电磁感应现象实验电路分两部分，要使原线圈产生磁场必须对其通电，故电源、开关、滑动变阻器、原线圈组成闭合电路，灵敏电流计与副线圈组成另一个闭合电路，如答图所示。(2)由上分析可知，B线圈相当于电源；(3)由题意可知：开关闭合的瞬间，灵敏电流计的指针向右偏，则当磁通量增大时，指针右偏；若磁通量减小时，则左偏；闭合开关稳定后，将滑片向右移动，使得流过A线圈的电流增大，那么穿过线圈B的磁通量增大，因此灵敏电流计的指针向右偏，A正确；闭合开关稳定后，将A线圈拔出来的过程中，磁通量减小，因此灵敏电流计指针向左偏，B错误；闭合开关稳定后俯视A、B两线圈，若A线圈中的电流为顺时针方向，则在断开开关瞬间，B线圈中有感应电流，但由于A、B两线圈的绕向不知，因此无法判定B线圈中的感应电流方向，C错误，D正确。[答案](1)如答图所示(2)B(3)AD[深度思考]1825年，科拉顿做了这样一个实验，如图M­21所示，他将一个条形磁铁插入连有灵敏电流计的螺旋线圈，来观察在线圈中是否有电流产生。实验时，科拉顿为了排除磁铁移动时对灵敏电流计的影响，他通过很长的导线把接在螺旋线圈上的灵敏电流计放到另一间房里，插入磁铁后，跑到另一间房里观察灵敏电流计。科拉顿开始实验，然而无论他跑得多快，他看到的电流计指针都是指在“0”刻度的位置。科拉顿失败的原因是()图M­21A．因为导线太长电阻太大B．因为实验中根本没产生感应电流C．因为只有在磁铁移动时才产生感应电流D．因为产生的感应电流太小观察不到