教科版高中物理选修3-21-1+2

高中物理学习材料唐玲收集整理1 电磁感应现象的发现2 感应电流产生的条件(时间：60分钟)知识点一电磁感应现象1．下列现象中属于电磁感应现象的是( )．A．磁场对电流产生力的作用B．变化的磁场使闭合电路中产生电流C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化D．电流周围产生磁场解析电磁感应现象指的是由磁场产生电流的现象，选项B是正确的．答案 B2．下列现象中，属于电磁感应现象的是( )．A．小磁针在通电导线附近发生偏转B．通电线圈在磁场中转动C．因闭合线圈在磁场中运动而产生电流D．磁铁吸引小磁针解析电磁感应是指“磁生电”的现象，而小磁针和通电线圈在磁场中转动及磁铁吸引小磁针，均反映了磁场力的性质．所以A、B不是电磁感应现象，C 是电磁感应现象．答案 C知识点二磁通量的理解及计算3.如图1－1、2－17所示，四面体OABC处在沿Ox方向的匀强磁场中，下列关于磁场穿过各个面的磁通量的说法中正确的是( )．图1－1、2－17A．穿过AOB面的磁通量为零B．穿过ABC面和BOC面的磁通量相等C．穿过AOC面的磁通量为零D．穿过ABC面的磁通量大于穿过BOC面的磁通量解析此题实际就是判断磁通量的有效面积问题．匀强磁场沿Ox方向没有磁感线穿过AOB面、AOC面，所以磁通量为零，A、C正确；在穿过ABC面时，磁场方向和ABC面不垂直，考虑夹角后发现，ABC面在垂直于磁感线方向上的投影就是BOC面，所以穿过二者的磁通量相等，B正确、D错误．故正确答案为A、B、C.答案ABC4.条形磁铁竖直放置，闭合圆环水平放置，条形磁铁中心轴线穿过圆环中心，如图1－1、2－18所示，若圆环为弹性环，其形状由Ⅰ扩大到Ⅱ，那么圆环内磁通量的变化情况是( )．图1－1、2－18A．磁通量增大B．磁通量减小C．磁通量不变D．条件不足，无法确定解析磁铁内部磁感线从S极到N极方向向上，磁铁外部磁感线从N极到S 极方向向下．由于圆环形状为Ⅱ时，面积大于在Ⅰ时的面积，因此为形状Ⅱ时大于为形状Ⅰ时由磁铁N极到S极向下穿过圆环的磁感线条数，而为Ⅰ、Ⅱ两种形状时，在磁铁内部由S极到N极向上穿过圆环的磁感线的条数相同，不论圆环为Ⅰ形状还是Ⅱ形状，向上穿过圆环的磁感线条数总是多于向下穿过圆环的磁感线条数．因此圆环形状由Ⅰ扩大到Ⅱ时总的磁通量减小，正确选项为B.答案 B图1－1、2－195.在磁感应强度为B＝ 0.2 T的匀强磁场中，有一面积为S＝ 30 cm2的矩形线框，线框平面与磁场方向垂直，这时穿过线框的磁通量为________Wb；若从图所示位置开始绕垂直于磁场方向的OO′轴转过60°角，这时穿过线框平面的磁通量为________Wb；从图示1－1、2－19位置开始，在转过180°角的过程中，穿过线框平面的磁通量的变化为________Wb.解析Φ1＝BS＝6×10－4 WbΦ2＝BS cos 60°＝3×10－4 WbΦ3＝－BS＝－6×10－4 Wb.ΔΦ＝|Φ3－Φ1|＝1.2×10－3 Wb.答案6×10－43×10－4 1.2×10－36.如图1－1、2－20所示，磁感应强度大小为B的匀强磁场仅存在于边长为2L的正方形范围内，左右各一半面积的范围内，磁场方向相反，有一个电阻为R、边长为L的正方形导线框abcd，沿垂直磁感线方向以速度v匀速通过磁场．从ab边进入磁场算起，画出穿过线框的磁通量随时间的变化图像．图1－1、2－20解析线框穿过磁场的过程可分为三个阶段，进入磁场阶段(只有ab边在磁场中)，在磁场中运动阶段(ab、cd两边都在磁场中)，离开磁场阶段(只有cd边在磁场中)．(1)线框进入磁场阶段：t为0→Lv，线框进入磁场中的面积线性增加，S＝Lvt，最后为Φ＝BS＝BL2.(2)线框在磁场中运动阶段：t为Lv→3L2v，线框磁通量逐渐减小为零．(3)线框在磁场中运动阶段：t为3L2v→2Lv，线框磁通量反向增加，最后为BL2.(4)线框穿出磁场阶段：t为2Lv→3Lv，线框磁通量减小，最后为零．Φ－t图像如图所示．答案如解析图所示．知识点三产生感应电流的条件图1－1、2－217.如图1－1、2－21所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成了一闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中没有产生感应电流的是( )．A．线圈中通以恒定的电流B．通电时，使变阻器的滑片P匀速移动C．通电时，使变阻器的滑片P加速移动D．将开关突然断开的瞬间解析P滑动时可导致线圈所在回路中的电流发生变化，线圈中将产生变化的磁场，在A中引起感应电流；同理，开关突然断开也会引起感应电流．答案 A图1－1、2－228.均匀带负电的圆环a绕过圆心与圆环所在平面垂直的轴O旋转，如图1－1、2－22所示，一闭合小金属圆环b和圆环a在同一平面内，且与a同心，则( )．A．只要圆环a在转动，小圆环b内一定有感应电流产生B．圆环不管怎样运动，小圆环内都没有感应电流C．圆环做变速转动时，小圆环内有感应电流D．圆环做匀速转动时，小圆环内没有感应电流解析当a环做变速转动时，a环上的负电荷做变速运动，即a环形成的电流是不断变化的，a环所形成的磁场是不断变化的，即b环中的磁通量发生变化，b环中产生感应电流；而当a环匀速转动时，b环中的磁通量不发生变化，就不会产生感应电流，故C、D正确．答案CD9．某同学在实验室重做法拉第发现电磁感应现象的实验，他将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图1－1、2－23所示的实验装置．当他接通、断开开关时，电流表的指针都没有偏转，其原因是( )．图1－1、2－23A．开关的位置接错B．电流表的正负极接错C．线圈B的接头3、4接反D．蓄电池的正负极接反解析当开关位置接错时，开关的闭合和断开不会使A线圈中的电流发生变化，电流恒定使其产生的磁场不变，从而不会产生感应电流．答案 A10．如图1－1、2－24所示，是用导线做成的圆形回路与一直导线构成的几种位置组合，下列组合中，切断直导线中的电流时，闭合电路中会有感应电流产生的是(图①②③中直导线都与圆形线圈在同一平面内，O点为线圈的圆心，图④中直导线与圆形线圈平面垂直，并与中心轴重合)( )．图1－1、2－24A．①②B．②③C．③④D．②④解析通电直导线周围空间的磁场是非匀强磁场，磁感线是在垂直于导线的平面内以导线为中心的同心圆，离导线越远，磁感应强度越弱，所以①中磁通量、④中磁通量一直为零，无感应电流产生，②中既有向里的磁通量，也有向外的磁通量，但直导线中有电流时，总磁通量不为零，所以切断直导线中电流时，磁通量变为零，磁通量发生变化，故有感应电流产生．③中线圈有向外的磁通量，切断直导线中电流时，有感应电流产生，故B正确．答案 B11.闭合铜环与闭合金属框相接触放在匀强磁场中，如图1－1、2－25所示，当铜环向右移动时(金属框不动)，下列说法中正确的是( )．图1－1、2－25A．铜环内没有感应电流产生，因为磁通量没有发生变化B．金属框内没有感应电流产生，因为磁通量没有发生变化C．金属框ab边中有感应电流，因为回路abfgea中磁通量增加了D．铜环的半圆egf中有感应电流，因为回路egfcde中的磁通量减少了解析因为回路abfgea中磁通量增加了，故ab边中有感应电流，也可认为egf、fhe切割磁感线，充当电源，故回路abfgea、egfcde中有感应电流．答案CD12.如图1－1、2－26所示，匀强磁场区域宽度为l，使一边长为d(d>l)的矩形线框以恒定速度v向右通过磁场区域，该过程中没有感应电流的时间为多少？图1－1、2－26解析从线框的右边进入磁场的左边界到线框右边到达磁场的右边界的过程中，穿过线框的磁通量增加；从线框的右边到达磁场的右边界至线框的左边到达磁场的左边界的过程中，穿过线框的磁通量没有变化．这段时间内线框中无感应电流；从线框的左边离开磁场左边界至线框的左边到达磁场的右边界的过程中，穿过线框的磁通量减小，线框中存在感应电流．所以，整个线框在通过磁场的过程中，没有感应电流的时间为t＝d－l v.答案d－l v。

高中物理学习材料（灿若寒星**整理制作）3法拉第电磁感应定律(时间：60分钟)知识点一对法拉第电磁感应定律的理解1．下列几种说法正确的是()．A．线圈中磁通量变化越大，线圈中产生的感应电动势一定越大B．线圈中磁通量越大，线圈中产生的感应电动势一定越大C．线圈放在磁场越强的位置，线圈中产生的感应电动势一定越大D．线圈中磁通量变化越快，线圈中产生的感应电动势一定越大解析依据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势与磁通量无关、与磁通量的变化量无关，与线圈匝数和磁通量的变化率成正比．因此，选项A、B都是错误的．感应电动势与磁场的强弱也无关，所以，选项C也是错误的．线圈中磁通量变化越快意味着线圈磁通量的变化率越大，依据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势与磁通量的变化率成正比，在此条件下线圈产生的感应电动势越大，故选项D是正确的．答案 D图1－3－202.单匝矩形线圈在匀强磁场中匀速转动，转轴垂直于磁场，如线圈所围面积里的磁通量随时间变化的规律如图1－3－20所示，则线圈中( )．A ．0时刻感应电动势最大B ．0.05 s 时感应电动势为零C ．0.05 s 时感应电动势最大D ．0～0.05 s 这段时间内平均感应电动势为0.4 V解析 由法拉第电磁感应定律E ＝ΔΦΔt ，在Φ－t 图像中，ΔΦΔt为该时刻的斜率，0时刻和0.1 s 时刻斜率绝对值最大，表明电动势值最大，0.05 s 时刻斜率为零，则电动势为零，0～0.05 s 时间内平均感应电动势为0.4 V ，故选项A 、B 、D 正确．答案 ABD知识点二 公式E ＝n ΔΦΔt的应用图1－3－213.如图1－3－21所示，A 、B 两闭合线圈为同样导线绕成，A 有10匝，B 有20匝，两圆线圈半径之比为2∶1.均匀磁场只分布在B 线圈内．当磁场随时间均匀减弱时( )．A ．A 中无感应电流B ．A 、B 中均有恒定的感应电流C ．A 、B 中感应电动势之比为2∶1D ．A 、B 中感应电流之比为1∶2解析 只要穿过闭合线圈内的磁通量发生变化，线圈中就有感应电动势和感应电流，因为磁场变化情况相同，有效面积也相同，所以，每匝线圈产生的感应电动势相同，又由于两线圈的匝数和半径不同，电阻值不同，根据电阻定律，单匝线圈电阻之比为2∶1，所以，感应电流之比为1∶2.因此正确的选项是B 、D.答案 BD图1－3－224.物理实验中，常用一种叫“冲击电流计”的仪器测定通过电路的电荷．如图1－3－22所示，探测线圈与冲击电流计串联后，可用来测定磁场的磁感应强度．已知线圈的匝数为n，面积为S，线圈与冲击电流计组成的回路电阻为R，若将线圈放在被测匀强磁场中，开始时线圈平面与磁场垂直，现把探测线圈翻转90°，冲击电流计测出通过线圈的电荷量为q，则被测磁场的磁感应强度为()．A.qRS B.qRnSC.qR2nS D.qR2S解析探测线圈翻转90°的过程中，磁通量的变化ΔΦ＝BS，由法拉第电磁感应定律E＝n ΔΦΔt，由I＝ER，q＝IΔt可得，q＝nΔΦR＝nBSR，所以B＝qRnS.答案 B图1－3－235.穿过某线圈的磁通量随时间变化的关系，如图1－3－23所示，在下列几段时间内，线圈中感应电动势最小的是()．A．0～2 s B．2 s～4 sC．4 s～5 s D．5 s～10 s解析图像斜率越小，表明磁通量的变化率越小，感应电动势也就越小．答案 D6．如图1－3－24所示，两个用相同导线绕成的开口圆环，大环半径为小环半径的2倍．现用电阻不计的导线将两环连接在一起，若将大环放入一均匀变化的磁场中，小环处在磁场外，a 、b 两点间电压为U 1；若将小环放入这个磁场中，大环处于磁场外，a 、b 两点间电压为U 2，则U 1U 2的值是多少？图1－3－24解析 发生磁通量变化的环相当于电源，由它对另一个环供电，a 、b 两点测出的是外电路的电压，即路端电压．它相当于这样一个电路，如右图所示．设大圆环的电阻为R 1，小圆环的电阻为R 2，圆环导线单位长度上的电阻为k ，则R 1R 2＝k ·2πr 1k ·2πr 2＝r 1r 2＝2大圆环处于磁场中时，大圆环相当于是电源，其电阻是内阻，a 、b 两点间的电压为路端电压，根据法拉第电磁感应定律及闭合电路欧姆定律得E 1＝ΔΦΔt ＝ΔBS 1Δt ，U 1＝E 1R 2R 1＋R 2＝13E 1 同理小圆环处于磁场中时，a 、b 两点间的电压为路端电压，根据法拉第电磁感应定律及闭合电路欧姆定律得E 2＝ΔΦ2Δt ＝ΔBS 2Δt ，U 2＝E 2R 1R 1＋R 2＝23E 2 又E 1E 2＝ΔB ·πr 21ΔB ·πr 22＝r 21r 22＝4，所以U 1U 2＝2. 答案 2知识点三 公式E ＝Bl v 的应用图1－3－257.如图1－3－25所示，金属三角形导轨COD上放有一根金属棒MN.拉动MN，使它以速度v向右匀速运动，如果导轨和金属棒都是粗细相同的均匀导体，电阻率都相同，那么在MN运动的过程中，闭合回路的①感应电动势保持不变②感应电流保持不变③感应电动势逐渐增大④感应电流逐渐增大以上判断正确的是()．A．①②B．③④C．②③D．①④解析由E＝BL v知在MN运动过程中，L逐渐增大，故E增大；而该闭合回路的周长也在增大，故R在增大，可算得I不变．答案 C图1－3－268.如图1－3－26所示，竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒ab 以水平速度v0抛出，设整个过程中，棒的取向不变，且不计空气阻力，则金属棒运动过程中产生的感应电动势的大小变化情况应是()．A．越来越大B．越来越小C．保持不变D．无法判断解析金属棒做平抛运动，水平切割磁感线的速度不变，故感应电动势大小不变．答案 C图1－3－279.如图1－3－27所示，PQRS是一个正方形的闭合导线框，MN为一个匀强磁场的边界，磁场方向垂直于纸面向里，如果线框以恒定的速度沿着PQ方向向右运动，速度方向与MN边界成45°角，在线框进入磁场的过程中()．A．当Q点经过边界MN时，线框的磁通量为零，感应电流最大B．当S点经过边界MN时，线框的磁通量最大，感应电流最大C．P点经过边界MN时跟F点经过边界MN时相比较，线框的磁通量小，感应电流大D．P点经过边界MN时跟F点经过边界MN时相比较，线框的磁通量小，感应电流也小解析P点经过MN时，正方形闭合导线框切割磁感线的导线有效长度最大，感应电流最大．答案 C知识点四感应电荷量的计算图1－3－2810.如图1－3－28所示，以边长为50 cm的正方形导线框，放置在B＝0.40 T 的匀强磁场中．已知磁场方向与水平方向成37°角，线框电阻为0.10 Ω，求线框绕其一边从水平方向转至竖直方向的过程中通过导线横截面积的电荷量．解析设线框在水平位置时法线(题干图中)n方向向上，穿过线框的磁通量Φ1＝BS cos 53°＝6.0×10－2 Wb当线框转至竖直位置时，线框平面的法线方向水平向右，与磁感线夹角θ＝143°，穿过线框的磁通量Φ1＝BS cos 143°＝－8.0×10－2 Wb通过导线横截面的电荷量：Q＝IΔt＝ERΔt＝︳Φ2－Φ1︳R＝1.4 C.答案 1.4 C图1－3－2911.如图1－3－29所示，将一条形磁铁插入某一闭合线圈，第一次用时0.05 s，第二次用时0.1 s，设插入方式相同，试求：(1)两次线圈中平均感应电动势之比？(2)两次线圈中电流之比？(3)两次通过线圈的电荷量之比？解析(1)由感应电动势E＝n ΔΦΔt得E1E2＝ΔΦΔt1·Δt2ΔΦ＝Δt2Δt1＝21.(2)由闭合电路欧姆定律I＝ER得I1I2＝E1R·RE2＝E1E2＝21.(3)由电荷量q＝It得q1q2＝I1Δt1I2Δt2＝11.答案(1)2∶1(2)2∶1(3)1∶1图1－3－3012.如图1－3－30所示，一个边长为L的正方形金属框，质量为m，电阻为R，用细线把它悬挂于一个有界的磁场边缘．金属框的上半部处于磁场内，下半部处于磁场外．磁场随时间均匀变化满足B＝kt规律，已知细线所能承受的最大拉力F T＝2mg，求从t＝0时起，经多长时间细线会被拉断？解析设t时刻细线恰被拉断，由题意知，B＝kt①金属框中产生的感应电动势E＝ΔBΔt·S＝kL2/2②金属框受到的安培力：F＝BIL＝BELR＝BkL32R③由力的平衡条件得，F T＝mg＋F④解①、②、③得t ＝2mgR k 2L 3.答案 2mgR k 2L 313．电磁流量计广泛应用于测量可导电流体(如污水)在管中的流量(在单位时间内通过管内横截面的流体的体积)．为了简化，假设流量计是如图1－3－31所示的横截面为长方形的一段管道，其中空部分的长、宽、高分别为图中的a 、b 、c .流量计的两端与输送流体的管道相连接，如图中虚线．流量计上下两面是金属材料，前后两面是绝缘材料．现于流量计所在处加磁感应强度为B 的匀强磁场，磁场方向垂直于前后两面．当导电流体稳定地流经流量计时，在管外将流量计上、下两表面分别与一已串接了电阻R 的电流表的两端连接．I 表示侧得的电流值，已知流体的电阻率为ρ，不计电流表的内阻，则可求得的流量为 ( )．图1－3－31A.I B ⎝ ⎛⎭⎪⎫bR ＋ρc a B.I B ⎝ ⎛⎭⎪⎫aR ＋ρb c C.I B ⎝ ⎛⎭⎪⎫(cR ＋ρa b D.I B ⎝ ⎛⎭⎪⎫R ＋ρbc a 解析 流体中有长度为c 的液体导体切割磁感线产生电动势，相当于电源，感应电动势为E ＝Bc v ，内电阻为r ＝ρc ab ，外电路电阻为R ，根据闭合电路欧姆定律：I ＝E R ＋ r，再根据流量的定义，Q ＝bc v .解上述各式可得：Q ＝I B ⎝ ⎛⎭⎪⎫bR ＋ρc a .选项A 正确．答案 A。

高二物理（选修3-1）知识点梳理第一章静电场第1节电荷电荷守恒定律1、摩擦起电：通过摩擦使物体带电的方法称为摩擦起电实质：不同物质的原子核对电子的束缚能力不同，从而在摩擦时导致电子的不均匀分配将与丝绸摩擦过的玻璃棒所带电荷命名为正电荷将与毛皮摩擦过的橡胶棒所带电荷命名为负电荷2、电荷性质：带电体有吸引轻小物的性质同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引3、电荷量：电荷的多少叫做电荷量，简称电量，单位：库仑C最小的电荷量叫做元电荷，用e表示e=1.60×10-19C，即为电子的电量4、材料不相同的两个物体摩擦起电后各自所带电量必定等值异号5、电荷守恒定律：电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分6、静电感应与感应起电当带电体向另一个不带电的物体靠近而不接触时，由于静电相互作用力而使其中的电荷发生定向移动后不均匀分布而带上电荷的现象称为静电感应。

以静电感应的方式使物体带电的方法称为感应起电。

7、验电器：用来检验物体是否带电的仪器，其原理是同种电荷相互排斥。

第2节 库仑定律1、点电荷：当研究的总量与带电体本身的形状大小以及电荷分布情况关系不大时，可以把抽象成一个带电的点，称为点电荷。

．两带电体的距离远大于带电体的尺寸，带电体就可视为点电荷．2、库仑定律⑴内容：真空中两个点电荷之间的相互作用力的大小，跟它们的电荷量的乘积成正比，跟它们的距离的二次方成反比，作用力的方向沿着它们的连线．⑵表达式：221r Q Q kF = (其中k ＝9.0×109 N ·m 2/C 2，叫静电力常量)⑶适用条件：①.真空； ②点电荷．第3节 电场 电场强度和电场线1、电场⑴定义：存在于电荷周围，能传递电荷间相互作用的一种特殊物质．⑵基本性质：对放入其中的电荷有力的作用．2、电场强度⑴定义：放入电场中某点的电荷受到的电场力F 与它的电荷量q 的比值，叫做该点的电场强度．⑵定义式：q F E =单位：N/C注：电场中某点场强的大小和方向与该点放不放电荷及所放电荷的大小和电性无关，由电场本身决定．⑶矢量性：规定正电荷在电场中某点所受电场力的方向为该点的电场强度的方向．⑷真空中点电荷场强的计算式： 2r Q k E = (其中Q 叫做场源电荷)． ⑸电场的叠加：空间同时存在几个电场时，空间某点的场强等于各电场在该点的场强的矢量和，电场强度的叠加遵循平行四边形定则．3、电场线1）定义：画在电场中有方向的曲线，曲线上每点的切线方向表示该点的电场强度的方向 2）电场线的特征⑴电场线是人们为了形象的描绘电场而想象出的一些线，客观并不存在．⑵切线方向表示该点场强的方向，也是正电荷的受力方向．⑶疏密程度表示该处电场强度的大小．⑷从正电荷出发到负电荷终止，或从正电荷出发到无穷远处终止，或者从无穷远处出发到负电荷终止．⑸没有画出电场线的地方不一定没有电场⑹匀强电场的电场线平行且距离相等．⑺顺着电场线方向，电势越来越低．⑻电场线的方向是电势降落陡度最大的方向，电场线跟等势面垂直．⑼电场线永不相交也不闭合．⑽电场线不是电荷运动的轨迹．3）几种常见电场的电场线分布：点电荷的电场线分布相互靠近的等量异种点电荷的电场点电荷与带电平板间的电场平行板电容器的电场第4节 电势能 电势与电势差一、电场力做功的特点1、在电场中移动电荷时，电场力做功与路径无关，只与始末位置有关（与重力相似）。