高二暑假物理作业(电磁学部分常考点复习)班
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预习21 电磁感应现象及应用一、划时代的发现1.丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动,这种作用称为电流的磁效应,揭示了电现象与磁现象之间存在密切联系.2.英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象,即“磁生电”现象,他把这种现象命名为电磁感应.产生的电流叫作感应电流.二、感应电流的产生条件当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,闭合导体回路中就产生感应电流.三、磁通量的变化磁通量的变化大致可分为以下几种情况:(1)磁感应强度B不变,有效面积S发生变化.如图(a)所示.(2)有效面积S不变,磁感应强度B发生变化.如图(b)所示.(3)磁感应强度B和有效面积S都不变,它们之间的夹角发生变化.如图(c)所示.例题1:下面说法中正确的是()A.奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第发明了第一台发电机B.处于静电平衡状态下的导体是一个等势体,但内部的场强不为零C.开普勒提出了万有引力定律,卡文迪什较准确地测出了引力常量D.匀速圆周运动虽然不是匀变速运动,但任意相等时间内速度的变化仍相同【答案】A【解析】A.奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第发明了第一台发电机,故A正确;B.处于静电平衡状态下的导体是一个等势体,内部场强为零,故B错误;C.牛顿提出了万有引力定律,卡文迪许较准确地测出∆=了引力常量,故C错误;D.匀速圆周运动虽然不是匀变速运动,加速度大小不变,方向时刻改变,根据v at 可知任意相等时间内速度变化量的大小相同,方向不同,故D错误。
故选A。
例题2:如图所示,把一个铜环先后放入甲、乙两个足够大磁场中,甲为匀强磁场,乙为非匀强磁场。
磁场的中心轴AB、''OO为圆环的竖直对称轴。
下列说法正确的是()A B垂直铜环的平面且通过圆心,'A.将铜环沿AB、''A B方向移动,甲、乙两图中的铜环都有感应电流B.将铜环绕'OO轴翻转,甲、乙两图中的铜环都有感应电流C.将铜环绕轴AB、''A B旋转,甲、乙两图中的铜环都有感应电流D.将铜环沿垂直AB、''A B方向上下来回移动,甲、乙两图中的铜环都有感应电流【答案】B【解析】A.将铜环沿AB、''A B方向移动,甲图中铜环内的磁通量不变,没有感应电流,乙图中铜环内的磁通量发生变化,有感应电流,故A错误;B.将铜环绕'OO轴翻转,甲、乙两图中的铜环内磁通量都发生变化,都有感应电流,故B正确;C.将铜环绕轴AB、''A B旋转,甲、乙两图中的铜环内的磁通量都不变,故都没有感应电流,故C错误;D.将铜环沿垂直AB、''A B方向上下来回移动,甲图中的铜环内的磁通量不变,没有感应电流,乙图中的铜环内的磁通量变化,有感应电流,故D错误。
高二级物理暑假作业(一)《磁场》知识点提要及习题姓名:_______________知识结构一、主要概念和规律1、磁场的基本概念(1)磁场磁场:存在于磁体、电流和运动电荷周围空间的一种特殊形态的物质。
磁场的基本特性:磁场对处于其中的磁体、电流和运动电荷有磁场力的作用。
(2)磁感强度BB:是从力的角度描述磁场性质的矢量。
大小的定义式:B=F/IL,式中的F为I与磁场方向垂直时的磁场力(此时的磁场力最大,电流I与磁场方向平行时,磁场力为零),l为通电导体的长度。
方向规定:小磁针的N极所受磁场力的方向,即小磁针静止时N极的指向,也即磁场的方向。
1.下列说法中正确的是()A.由B=F/IL可知,磁感应强度B与一小段通电直导线受到的磁场力成正比B.一小段通电导线所受磁场力的方向就是磁场方向C.一小段通电导线在某处不受磁场力,该处磁感应强度一定为零D.磁感应强度为零的地方,一小段通电导线在该处不受磁场力2.通电螺线管的内部,小磁针静止的时的N极指向如图所示请在图中标出电源的正负极和螺线管右侧小磁针的N极和S极。
(3)磁感线磁感线的疏密:表示磁场的强弱,磁感线上某点的切线方向就是该点的磁场方向。
磁感线不相交、不相切、不中断、是闭合曲线。
在磁体外部,从N极指向S极;在磁体内部,由S极指向N极。
应熟悉条形磁体、蹄形磁体、直线电流、通电螺线管、磁电式电流表内的磁场和地磁场等几种典型磁场的磁感线分布。
地磁场:地球的磁场与条形磁体的磁场相似,其主要特点有三个:1)地磁场的N极在地球南极附近、S极在地球北撰稿:毛永辉极附近;2)地磁场的B的水平分量(B x),总是从地球南极指向北极,而竖直分量(B y)则南北相反,在南北球竖直向上,在北半球竖直向下;3)在赤道平面内(即地磁场的中性面)上,距离地球表面相等的各点,磁感强度相等,且方向水平。
3.关于磁感线,下述正确的是()A.磁感线是真实存在的,细铁粉撒在磁铁附近,我们看到的就是磁感线B.磁感线始于N极,终于S极C.沿磁感线方向磁场减弱D.磁感线是闭合曲线4.在赤道上空,水平放置一根通以由西向东的电流的直导线,则此导线()A.受到竖直向上的安培力B.受到竖直向下的安培力C.受到由南向北的安培力D.受到由西向东的安培力5.如图所示,一束带电粒子沿水平方向平行地飞过静止小磁针的正上方时,磁针的南极向西转动,这一带电粒子束可能是:()A由北向南飞行的正离子束;B由南向北的正离子束;C由北向南的负离子束;D由南向北的负离子束。
高二暑假物理作业(电磁学部分常考点复习) 班级: 姓名:1.匝数为N、面积为S、总电阻为R的矩形闭合线圈,在磁感应强度为B的匀强磁场中按如图3-95所示方向(俯视逆时针)以角速度ω绕轴OO′匀速转动.t=0时线圈平面与磁感线垂直,规定adcba的方向为电流的正方向.求:(1)线圈转动过程中感应电动势瞬时值的表达式.(2)线圈从图示位置开始到转过90°的过程中的平均电动势. (3)线圈转到与图示位置成60°角时的瞬时电流. (4)线圈转动一周过程中外力做的功.2.所示为测量某种离子的荷质比的装置.让中性气体分子进入电离室A,在那里被电离成离子.这些离子从电离室的小孔飘出,从缝S1进入加速电场被加速,然后让离子从缝S2垂直进入匀强磁场,最后打在底片上的P点.已知加速电压为U,磁场的磁感应强度为B,缝S2与P之间的距离为a,离子从缝S1进入电场时的速度不计,求该离子的荷质比q/m.3. 在如图3-97所示,以O点为圆心,以r为半径的圆与坐标轴交点分别为a、b、c、d,空间有一与x轴正方向相同的匀强电场,同时,在O点固定一个电量为+Q的点电荷.如果把一个带电量为-q的检验电荷放在c点,恰好平衡,求: (1)匀强电场的场强大小E为多少? (2)a、d点的合场强大小各为多少?(3)如果把O点的正点电荷+Q移走,把点电荷-q从c点沿x轴移到a点,求电场力做的功及点c、a两点间的电势差.4. 如图3-105所示,在倾角为θ的光滑斜面上,存在着两个磁感应强度大小均为B的匀强磁场,区域Ⅰ磁场方向垂直斜面向下,区域Ⅱ磁场方向垂直斜面向上,磁场宽度均为L,一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形线框,由静止开始下滑,沿斜面滑行一段距离后ab边刚越过ee′进入磁场区域Ⅰ时,恰好做匀速直线运动,若当ab边到达gg′与ff′的中间位置时,线框又恰好做匀速直线运动,求: (1)当ab边刚越过ee′进入磁场区域Ⅰ时做匀速直线运动的速度v; (2)当ab边刚越过ff′进入磁场区域Ⅱ时,线框的加速度a;(3)线框从ab边开始进入磁场Ⅰ至ab边到达gg′与ff′的中间位置的过程产生的热量Q.5. 如图3-108甲所示,x轴上方为一垂直于平面xOy向里的匀强磁场,磁感应强度为B,x轴下方为方向平行于x轴,但大小一定(假设为E0)、方向作周期性变化的电场.在坐标为(R,R)的A点和第四象限中某点各放置一个质量为m,电量为q的正点电荷P和Q,P、Q的重力及它们之间的相互作用力均不计,现使P在匀强磁场中开始做半径为R的匀速圆周运动,同时释放Q,要使两电荷总是以相同的速度同时通过y轴,求:(1)场强E0的大小及方向变化的周期;(2)在如图乙所示的E-t图中作出该电场的变化图象(以释放电荷P时为初始时刻,x轴正方向作为场强的正方向),要求至少画出两个周期的图象.第二题图6. 如图所示,理想变压器原线圈中输入电压U1=3300V,副线圈两端电压U2为220V,输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2,绕过铁芯的导线所接的电压表V的示数U=2V,求: (1)原线圈n1等于多少匝?(2)当开关S断开时,表A2的示数I2=5A,则表A1的示数I1为多少? (3)当开关S闭合时,表A1的示数I1′等于多少?7.在真空室内,速度为v=6.4×107m/s的电子束连续地沿两平行导体极板的中心线射入,如图3-113所示,极板长L=8.0×10-2m,两极板间的距离d=5.0×10-3m,两极板不带电时,电子束将沿中心线射出极板.今在两极板间加上50Hz的交变电压u=U0sin100πt(V),发现有时有电子从两极板之间射出,有时则无电子从两极板间射出.若有电子射出的时间间隔与无电子射出的时间间隔之比为Δt1/Δt2=2∶1,则所加的交变电压的最大值U0为多大?(已知电子的质量为m=9.1×10-31kg,电量为e=1.6×10-19C)8. 一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动,线圈匝数n =100,穿过每匝线圈的磁通量φ随时间按正弦规律变化,如图所示。
新人教版高二暑假物理作业电磁感应答案查字典物理网为大家整理的高二暑假物理作业电磁感应答案文章,供大家学习参考!一、选择题(本题共6道小题)1.关于法拉第电磁感应定律,下列说法正确的是()A. 感应电动势与穿过闭合电路的磁通量成正比B. 感应电动势与穿过闭合电路的磁通量的变化量成正比C. 感应电动势与穿过闭合电路的磁通量的变化率成正比D. 感应电动势与闭合电路所围面积成正比2.如图甲所示,在圆形线框的区域内存在匀强磁场,开始时磁场方向垂直于纸面向里.若磁场的磁感应强度B按照图乙所示规律变化,则线框中的感应电流I(取逆时针方向为正方向)随时间t的变化图线是()A. B. C. D.3.在如图所示的电路中,两个相同的电流表,零刻点在刻度盘的中央.当电流从“+”接线柱流入时,指针向右摆;当电流从“﹣”接线柱流入时,指针向左摆.在电路接通且稳定时再断开开关的瞬间,下列说法正确的是()A. G1指针向右摆,G2指针向左摆B. G1指针向左摆,G2指针向右摆C. 两指针都向右摆D. 两指针都向左摆4.如图,在水平桌面上放置两条相距l的平行光滑导轨ab与cd,阻值为R的电阻与导轨的a、c端相连,质量为m.电阻不计的导体棒垂直于导轨放置并可沿导轨自由滑动.整个装置放于匀强磁场中,磁场的方向竖直向上,磁感应强度的大小为B.导体棒的中点系一不可伸长的轻绳,绳绕过固定在桌边的光滑轻滑轮后,与一个质量也为m的物块相连,绳处于拉直状态.现若从静止开始释放物块(物块不会触地,且导体棒不脱离导轨),用h表示物块下落的高度,g表示重力加速度,其他电阻不计,则()A. 电阻R中的感应电流方向由a到cB. 物体下落的最大加速度为gC. 若h足够大,物体下落的最大速度为D. 通过电阻R的电量为5.如图所示,虚线MN上方存在垂直纸面向里的匀强磁场,MN下方存在竖直向下的匀强磁场,两处磁场磁感应强度大小均为B.足够长的不等间距金属导轨竖直放置,导轨电阻不计.两个金属棒通过棒两端的套环水平地套在金属导轨上,其中光滑金属棒AB质量为m,长为L,电阻为R;金属棒CD 质量为2m、长为2L、电阻为2R,与导轨之间的动摩擦因数为μ.若AB棒在外力F的作用下向上做匀速运动,CD棒向下做匀速运动,下列说法正确的是()A. AB棒中电流方向从A到BB. AB棒匀速运动的速度C. AB杆所受拉力F=mg+mgD. 时间t内CD棒上的焦耳热为6.如图所示,导线所围区域内有一垂直纸面向里的变化的匀强磁场,磁感强度按下列哪一图线所表示的方式随时间变化时,导体圆环将受到向上的磁场作用力()A. B. C. D.二、实验题(本题共2道小题)7.在如图所示的实验装置中,已知灵敏电流计的电流从“+”接线柱流入时指针从刻度盘正中间向右偏,从“—”接线柱流入时指针向左偏。
一.磁场及安培定则(右手)的判定: 例题:铁环上绕有绝缘的线圈的通电导线,环竖直放置,电流方向如图所示,则铁环中心0处的磁场方向为() A.向下 B。
向上 C。
垂直纸面向里 D。
垂直纸面向外 练习.如图所示,带负电的金属环绕轴OO′以角度ω匀速旋转,在环左侧轴线上的小磁针最后平衡的位置是() A.N极竖直向上 B.N极竖直向下 C.N极沿轴线向左 D.N极沿轴线向右 二.磁场(磁感应强度)的矢量叠加: 例题.如图所示,三条长直导线都通以垂直于纸面向外的电流,且I1=I2=I3,则距三导线等距的A点的磁场方向为( ) A.向上B.向右C.向左D.向下 例题图 练习1图 练习2图 练习1:如图所示为三根通电平行直导线的断面图。
若它们的电流大小都相同,且ab=ac=ad,则a点的磁感应强度的方向是( )A. 垂直纸面指向纸里B. 垂直纸面指向纸外C. 沿纸面由a指向bD. 沿纸面由a指向d 2.如图所示,电流从A点分两路通过对称的圆环汇合于B点,在圆环中心处的磁感应强度是 A.最大,垂直穿出纸面 B.最大,垂直穿入纸面 c.为零 D.无法确定 例题:如图两条导线相互垂直,但相隔一段距离.其中AB固定,另一条CD能自由活动,当直线电流按图示方向通入两条导线时,导线CD将(从纸外向纸内看)( ) A.不动 B.顺时针方向转动同时靠近导线AB C.逆时针方向转动同时离开导线AB D.顺时针方向转动同时离开导线AB E.逆时针方向转动同时靠近导线AB 练习.在同一平面内,同心的两个导体圆环中通以同向电流时(如图所示),则( ) A.两环都有向内收缩的趋势 B.两环都有向外扩张的趋势 C.内环有收缩趋势,外环有扩张趋势 D.内环有扩张趋势,外环有收缩趋势 四.磁感应强度B和安培力的判定(左手定则): 例题.关于磁感应强度,下列说法中错误的是( )A. 磁感应强度的方向就是该处电流受力方向B.通电导线在磁场中受力越大,说明磁场越强 C. 由B=F/IL可知,一小段通电导体在某处不受磁场力,说明此处一定无磁场 D.由B=F/IL可知,B与F成正比,与IL成反比 练习1.下列说法中错误的是( ) A.磁场中某处的磁感应强度的大小,就是通过电流I,长为L的一小段导线放在该处时所受磁场力F与I、L的乘积的比值 B.一小段通电导线放在某处不受磁场力作用,则该处一定没有磁场 C.一小段通电导线放在磁场中A处时受磁场力比放在B处大,则A处的磁感应强度比B处的磁感应强度大 D.因为B=F/IL,所以某处磁感应强度的大小与放在该处的通电小段导线IL乘积成反比 2.如图中各表示一根放在匀强磁场中的通电直导线,(a)、(b)、(c)、(d)中已标出电流、磁感应强度和安培力这三个物理量中的两个量的方向,试画出第三个量的方向.(已知三个量的方向都相互垂直) 五.安培力和永磁体之间力的判定应用: 例题.条形磁铁放在水平桌面上,它的上方靠S极一侧吊挂一根与它垂直的导电棒,图中只画出此棒的截面图,并标出此棒中的电流是流向纸内的,在通电的一瞬间可能产生的情况是 A.磁铁对桌面的压力减小 B.磁铁对桌面的压力增大 C.磁铁受向左的摩擦力 D.磁铁受向右的摩擦力 如图所示,条形磁铁放在水平桌面上,在其中央上方固定一根导线,导线与磁铁垂直,给导线通以垂直纸面向外的电流,则 ( ) 磁铁对桌面的压力增大,受到桌面的摩擦力 磁铁对桌面的压力减小,受到桌面的摩擦力 C磁铁对桌面的压力增大,不受桌面的摩擦力 磁铁对桌面的压力减小,不受桌面的摩擦力 如图所示,一个通电的闭合线圈套在条形磁铁N极的这一端,则下列判断正确的是 ( ) A线圈的环面有缩小趋势线圈的环面有扩大趋势 C线圈将向S极平动D.线圈将向N极平动 例题:如图所示,直导线处于足够大的匀强磁场中,与磁感线成θ=30°角,导线中通过的电流为I,为了增大导线所受的磁场力,可采取下列四种办法,其中不正确的是( )A.增大电流IB.增加直导线的长度 C.使导线在纸面内顺时针转30° D.使导线在纸面内逆时针转60° 练习1·一根长为O2 m、电流为2 A的通电导线,放在磁感应强度为0.5 T的匀强磁 ( )A. O.4 NB. 0.2 N C O.1 N D.O 练习1. 在匀强磁场B的区域中有一光滑绝缘斜面体,在斜面体上放置一根长为L,质量为优的导线,当通以如图所示方向的电流后,导线恰能保持静止,则磁感应强度B满足 ( ) B.,方向垂直斜面向下 c,方向垂直向下D.,方向水平向左 2.有两个相同的全长电阻为9 的均匀光滑圆环,固20 cm的竖直平面内,两环的连心线B=O.87 T的匀强磁场,两环的最高点A和CO.5的电源,导线的电阻不计,今10 g、电阻为1.5的置于两环内侧且所示的水平位置.它与圆弧的两接P、Q和圆弧最低点间所夹的弧对应的圆心角均为=600.取重力加速度g=10/s2,试求此电源电动势E的大小. 3.一劲度数为K的轻质弹簧,下端挂有一匝数为n的矩形线框abcd,bc边长为L,线框下半部分处在匀强磁场中,磁感应强度大小为B,方向与线框平面垂直,在图—1中垂直于纸面向里,线框中通以电流I,方向如图所示,开始时线框处于平衡状态.令磁场反向,磁感应强度大小仍为B,线框达到新的平衡状态,在此过程中,求线框位移的大小和方向. ·电流表中蹄形磁铁和铁芯间的磁场是均匀地辐向分布,当线圈中通入恒定电流时,线圈将发生转动,电流表的指针也随着偏转,最后停在某一偏角位置上,则在偏转过程中随着偏转角度的增大( ) A线圈所受安培力的力矩将逐渐增大 B线圈所受安培力的力矩将逐渐减小 C.线圈所受安培力的力矩不变 D.电流表中螺旋弹簧所产生的阻碍线圈转动的力矩将逐渐增大 C线圈平面垂直于磁感线时,所受合力为零,合力矩也为零 D.线圈平面垂直于磁感线时,所受合力为零,合力矩最大 ·有一电流表接在电动势为E,内阻为r的旧电池两端,指针偏转了30角,如果将其接在电动势为2E,内阻为2r的电池两端,其指针的偏转角应为(内阻较大) ( ) A.60。
嗦夺市安培阳光实验学校第15讲电磁感应中综合问题的复习策略高考热点1.电磁感应中的电路问题.2.电磁感应中的图象问题.3.电磁感应中的动力学和能量问题.一、电磁感应中的电路问题1.电磁感应电路中产生电动势的那一部分电路相当于电源,产生的感应电动势就是电源的电动势,电流的流向是从“电源”的负极经电源流向正极,这一部分电路两端的电压相当于路端电压,即U =RR+rE.感应电动势是联系电磁感应与电路的桥梁之一.2.电磁感应与电路知识的关系图例1半径为a的圆形区域内有均匀磁场,磁感应强度B=0.2 T,磁场方向垂直纸面向里,半径为b的金属圆环与磁场同心放置,磁场与环面垂直,其中a =0.4 m,b=0.6 m,金属圆环上分别接有灯L1、L2,两灯的电阻均为R0=2 Ω,一金属棒MN与金属圆环接触良好,棒与环的电阻均忽略不计.图1(1)若棒以v0=5 m/s的速率在环上向右匀速滑动,求棒滑过圆环直径OO′的瞬间(如图1所示)MN中的电动势和流过灯L1的电流;(2)撤去中间的金属棒MN,将右边的半圆环O L2O′以OO′为轴向上翻转90°,若此时磁场随时间均匀变化,其变化率为ΔBΔt=4πT/s,求L1的功率.变式1如图2所示,在匀强磁场中有一倾斜的平行金属导轨,导轨间距为L,长为3d,导轨平面与水平面的夹角为θ,在导轨的中部刷有一段长为d的薄绝缘涂层.匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向与导轨平面垂直.质量为m的导体棒从导轨的顶端由静止释放,在滑上涂层之前已经做匀速运动,并一直匀速滑到导轨底端.导体棒始终与导轨垂直,且仅与涂层间有摩擦,接在两导轨间的电阻为R,其他部分的电阻均不计,重力加速度为g.求:图2(1)导体棒与涂层间的动摩擦因数μ;(2)导体棒匀速运动的速度大小v;(3)整个运动过程中,电阻产生的焦耳热Q.规律总结解决电磁感应中的电路问题三步曲1.确定电源.切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势,该导体或回路就相当于电源,利用E=nΔΦΔt或E=Blv sin θ求感应电动势的大小,利用右手定则或楞次定律判断电流方向.2.分析电路结构(内、外电路及外电路的串、并联关系),画出等效电路图.3.利用电路规律求解.主要应用欧姆定律及串、并联电路的基本性质等列方程求解.二、电磁感应中的图象问题1.明确图象的种类,即是B-t图象还是φ-t图象,或者是E-t图象、I-t图象等;对于切割磁感线产生感应电动势和感应电流的情况,还常涉及感应电动势E和感应电流I随线圈位移x变化的图象,即E-x图象和I-x图象.2.这些图象问题大体上可分为两类:(1)由给定的电磁感应过程选出或画出正确的图象.(2)由给定的有关图象分析电磁感应过程,求解相应的物理量.3.弄清初始条件,正负方向的对应,变化范围,所研究物理量的函数表达式,进、出磁场的转折点是解决问题的关键.例2(2016·四川理综·7)(多选)如图3所示,电阻不计、间距为l的光滑平行金属导轨水平放置于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中,导轨左端接一定值电阻R.质量为m、电阻为r的金属棒MN置于导轨上,受到垂直于金属棒的水平外力F的作用由静止开始运动,外力F与金属棒速度v的关系是F=F0+kv(F、k是常量),金属棒与导轨始终垂直且接触良好.金属棒中感应电流为i,受到的安培力大小为F A,电阻R两端的电压为U R,感应电流的功率为P,它们随时间t变化图象可能正确的有( )图3变式2将一段导线绕成图4甲所示的闭合回路,并固定在水平面(纸面)内.回路的ab边置于垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ中.回路的圆环区域内有垂直纸面的磁场Ⅱ,以向里为磁场Ⅱ的正方向,其磁感应强度B随时间t变化的图象如图乙所示.用F表示ab边受到的安培力,以水平向右为F的正方向,能正确反应F随时间t变化的图象是( )图4方法提炼1.对图象的认识,应注意以下几方面(1)明确图象所描述的物理意义;(2)必须明确各种“+”、“-”的含义;(3)必须明确斜率的含义;(4)必须建立图象和电磁感应过程之间的对应关系.2.电磁感应中图象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象作出分析和判断,这未必是最简捷的方法,但却是最有效的方法.三、电磁感应中的动力学和能量问题解决电磁感应综合问题的策略是“先电后力”即1.先作“源”的分析——分析电路中由电磁感应所产生的电源,求出电源参数E和r.2.再进行“路”的分析——分析电路结构,弄清串、并联关系,求出相关部分的电流大小,以便安培力的求解.3.然后是“力”的分析——分析研究对象(通常是金属杆、导体、线圈等)的受力情况,尤其注意其所受的安培力.4.接着进行“运动”状态的分析——根据力和运动的关系,判断出正确的运动模型.5.最后是“能量”的分析——寻找电磁感应过程和研究对象的运动过程中其能量转化和守恒的关系.例3(多选)如图5所示,相距为L的两条足够长的光滑平行金属导轨与水平面的夹角为θ,上端接有定值电阻R,匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度为B .将质量为m 的导体棒由静止释放,当速度达到v 时开始匀速运动,此时对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,并保持拉力的功率恒为P ,导体棒最终以2v 的速度匀速运动.导体棒始终与导轨垂直且接触良好,不计导轨和导体棒的电阻,重力加速度为g .下列选项正确的是( ) 图5A .P =2mgv sin θB .P =3mgv sin θC .当导体棒速度达到v 2时加速度大小为g2sin θD .在速度达到2v 以后匀速运动的过程中,R 上产生的焦耳热等于拉力所做的功变式3 如图6所示,足够长的U 形光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0<θ<90°),其中MN 与PQ 平行且间距为L ,导轨平面与磁感应强度为B 的匀强磁场垂直,导轨电阻不计.金属棒ab 由静止开始沿导轨下滑,并与两导轨始终保持垂直且良好接触,ab 棒接入电路的电阻为R ,当流过ab 棒某一横截面的电荷量为q 时,棒的速度大小为v ,则金属棒ab 在这一过程中( )图6A .运动的平均速度大小为12vB .下滑的位移大小为qRBLC .产生的焦耳热为qBLvD .受到的最大安培力大小为B 2L 2vRsin θ规律总结 电磁感应综合问题的规范求解电磁感应综合问题往往涉及法拉第电磁感应定律、楞次定律、闭合电路欧姆定律、动力学问题、能量问题等,综合性较强,解答时可以从以下三方面进行突破:1.明确电学对象 2.建立动力学模型 3.明确功能关系确定有哪些形式的能量发生了转化.例如:有摩擦力做功必有内能产生;有重力做功,重力势能必然发生变化;安培力做负功,必然有其他形式的能转化为电能.题组1 电磁感应中的电路问题1. (2016·全国卷Ⅱ·20)(多选)法拉第圆盘发电机的示意图如图7所示.铜圆盘安装在竖直的铜轴上,两铜片P 、Q 分别与圆盘的边缘和铜轴接触.圆盘处于方向竖直向上的匀强磁场B 中.圆盘旋转时,关于流过电阻R 的电流,下列说法正确的是( )图7A .若圆盘转动的角速度恒定,则电流大小恒定B .若从上向下看,圆盘顺时针转动,则电流沿a 到b 的方向流动C .若圆盘转动方向不变,角速度大小发生变化,则电流方向可能发生变化D .若圆盘转动的角速度变为原来的2倍,则电流在R 上的热功率也变为原来的2倍2.如图8所示,足够长平行金属导轨倾斜放置,倾角为37°,宽度为0.5 m ,电阻忽略不计,其上端接一小灯泡,电阻为1 Ω.一导体棒MN 垂直于导轨放置,质量为0.2 kg ,接入电路的电阻为1 Ω,两端与导轨接触良好,与导轨间的动摩擦因数为0.5.在导轨间存在着垂直于导轨平面的匀强磁场,磁感应强度为0.8 T .将导体棒MN 由静止释放,运动一端时间后,小灯泡稳定发光,此后导体棒MN 的运动速度及小灯泡消耗的电功率分别为(重力加速度g 取10 m/s 2,sin 37°=0.6)( ) 图8A .2.5 m/s ,1 WB .5 m/s ,1 WC .7.5 m/s ,9 WD .15 m/s ,9 W3.如图9所示,MN 、PQ 是间距为L 的平行金属导轨,置于磁感应强度为B 、方向垂直导轨所在平面向里的匀强磁场中,M 、P 间接有一阻值为R 的电阻.一根与导轨接触良好、有效阻值为R2的金属导线ab 垂直导轨放置,并在水平外力F的作用下以速度v 向右匀速运动,则(不计导轨电阻)( )图9A .通过电阻R 的电流方向为P →R →MB .a 、b 两点间的电压为BLvC .a 端电势比b 端电势高D .外力F 做的功等于电阻R 上产生的焦耳热4.如图10甲所示,面积为0.1 m 2的10匝线圈EFG 处在某磁场中,t =0时,磁场方向垂直于线圈平面向里,磁感应强度B 随时间变化的规律如图乙所示.已知线圈与右侧电路接触良好,电路中的电阻R =4 Ω,电容器电容C =10 μF,线圈EFG 的电阻为1 Ω,其余部分电阻不计.则当开关S 闭合,电路稳定后,在t 1=0.1 s 至t 2=0.2 s 这段时间内( ) 图10A .电容器所带的电荷量为8×10-5C B .通过R 的电流是2.5 A ,方向从b 到aC .通过R 的电流是2 A ,方向从b 到aD .R 消耗的电功率是0.16 W 题组2 电磁感应中的图象问题5.一矩形线圈位于一个方向垂直线圈平面向里的磁场中,如图11甲所示,磁感应强度B 随时间t 的变化规律如图乙所示.以i 表示线圈中的感应电流,以图甲线圈上箭头所示方向的电流为正,则以下的i -t 图中正确的是( ) 图116.如图12所示,一载流长直导线和一矩形线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行.已知在t =0到t =t 1的时间间隔内,长直导线中电流i 发生某种变化,而线框中的感应电流总是沿顺时针方向,线框受到的安培力的合力先水平向左,后水平向右.设电流i 正方向与图中箭头所示方向相同,则i 随时间t 变化的图线可能是( )图127.如图13所示,在光滑水平桌面上有一边长为L 、电阻为R 的正方形导线框;在导线框右侧有一宽度为d (d >L )的条形匀强磁场区域,磁场的边界与导线框的一边平行,磁场方向竖直向下.导线框以某一初速度向右运动,t =0时导线框的右边恰与磁场的左边界重合,随后导线框进入并通过磁场区域.下列v -t图象中,可能正确描述上述过程的是( )图13题组3 电磁感应中的动力学和能量问题8.(多选)两根相距为L 且足够长的金属直角导轨如图14所示放置,它们各有一边在同一水平面内,另一边垂直于水平面.质量均为m 的金属细杆ab 、cd与导轨垂直并接触形成闭合回路,杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ,导轨电阻不计,回路总电阻为2R .整个装置处于磁感应强度大小为B 、方向水平向右的匀强磁场中.当ab 杆在平行于水平导轨的拉力F 作用下以速度v 沿导轨匀速运动时,cd 杆也正好以某一速度向下匀速运动.重力加速度为g .以下说法正确的是 ( )图14A .ab 杆所受拉力F 的大小为μmg +B 2L 2v2RB .cd 杆所受摩擦力为零C .cd 杆向下匀速运动的速度为2mgR B 2L2D .ab 杆所受摩擦力为2μmg9.(多选)如图15所示,竖直放置的两根足够长平行金属导轨相距L ,导轨间接有一阻值为R 的定值电阻,质量为m ,电阻为r 的导体棒与两导轨始终保持垂直并良好接触,且无摩擦,整个装置放在匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直,现将导体棒由静止释放,导体棒下落高度为h 时开始做匀速运动,在此过程中( ) 图15A .导体棒的最大速度为2ghB .通过定值电阻的电荷量为BLhR +rC .导体棒克服安培力做的功等于定值电阻上产生的热量D .重力和安培力对导体棒做功的代数和等于导体棒动能的增加量10.(多选)如图16所示,两根间距为d 的光滑金属导轨,平行放置在倾角为θ=30°的斜面上,导轨的右端接有一阻值为R 的电阻,整个装置放在磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向与导轨平面垂直.导轨上有一质量为m 、电阻也为R 的导体棒与两导轨垂直且接触良好,导体棒以一定的初速度v 0在沿着导轨上滑一段距离L 后返回,不计导轨电阻及感应电流间的相互作用.下列说法正确的是( )图16A .导体棒沿着导轨上滑过程中通过R 的电量q =BdL2RB .导体棒返回时先做匀加速运动,最后做匀速直线运动C .导体棒沿着导轨上滑过程中电阻R 上产生的热量Q =12mv 20-mgLD .导体棒沿着导轨上滑过程中克服安培力做的功W =12(mv 20-mgL )11. (2015·天津理综·11)如图17所示,“凸”字形硬质金属线框质量为m ,相邻各边互相垂直,且处于同一竖直平面内,ab 边长为l ,cd 边长为2l ,ab 与cd 平行,间距为2l .匀强磁场区域的上下边界均水平,磁场方向垂直于线框所在平面.开始时,cd 边到磁场上边界的距离为2l ,线框由静止释放,从cd 边进入磁场直到ef 、pq 边进入磁场前,线框做匀速运动,在ef 、pq 边离开磁场后,ab 边离开磁场之前,线框又做匀速运动.线框完全穿过磁场过程中产生的热量为Q.线框在下落过程中始终处于原竖直平面内,且ab、cd边保持水平,重力加速度为g.求:图17(1)线框ab边将要离开磁场时做匀速运动的速度大小是cd边刚进入磁场时的几倍;(2)磁场上、下边界间的距离H.12.如图18所示,一对光滑的平行金属导轨固定在同一水平面内,导轨间距l =0.5 m,左端接有阻值R=0.3 Ω的电阻.一质量m=0.1 kg,电阻r=0.1 Ω的金属棒MN放置在导轨上,整个装置置于竖直向上的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.4 T.金属棒在水平向右的外力作用下,由静止开始以a=2 m/s2的加速度做匀加速运动,当金属棒的位移x=9 m 时撤去外力,金属棒继续运动一段距离后停下来,已知撤去外力前后回路中产生的焦耳热之比Q1∶Q2=2∶1.导轨足够长且电阻不计,金属棒在运动过程中始终与导轨垂直且两端与导轨保持良好接触.求:图18(1)金属棒在匀加速运动过程中,通过电阻R的电荷量q;(2)撤去外力后回路中产生的焦耳热Q2;(3)外力做的功W F.第15讲 电磁感应中综合问题的复习策略 备考指导例1 (1)0.8 V 0.4 A (2)1.28×10-2W解析 (1)棒通过圆环直径时切割磁感线的有效长度l =2a ,棒中产生的感应电动势为E =Blv =B ·2av 0=0.2×0.8×5 V=0.8 V.当不计棒和圆环的电阻时,直径OO ′两端的电压U =E =0.8 V ,通过灯L 1的电流为I 1=U R 0=0.82A =0.4 A.(2)右半圆环上翻90°后,穿过回路的磁场有效面积为原来的一半,S ′=12πa 2,磁场变化时回路中产生的感应电动势为 E ′=ΔΦΔt =S ′·ΔB Δt =12πa 2×4πV =0.32 V.由于L 1、L 2两灯相同,圆环电阻不计,所以每个灯的电压均为U ′=12E ′,L 1的功率为P 1=U ′2R 0=(12E ′)2R 0=1.28×10-2W.变式1 (1)tan θ (2)mgR sin θB 2L 2(3)2mgd sin θ-m 3g 2R 2sin 2θ2B 4L4解析 (1)在绝缘涂层上导体棒受力平衡mg sin θ=μmg cos θ解得导体棒与涂层间的动摩擦因数μ=tan θ(2)在光滑导轨上 感应电动势:E =BLv感应电流:I =ER安培力:F 安=BIL受力平衡的条件是:F 安=mg sin θ解得导体棒匀速运动的速度v =mgR sin θB 2L 2(3)摩擦生热:Q T =μmgd cos θ根据能量守恒定律知:3mgd sin θ=Q +Q T +12mv 2解得电阻产生的焦耳热Q =2mgd sin θ-m 3g 2R 2sin 2 θ2B 4L 4. 例2 BC [设金属棒在某一时刻速度为v ,由题意可知,感应电动势E =BLv ,回路电流I =ER +r =BL R +r v ,即I ∝v ;安培力F A =BIL =B 2L 2R +rv ,方向水平向左,即F A ∝v ;R 两端电压U R =IR =BLR R +r v ,即U R ∝v ;感应电流功率P =EI =B 2L 2R +rv 2,即P ∝v 2.分析金属棒运动情况,由牛顿运动第二定律可得F 0+kv -B 2L 2R +r v =ma ,即F 0+(k-B 2L 2R +r)v =ma .因为金属棒从静止出发,所以F 0>0 . (1)若k =B 2L 2R +r,金属棒水平向右做匀加速直线运动.所以在此情况下没有选项符合;(2)若k >B 2L 2R +r,F 合随v 增大而增大,即a 随v 增大而增大,说明金属棒在做加速度增大的加速运动,根据四个物理量与速度的关系可知B 选项符合;(3)若k <B 2L 2R +r,F 合随v 增大而减小,即a 随v 增大而减小,说明金属棒在做加速度减小的加速运动,直到加速度减小为0后金属棒做匀速直线运动,根据四个物理量与速度关系可知C 选项符合. 综上所述,选项B 、C 符合题意.]变式1 B [0~T2时间内,回路中产生顺时针方向、大小不变的感应电流,根据左手定则可以判定ab 边所受安培力向左.T2~T 时间内,回路中产生逆时针方向、大小不变的感应电流,根据左手定则可以判定ab 边所受安培力向右,故B 正确.]例3 AC [根据I =E R =BLvR,导体棒由静止释放,速度达到v 时,回路中的电流为I ,则根据共点力的平衡条件,有mg sin θ=BIL .对导体棒施加一平行于导轨向下的拉力,使其以2v 的速度匀速运动时,则回路中的电流为2I ,则根据平衡条件,有F +mg sin θ=B ·2IL ,所以拉力F =mg sin θ,拉力的功率P=F ×2v =2mgv sin θ,故选项A 正确,选项B 错误;当导体棒的速度达到v 2时,回路中的电流为I 2,根据牛顿第二定律,得mg sin θ-B I 2L =ma ,解得a =g2sin θ,选项C 正确;当导体棒以2v 的速度匀速运动时,根据能量守恒定律知,重力和拉力所做的功之和等于R 上产生的焦耳热,故选项D 错误.] 变式3 B [对棒受力分析如图所示.F 安=BIL =B 2L 2vR,故D 错;F 安随棒的速度的增大而增大,故棒做的不是匀加速直线运动.因此运动的平均速度v ≠12v ,A 错;由q =n ΔΦR 总可得:q =BLxR ,故棒下滑的位移x =qRBL,B 正确;求焦耳热应该用有效值,故C 错.] 考点突破1.AB [将圆盘看成无数幅条组成,它们都在切割磁感线从而产生感应电动势和感应电流,根据右手定则可知圆盘上感应电流从边缘流向中心,则当圆盘顺时针(俯视)转动时,流过电阻的电流方向从a 到b ,B 对;由法拉第电磁感应定律得感生电动势E =BLv =12BL 2ω,I =ER +r,ω恒定时,I 大小恒定,ω大小变化时,I 大小变化,方向不变,故A 对,C 错;由P =I 2R =B 2L 4ω2R 4(R +r )2知,当ω变为2倍时,P 变为原来的4倍,D 错.]2.B [小灯泡稳定发光,说明导体棒MN 匀速运动,则有mg sin 37°-B 2L 2vR L +R -μmg cos 37°=0,可得导体棒MN 的运动速度v =5 m/s ;小灯泡消耗的电功率P =I 2R L =1 W .]3.C [由右手定则可知通过金属导线的电流由b 到a ,即通过电阻R 的电流方向为M →R →P ,A 错误;金属导线产生的感应电动势为BLv ,而a 、b 两点间的电压为等效电路路端电压,由闭合电路欧姆定律可知,a 、b 两点间电压为23BLv ,B 错误;金属导线可等效为电源,在电源内部,电流从低电势流向高电势,所以a 端电势高于b 端电势,C 正确;根据能量守恒定律可知,外力F 做的功等于电阻R 和金属导线产生的焦耳热之和,D 错误.] 4.A5.A [在0~1 s 内,据E =ΔBΔt S 可知感应电动势恒定,感应电流恒定,且电流为逆时针方向,在图象中为负;1~2 s 内,B 不变,i =0;2~3 s 内,由E =ΔBΔt·S 知i 恒定,方向为正.综合分析可知A 正确.] 6.A [因通电导线周围的磁场离导线越近磁场越强,而线框中左、右两边的电流大小相等,方向相反,所以其受到的安培力方向相反,线框的左边受到的安培力大于线框的右边受到的安培力,所以合力与线框的左边受力的方向相同.因为线框受到的安培力的合力先水平向左,后水平向右,根据左手定则,线框处的磁场方向先垂直纸面向里,后垂直纸面向外,根据右手螺旋定则,导线中的电流先为正,后为负,所以选项A 正确,选项B 、C 、D 错误.]7.D [导线框进入磁场的过程中,线框受到向左的安培力作用,根据E =BLv 、I =E R 、F =BIL 得F =B 2L 2v R,随着v 的减小,安培力F 减小,导线框做加速度逐渐减小的减速运动.整个导线框在磁场中运动时,无感应电流,导线框做匀速运动,导线框离开磁场的过程中,根据F =B 2L 2vR,导线框做加速度减小的减速运动,所以选项D 正确.]8.BCD [ab 杆的速度方向与磁感应强度的方向平行,不切割磁感线,只有cd杆运动切割磁感线.设cd 杆向下运动的速度为v 1,根据闭合电路的欧姆定律及法拉第电磁感应定律有I =E2R,E =BLv 1,cd 杆只受到竖直向下的重力mg 和竖直向上的安培力作用,因为cd 杆与导轨间没有正压力,所以摩擦力为零.由平衡条件得mg =BIL =B 2L 2v 12R ,解得cd 杆向下匀速运动的速度为2mgRB 2L2.ab 杆的受力如图所示,根据平衡条件可得F N =2mg ,F =F f =2μmg .综上所述,选项B 、C 、D 正确.]9.BD [导体棒由静止释放后,当a =0时,速度最大,即mg -BL BLv mR +r =0,解得v m =mg (R +r )B 2L 2,A 项错误.此过程中通过定值电阻的电荷量q =I Δt =BLh (R +r )Δt ·Δt =BLhR +r,B 项正确.导体棒克服安培力做的功等于整个电路产生的热量,C 项错误.由动能定理知对导体棒有ΔE k =W 重+W 安,D 项正确.] 10.AD [根据法拉第电磁感应定律得:E =ΔΦΔt,根据闭合电路欧姆定律得:I =E2R,所以导体棒沿着导轨上滑过程中通过R 的电量为q =I ·Δt =E 2R ·Δt =ΔΦ2R =BdL2R,故A 正确;由E =BLv 知,导体棒返回时随着速度的增大,导体棒产生的感应电动势增大,感应电流增大,由F 安=BIL 知导体棒受到的安培力增大,由牛顿第二定律知,加速度减小,所以导体棒返回时先做加速度减小的变加速运动,最后做匀速直线运动,故B 错误;根据能量守恒定律知,导体棒沿着导轨上滑过程中回路中产生的总热量为Q =12mv 20-mgL sin θ=12(mv 20-mgL ),电阻R 上产生的热量为Q R =12Q =14(mv 20-mgL ),故C 错误;根据功能关系可知,导体棒沿着导轨上滑过程中克服安培力做的功等于回路中产生的总热量,即W =Q =12(mv 20-mgL ),故D 正确.所以选A 、D.]11.(1)4倍 (2)Qmg+28l解析 (1)设磁场的磁感应强度大小为B ,cd 边刚进入磁场时,线框做匀速运动的速度为v 1,cd 边上的感应电动势为E 1,由法拉第电磁感应定律,有E 1=2Blv 1①设线框总电阻为R ,此时线框中电流为I 1,由闭合电路欧姆定律,有I 1=E 1R②设此时线框所受安培力为F 1,有F 1=2I 1lB ③ 由于线框做匀速运动,其受力平衡,有mg =F 1④由①②③④式得v 1=mgR4B 2l2⑤设ab 边离开磁场之前,线框做匀速运动的速度为v 2,同理可得v 2=mgRB 2l2⑥由⑤⑥式得v 2=4v 1⑦(2)线框自释放直到cd 边进入磁场前,由机械能守恒定律,有2mgl =12mv 21⑧线框完全穿过磁场的过程中,由能量守恒定律,有 mg (2l +H )=12mv 22-12mv 21+Q ⑨由⑦⑧⑨式得H =Q mg+28l .12.(1)4.5 C (2)1.8 J (3)5.4 J解析 (1)设金属棒匀加速运动的时间为Δt ,回路的磁通量的变化量为ΔΦ,回路中的平均感应电动势为E ,由法拉第电磁感应定律得E =ΔΦΔt ①其中ΔΦ=Blx ②设回路中的平均电流为I ,由闭合电路欧姆定律得I =ER +r③则通过电阻R 的电荷量为q =I Δt ④联立①②③④式,得q =BlxR +r代入数据得q =4.5 C(2)设撤去外力时金属棒的速度为v ,对于金属棒的匀加速运动过程,由运动学公式得v 2=2ax ⑤设金属棒在撤去外力后的运动过程中克服安培力所做的功为W ,由动能定理得W =12mv 2⑥ 撤去外力后回路中产生的焦耳热Q 2=-W ⑦ 联立⑤⑥⑦式,代入数据得Q 2=1.8 J⑧(3)由题意知,撤去外力前、后回路中产生的焦耳热之比Q 1∶Q 2=2∶1,可得Q 1=3.6 J⑨在金属棒运动的整个过程中,外力F 克服安培力做功,由功能关系可知W F =Q 1+Q 2⑩由⑧⑨⑩式得W F =5.4 J.。
考点:磁感线、电场力、带电粒子磁场中的运动、电路的动态分析、法拉第电磁感应定律、楞次定律、远距离输电、正弦式交变电流、闭热学.新课标2016年高二物理暑假作业3一、选择题•1.(单选)关于磁感线的一些说法,不正确的是()A .1磁感线上各点的切线方向,就是该点的磁场方向B . 1磁场中两条磁感线一疋不相父C. 1磁感线分布较密的地方,磁感应强度较强D .;通电螺线管的磁感线从北极出来,终止于南极,是一条不闭合的曲线2.(单选)两个带同种电荷的小球放在光滑绝缘的水平桌面上,由静止释放,运动过程中两球的()A. i束度逐渐变小B. 加速度逐渐变大C.丿库仑力逐渐变小D.库仑力逐渐变大3.(单选)如图所示,金属棒MN两端用等长的细软导线连接后水平地悬挂. MN处在向里的水平匀强磁场中,棒中通有由M流向N的电流,此时悬线受金属棒的拉力作用. 为了使悬线中的拉力减小,可采取的措施有()a bI ! *;x X X X X ::X X X :A.讣吏磁场反向B. 使电流反向C. J增大电流强度D.减小磁感应强度4.(单选)如图所示,ab是水平面上一个圆环的直径,在过ab的竖直平面内有一根通电导线ef.已知ef平行于ab,以下能使圆环的产生感应电流的是()A . 使通电导线ef竖直向上平移B . 增大通电导线ef中电流的大小C. 使通电导线ef中的电流反向D . 使圆环以直径:ab为轴旋转5.(单选)如图所示,直角坐标系Oxy的2、4象限有垂直坐标系向里的匀强磁场磁感应强度大小均为B,在第3象限有垂直坐标系向外的匀强磁场磁感应强度大小为2B,现将半径为R,圆心角为90°的扇形闭合导线框OPC在外力作用下以恒定角速度绕0点在纸面内沿逆时针方向匀速转动.t=0时线框在图示位置,设电流逆时针方向为正方向•则下列关于导线框中的电流随时间变化关系正确的是()C.31PJ - nB-t --3!-6•右图表示一交流电的电流随时间而变化的图象,此交流电流的有效值是(B• 5AC. 3.5 . 2 A D . 3.5AB.)7. (单选)如图所示,开关 K 原来是闭合的,当 R 1、R 2的滑片处于图中所示的位置时,悬 在平行板电容器的带电尘埃P 刚好处于静止状态.要使尘埃加速向下运动的方法是()A.: 把 R 1的滑片向上移动B . 把R 2的滑片向上移动 C.: 把 R 2的滑片向下移动D . 断开开关K8.(单选)对一定质量的理想气体,下列说法正确的是( )A. 气体的体积是所有气体分子的体积之和B. 气体温度越高,每个气体分子的动能就越大C. 气体对容器的压强是由大量气体分子对容器不断碰撞而产生的D. 当气体膨胀时,气体分子的势能减小,因而气体的内能一定减少 9.(单选)如图所示,用F 表示两分子间的作用力,用 E p 表示分子间的分子势能,在两个分子之间的距离由10r o 变为r o 的过程中()二. 实验题•10. 分子动理论较好地解释了物质的宏观热力学性质。
2020百所名校高二暑假作业物理必学目录选修3-2暑假作业一电磁感应暑假作业二交变电流、传感器选修3-5暑假作业三动量守恒定律暑假作业四波粒二象性暑假作业五原子结构、原子核暑假作业一 电磁感应一、选择题1.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,观察电流表的变化2.在一空间有方向相反、磁感应强度大小均为B 的匀强磁场,如图所示,垂直纸面向外的磁场分布在一半径为a 的圆形区域内,垂直纸面向里的磁场分布在除圆形区域外的整个区域,该平面内有一半径为b (b >2a )的圆形线圈,线圈平面与磁感应强度方向垂直,线圈与半径为a 的圆形区域是同心圆.从某时刻起磁感应强度大小开始减小到B2,则此过程中该线圈磁通量的变化量的大小为( )A.12πB (b 2-2a 2) B .πB (b 2-2a 2) C .πB (b 2-a 2)D.12πB (b 2-2a 2) 3.如图所示,闭合圆形导体线圈放置在匀强磁场中,线圈平面与磁场平行,当磁感应强度逐渐增大时,以下说法正确的是( )A .线圈中产生顺时针方向的感应电流B .线圈中产生逆时针方向的感应电流C .线圈中不会产生感应电流D .线圈面积有缩小的倾向4.如图,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U 形金属导轨,导轨平面与磁场垂直。
金属杆PQ 置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS ,一圆环形金属线框T 位于回路围成的区域内,线框与导轨共面。
现让金属杆PQ 突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是()A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向5.如图所示,绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路。
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高二物理暑假作业电磁学经典题
高二物理暑假作业电磁学经典题
【摘要】为大家带来高二物理暑假作业电磁学经典题,希望大家喜欢下文!
高二暑假物理作业(电磁学部分常考点复习) 班级:姓名:
1.匝数为N、面积为S、总电阻为R的矩形闭合线圈,在磁感应强度为B的匀强磁场中按如图3-95所示方
向(俯视逆时针)以角速度ω绕轴OO′匀速转动.t=0时线圈平面与磁感线垂直,规定adcba的方向
为电流的正方向.求:
(1)线圈转动过程中感应电动势瞬时值的表达式.
(2)线圈从图示位置开始到转过90°的过程中的平均电动势.
(3)线圈转到与图示位置成60°角时的瞬时电流.
(4)线圈转动一周过程中外力做的功.
1。
预习22 电磁波的发现及应用一、电磁场与电磁波1.麦克斯韦电磁场理论(1)变化的磁场产生电场①在变化的磁场中放一个闭合的电路,由于穿过电路的磁通量发生变化,电路中会产生感应电流.这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场.①即使在变化的磁场中没有闭合电路,也同样要在空间产生电场.(2)变化的电场产生磁场变化的电场也相当于一种电流,也在空间产生磁场,即变化的电场在空间产生磁场.2.电磁场:变化的电场和变化的磁场所形成的不可分割的统一体.3.电磁波(1)电磁波的产生:周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生,由近及远向周围传播,形成电磁波.(2)电磁波的特点①电磁波可以在真空中传播.①电磁波的传播速度等于光速.①光在本质上是一种电磁波.即光是以波动形式传播的一种电磁振动.(3)电磁波的波速①波速、波长、频率三者之间的关系:波速=波长×频率.电磁波的波速c与波长λ、频率f的关系是c=λf.①电磁波在真空中的传播速度c=3×108 m/s.二、电磁波谱与电磁波的能量1.电磁波谱(1)概念:按电磁波的波长或频率大小的顺序把它们排列成谱,叫作电磁波谱.(2)各种电磁波按波长由大到小排列顺序为:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线.(3)各种电磁波的特性①无线电波:用于广播、卫星通信、电视等信号的传输.①红外线:用于加热理疗等.①可见光:照亮自然界,也可用于通信.①紫外线:用于灭菌消毒.①X射线和γ射线:用于诊断病情、摧毁病变的细胞.2.电磁波的能量(1)光是一种电磁波,光具有能量.(2)电磁波具有能量,电磁波是一种物质.例题1:下列关于麦克斯韦的电磁场理论说法正确的是()A.变化的磁场产生的电场一定是变化的B.不均匀变化的电场产生均匀变化的磁场,均匀变化的磁场产生不均匀变化的电场C.稳定的磁场产生不稳定的电场D.周期性变化的磁场在周围空间产生的变化电场例题2:下列选项符合物理学史的是()A.奥斯特提出了分子电流假说,能成功解释一些磁现象B.库仑最早用实验测得元电荷e的数值C.纽曼、韦伯在对理论和实验资料进行严格分析后,先后指出,闭合电路中感应电动势的大小跟穿过这一回路的磁通量的变化率成正比,后人称之为法拉第电磁感应定律D.麦克斯韦首先预言了电磁波的存在,并用实验证实了电磁波的存在例题3:关于电磁场和电磁波,下列说法不正确的是()A.变化的电场能够产生磁场,变化的磁场能够产生电场B.麦克斯韦预言电磁波的存在C.无线电波、红外线、可见光、紫外线、x射线、 射线都是电磁波D.紫外线是一种波长比紫光更长的电磁波,能够灭菌消毒一、单选题1.在电磁学发展过程中,许多科学家做出了贡献,下列说法正确的是()A.奥斯特发现了电流磁效应;法拉第发现了电磁感应现象B.麦克斯韦预言了电磁波;楞次用实验证实了电磁波的存在C.库仑发现了点电荷的相互作用规律并通过油滴实验测定了元电荷的数值D.安培发现了磁场对运动电荷的作用规律;洛伦兹发现了磁场对电流的作用规律2.当前新型冠状病毒依然在威胁着全世界人民的生命健康,在抗击新冠疫情的过程中,红外线测温仪发挥着重要作用。
高二暑假物理作业(电磁学部分常考点复习) 班级: 姓名: 1.匝数为N、面积为S、总电阻为R的矩形闭合线圈,在磁感应强度为B的匀强磁场中按如图3-95所示方向(俯视逆时针)以角速度ω绕轴OO′匀速转动.t=0时线圈平面与磁感线垂直,规定adcba的方向为电流的正方向.求:(1)线圈转动过程中感应电动势瞬时值的表达式. (2)线圈从图示位置开始到转过90°的过程中的平均电动势. (3)线圈转到与图示位置成60°角时的瞬时电流. (4)线圈转动一周过程中外力做的功.2.所示为测量某种离子的荷质比的装置.让中性气体分子进入电离室A,在那里被电离成离子.这些离子从电离室的小孔飘出,从缝S1进入加速电场被加速,然后让离子从缝S2垂直进入匀强磁场,最后打在底片上的P点.已知加速电压为U,磁场的磁感应强度为B,缝S2与P之间的距离为a,离子从缝S1进入电场时的速度不计,求该离子的荷质比q/m.3. 在如图3-97所示,以O点为圆心,以r为半径的圆与坐标轴交点分别为a、b、c、d,空间有一与x轴正方向相同的匀强电场,同时,在O点固定一个电量为+Q的点电荷.如果把一个带电量为-q的检验电荷放在c点,恰好平衡,求: (1)匀强电场的场强大小E为多少? (2)a、d点的合场强大小各为多少?(3)如果把O点的正点电荷+Q移走,把点电荷-q从c点沿x轴移到a点,求电场力做的功及点c、a两点间的电势差.4. 如图3-105所示,在倾角为θ的光滑斜面上,存在着两个磁感应强度大小均为B的匀强磁场,区域Ⅰ磁场方向垂直斜面向下,区域Ⅱ磁场方向垂直斜面向上,磁场宽度均为L,一个质量为m、电阻为R、边长也为L的正方形线框,由静止开始下滑,沿斜面滑行一段距离后ab边刚越过ee′进入磁场区域Ⅰ时,恰好做匀速直线运动,若当ab边到达gg′与ff′的中间位置时,线框又恰好做匀速直线运动,求: (1)当ab边刚越过ee′进入磁场区域Ⅰ时做匀速直线运动的速度v; (2)当ab边刚越过ff′进入磁场区域Ⅱ时,线框的加速度a;(3)线框从ab边开始进入磁场Ⅰ至ab边到达gg′与ff′的中间位置的过程产生的热量Q.5. 如图3-108甲所示,x轴上方为一垂直于平面xOy向里的匀强磁场,磁感应强度为B,x轴下方为方向平行于x轴,但大小一定(假设为E0)、方向作周期性变化的电场.在坐标为(R,R)的A点和第四象限中某点各放置一个质量为m,电量为q的正点电荷P和Q,P、Q的重力及它们之间的相互作用力均不计,现使P在匀强磁场中开始做半径为R的匀速圆周运动,同时释放Q,要使两电荷总是以相同的速度同时通过y轴,求:(1)场强E0的大小及方向变化的周期;(2)在如图乙所示的E-t图中作出该电场的变化图象(以释放电荷P时为初始时刻,x轴正方向作为场强的正方向),要求至少画出两个周期的图象.6. 如图所示,理想变压器原线圈中输入电压U1=3300V,副线圈两端电压U2为220V,输出端连有完全相同的两个灯泡L1和L2,绕过铁芯的导线所接的电压表V的示数U=2V,求:第五题图(1)原线圈n1等于多少匝?(2)当开关S断开时,表A2的示数I2=5A,则表A1的示数I1为多少? (3)当开关S闭合时,表A1的示数I1′等于多少?7.在真空室内,速度为v=6.4×107m/s的电子束连续地沿两平行导体极板的中心线射入,如图3-113所示,极板长L=8.0×10-2m,两极板间的距离d=5.0×10-3m,两极板不带电时,电子束将沿中心线射出极板.今在两极板间加上50Hz的交变电压u=U0sin100πt(V),发现有时有电子从两极板之间射出,有时则无电子从两极板间射出.若有电子射出的时间间隔与无电子射出的时间间隔之比为Δt1/Δt2=2∶1,则所加的交变电压的最大值U0为多大?(已知电子的质量为m=9.1×10-31kg,电量为e=1.6×10-19C)8. 一小型发电机内的矩形线圈在匀强磁场中以恒定的角速度ω绕垂直于磁场方向的固定轴转动,线圈匝数n =100,穿过每匝线圈的磁通量φ随时间按正弦规律变化,如图所示。
发电机内阻r =5.0Ω,外电路电阻R =95Ω,已知感应电动势的最大值εm =n ωφm ,其中φm 为穿过每匝线圈磁通量的最大值,求串联在外电路中的交流电流表(内阻不计)的读数。
9.如图所示,光滑绝缘细杆竖直放置,它与以正点电荷Q 为圆心的某一圆周交于B 、C 两点,质量为m ,带电量为-q 的有孔小球从杆上A 点无初速下滑,已知AB=h ,小球滑到B 点时速度大小为gh 3,求:(1)小球从A 到B 过程中电场力做的功. (2)A 、C 两点电势差.10. 如图所示的正方形盒子开有a 、b 、c 三个微孔,盒内有垂直纸面向里的匀强磁场.一束速率不同的带电粒子(质量、电量均相同,不计重力)从a 孔沿垂直磁感线方向射入盒中,发现从c 孔和b 孔有粒子射出,试分析下列问题:(1)判断粒子的电性;(2)从b 孔和c 孔射出的粒子速率之比v 1:v 2 ; (3)它们在盒内运动时间之比为t 1:t 2 .11. 如图所示,有一带电粒子(不计重力)紧贴A 板沿水平方向射入匀强电场,当偏转电压为U 1时,带电粒子沿轨迹①从两板正中间飞出;当偏转电压为U 2时,带电粒子沿轨迹②落到B 板中间.设两次射入电场的水平速度相同,试求:两次的电压之比U 1:U 2.12.如图所示,电阻不计的平行金属导轨MN 和OP 水平放置,MO 间接有阻值为R =5 Ω的电阻,导轨相距为L = 0.2 m .其间有竖直向下的匀强磁场,磁感应强度为B = 5 T .质量为m = 1 kg 的导体棒CD 垂直于导轨放置并接触良好,其长度恰好也为L ,电阻也为R .用平行于MN 的恒力F 向右拉动CD ,CD 棒与导轨间的动摩擦因数为0.2.已知CD 棒运动中能达到的最大速度v m = 10 m/s ,重力加速度g 取10 m/s 2.试求:(1)恒力F 的大小;(2)当CD 达到最大速度时,电阻R 消耗的电功率.13. 如图所示,MN 为金属杆,在竖直平面内贴着光滑金属导轨下滑,导轨的间距l=10cm ,导轨上端接有电阻R=0.5Ω,导轨与金属杆电阻不计,整个装置处于B=0.5T 的水平匀强磁场中.若杆稳定下落时,每秒钟有0.02J 的重力势能转化为电能,则求MN 杆的下落速度14. 如图所示,两根足够长的直金属导轨MN 、PQ 平行放置。
两导轨间距为0L ,M 、P 两点间接有阻值为R 的电阻。
一根质量为m 的均匀直金属杆ab 放在两导轨上,并与导轨垂直。
整套装置处于磁感应强度为B 的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向下。
导轨和金属杆的电阻可忽略。
让ab 杆沿导轨由静止开始下滑,导轨和金属杆接触良好,不计它们之间的摩擦。
(1)由b 向a 方向看到的装置如图9-14,在此图中画出ab 杆下滑过程中某时刻的受力示意图;(2)在加速下滑时,当ab 杆的速度大小为v 时,求此时ab 杆中的电流及其加速度的大小;(3)求在下滑过程中,ab 杆可以达到的速度最大值。
15. 如图所示,在光滑绝缘的水平面上有一个用一根均匀导体围成的正方形线框abcd ,其边长为L ,总电阻为R ,放在磁感应强度为B .方向竖直向下的匀强磁场的左边,图中虚线MN 为磁场的左边界。
线框在大小为F 的恒力作用下向右运动,其中ab 边保持与MN 平行。
当线框以速度v 0进入磁场区域时,它恰好做匀速运动。
在线框进入磁场的过程中,(1)线框的ab 边产生的感应电动势的大小为E 为多少? (2)求线框a 、b 两点的电势差。
(3)求线框中产生的焦耳热。
详解答案1.解:(1)e=NBSωsinωt. (2)平均=ΔΦ/Δt=2NBSω/π.(3)线圈转过60°时 i=e/R=NBSωsin60°/R=(/2)NBSω/R.(4)电动势的有效值为 E=Em/=NBSω/,转动一周的电功为W=Pt=E2T/R=πN2B2S2ω/R.根据能量守恒定律,线圈匀速转动一周外力做的功等于电功2. 从轨迹可知离子带正电.设它进入磁场时速度为v,在电场中加速,有qU=(1/2)mv2,在磁场中偏转,有qvB=mv2/r,又r=a/2,由这三个式子解得q/m=8U/B2a2.3. 解:(1)点电荷-q在c点受力平衡,则有kQq/r2=qE,E=kQ/r2.(2)在a点的合场强大小为Ea=EQ+E=(kQ/r2)+(kQ/r2)=2kQ/r2.d点的合场强为点电荷+Q和匀强电场的矢量叠加,有Ed==E=kQ/r2.(3)电场力做功W=-qE·2r=-2kQq/r,Uca=|W|/q=2qEr/q=2kQ/r.4. 解:(1)ab边刚越过ee′即做匀速直线运动,线框所受合力为零.则mgsinθ=BIL,I=E/R,E=BLv,解之得v=mgRsinθ/B2L2.(2)当ab边刚越过ff′时,线框回路中的总感应电动势为E′=2BLv,此时线框的加速度为a=(F′/m)-gsinθ=2B(E′/mR)L-gsinθ=3gsinθ,(3)设线框再做匀速运动的速度为v′,则mgsinθ=2B·(2BLv′/R)L,v′=mgRsinθ/4B2L2=(1/4)v,由能量守恒定律,得Q=mg·(3/2)Lsinθ+(1/2)mv2-(1/2)mv′2=(3/2)mgLsinθ+(15/32)(m3g2R2sin2θ/B4L4).5. 解:(1)因电荷Q只能垂直于y轴运动,要使P、Q始终以相同的速度同时通过y轴,则P一定是做以坐标(0,R)为圆心的匀速圆周运动,且通过y轴的速度大小为v=BqR/m,圆周运动的周期为T0=2πm/Bq.因电荷P从A点出发第一次到达y轴所需的时间为t=T0/4=(1/4)·2πm/Bq=πm/2Bq,那么,在这段时间内,Q必须在电场力的作用下加速至y轴且速度大小为v,所以v=a·T0/4=(qE0/m)·πm/2Bq,即E0=2Bv/π=2B2qR/πm.在这段时间内电场的方向向左. 又P再经过T0/2的时间后第二次向右通过y轴,速度的大小仍为v,则由运动学的特征可知,Q在第一次过y轴后,必须先经T0/4的时间做减速运动至速度为零,然后再经T0/4的时间反向加速至y轴速度达到v,才能保证Q第二次与P以相同的速度v过y轴,在这段时间内,电场的方向始终向右.此后,电场又必须改变方向,直至P再次过y轴,依此类推,电场方向改变的周期应与P做圆周运动的周期相同,即T=T0=2πm/Bq. (2)E-t图象如图所示.6. 解:(1)由电压与变压器匝数的关系可得U1/n1=U2/n2,n1=1650匝.(2)当开关S断开时,有U1I1=U2I2,I1=U2I2/U1=(1/3)A.(3)当开关S断开时,有RL=U2/I2=44Ω,当开关S闭合时,设副线圈总电阻为R′,有R′=RL/2=22Ω,副线圈中的总电流为I2′,则I2′=U2/R′=10A,由U1I1′=U2I2′可知I1′=U2I2′/U1=(2/3)A.7. 解:由于电子通过平行极板的时间L/v=1.25×10-9s远比交变电压的周期2×10-2s小得多,故在电子通过极板的过程中,两极板间的电压可视为不变,但对不同时刻射入的电子而言,两极板间的电压是不同的.射入两平行极板间的电子的运动类似于抛体运动:沿极板方向电子做匀速直线运动,设电子通过平行极板的时间为t,则t=L/v,沿垂直极板方向电子做匀加速直线运动,加速度为a,则a=eU/md.电子刚好不能通过平行极板的条件是电子刚好打在极板的端点上.即电子受到的加速度a的值ac刚好满足 d/2=(1/2)act2,由以上各式得到,若电子刚好不能通过平行极板,则两极板间的电压值Uc=mv2d2/eL2=91V.即当两极板间的电压U 小于Uc=91V时,电子能通过平行极板;而当两极板间的电压U大于Uc=91V时,电子就打在极板上,不能通过平行极板.由于加在两极板间的电压是交变电压u=U0sin100πt(V),所以在同一个周期内,电子能从平行极板射出的时间Δt1就是电压U小于Uc=91V的时间,电子不能从平行极板射出的时间Δt1就是电压U大于Uc=91V的时间,而且Δt1+Δt2=T,这样,根据题给条件Δt1/Δt2=2∶1,得Δt1=2T/3,Δt2=T/3,即在如图31所示的u=U0sin100πt(V)图线上,斜线部分的时间是电子能通过平行极板的时间,可以看出. Uc=U0sin100π(T/6)(V)以T=(1/50)s,Uc=91V代入,解得所加的交变电压的最大值U0为 U0=91/(sinπ/3)==105V.8. 解:由图可知磁通量最大值φm 为:φm =1.0×10-2Wb ,且ω=Tπ2 则感应电动势的最大值εm 为:εm =n ωφm =200V 则电流表读数I 为:I =A 4.159522002=)+(=总⨯R mε9.解:(1)设小球由A 到B 电场力所做的功为W AB ,由动能定理得mgh+W AB =0212-B mv 得W AB =mgh 21qmgh2= (2)由于B 、C 在以Q 为圆心的圆周上,所以U B =U C∵W AB =W AC ∴W AC =qU AC U AC =qmgh-2110. 解:依题意可得粒子的运动轨迹,如右图所示.结合运动轨迹,根据左手定则 可知 粒子带负电.由rv m Bqv 2= 得 Bq m vr = 又由运动轨迹知 r 1=2r 2 则v 1 :v 2 = 1:2由v rT ⋅=π2 得 Bqm T ⋅=π2 又由运动轨迹知 t 1=T /2 t 2=T /4 则t 1 :t 2 = 2 :111解:对轨迹①分析 水平方向: 10t v L ⋅=竖直方向:211212t a d = m q E a /11= d U E /11= 对轨迹②分析 水平方向: 202/t v L ⋅=竖直方向: 22221t a d = m q E a /22= d U E /22=综上 U 1:U 2 = 1 :8 .12.解:依题意 CD 棒达到最大速度时应处于平衡状态.则 F = f + F 安 …… 1′ f = μmg F 安 = BIL …… 1′ I = E /2R E = BLv …… 1′ P = I 2·R综上 F = 3 N …… 2′ P = 5 W 13.RBLv R E I ==.mg=I 2Rt v=2m/s图9-1314(1)如图9-13重力mg ,竖直下支撑力N ,垂直斜面向上 安培力F ,沿斜面向上(2)当ab 杆速度为v 时,感应电动势BLv E =,此时电路中电流RBLv R E I == ab杆受到安培力RvL B BIL F 22==根据牛顿运动定律,有R v L B mg F mg ma 22sin -=-=θθ mR vL B gain a 22-=θ(3)当a =0时,即m R v L B gain 22=θ时 ,杆达到最大速度m v 22sin LB mgR m θν=15. 解析:(1)E = BLv 0(2)a 、b 两点的电势差相当于电源的外电压∴000434BLv R R BLv BLv r I E Uab ab=⋅-=⋅-= (3)解法一:由于线圈在恒力F 作用下匀速进入磁场区,恒力F 所做的功等于线圈中产生的焦耳热,所以线圈中产生的热量为Q = W = FL 解法二:线圈进入磁场区域时产生的感应电动势为E = BLv 0电路中的总电功率为RE P 2=线圈中产生的热量v L PPt Q ==联解可得:Rv L B Q 032=。