人教版高中物理选择性必修第二册第二章电磁感应章末整合提升练含答案

这是一份人教版高中物理选择性必修第二册第二章电磁感应章末整合提升练含答案，共10页。
章末整合提升主题一　安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律的综合1.在研究电磁感应现象时,经常用到安培定则、左手定则、右手定则及楞次定律等规律.要想灵活运用“三定则一定律”,就必须明确这些规律的区别与联系.“三定则一定律”应用于不同的现象.基本现象应用的定则或定律运动电荷、电流产生的磁场安培定则磁场对运动电荷、电流的作用力左手定则电磁感应现象导线切割磁感线右手定则闭合回路磁通量变化楞次定律2.应用技巧.正确应用“三定则”的关键是抓住因果关系.(1)因电而生磁→安培定则(I→B);(2)因动而生电→右手定则(v、B→I);(3)因电而受力→左手定则(I、B→F安).【典例1】(多选)如图所示,导体棒AB、CD可在水平轨道上自由滑动,若导体棒AB向左移动,则              (　　)A.AB中感应电流的方向为A到BB.AB中感应电流的方向为B到AC.CD向左移动D.CD向右移动解析:由右手定则可判断AB中感应电流方向为A→B,所以CD中电流方向为C→D,由左手定则可判断CD受到向右的安培力作用而向右运动.答案:AD【典例2】如图甲所示,长直导线与闭合金属线框位于同一平面内,长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示.在0~时间内,长直导线中的电流方向向上.线框中感应电流的方向与所受安培力情况是              (　　)        甲                    乙A.0~T时间内线框中感应电流的方向为顺时针方向B.0~T时间内线框中感应电流的方向为先顺时针方向后逆时针方向C.0~T时间内线框所受安培力的合力向左D.0~时间内线框所受安培力的合力向右,~T时间内线框所受安培力的合力向左解析:0~时间内,电流i在减小,穿过闭合金属线框的磁通量减小,由楞次定律和安培定则可以判断出线框中感应电流的方向为顺时针方向,而且0~时间内线框所受安培力的合力向左;同理,在~T时间内,电流i在反向增大,穿过闭合金属线框的磁通量增大,由楞次定律和安培定则可以判断出线框中感应电流的方向也为顺时针方向,而且~T时间内线框所受安培力的合力向右.选项A正确,选项B、C、D错误.答案:A主题二　电磁感应的电路问题1.解决与电磁感应相关的闭合电路问题,要明确电路的连接结构,分清哪部分相当于电源,哪些组成外电路,以及外电路中的串、并联关系.解决与电路相联系的电磁感应问题的基本方法如下.(1)明确磁通量发生变化的回路或切割磁感线的导体相当于电源,其他部分是外电路.(2)用法拉第电磁感应定律确定感应电动势的大小,用楞次定律和安培定则确定感应电流的方向.(3)画等效电路图.分清内外电路,画出等效电路图是解决此类问题的关键.(4)运用闭合电路欧姆定律、串并联电路的特点、电功率、电热等公式联立求解. 2.电磁感应中各物理量之间的关系.【典例3】如图所示,光滑平行金属导轨PN与QM相距1 m,电阻不计,两端分别接有电阻R1和R2,且R1=6 Ω,R2=3 Ω,ab导体棒接入电路部分的电阻为2 Ω.垂直穿过导轨平面的匀强磁场的磁感应强度为1 T.现使ab导体棒以      恒定速度v=3 m/s匀速向右移动,ab导体棒与导轨接触良好.(1)导体棒上产生的感应电动势E为多大?(2)R1与R2消耗的电功率分别为多少?(3)作用在ab导体棒上的水平向右的外力F为多大?解析:(1)ab导体棒匀速切割磁感线,产生的电动势E=Blv=3 V.(2)电路的总电阻R=r+=4 Ω,由闭合电路欧姆定律可得I== A,路端电压U=E-Ir=1.5 V,电阻R1消耗的功率P1== W,电阻R2消耗的功率P2== W.(3)由平衡知识得F=BIl= N.答案:(1)3 V　(2) W　 W　(3) N【典例4】如图所示,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,规定向里时为正.磁感应强度B随时间变化的规律是B=(6-0.2t)(T),已知电路中的R1=4 Ω,R2=6 Ω,电容C=30 μF,线圈的电阻不计.(1)求闭合开关S一段时间后,通过R2的电流大小及方向.(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)磁感应强度随时间均匀变化,根据B=(6-0.2t)(T),可知=0.2 T/s,线圈中感应电动势的大小为E=n=nS·=100×0.2×0.2 V=4 V,通过R2的电流大小为I== A=0.4 A,由楞次定律和安培定则可知电流自上而下通过R2.(2)闭合开关S后,电容器充电,充电结束时两板间电压U2=IR2=0.4×6 V=2.4 V,再断开S,电容器将放电,通过R2的电荷量就是电容器的电荷量Q=CU2=30×10-6×2.4 C=7.2×10-5 C.答案:(1)0.4 A　由上向下通过R2　(2)7.2×10-5 C  主题三　电磁感应的图像问题1.解题的关键:搞清物理量之间的函数关系、变化范围、初始条件、斜率的物理意义等.2.解决图像问题的一般步骤.(1)明确图像的种类,即明确图像是B-t图像、Φ-t图像,还是E-t图像、I-t图像等.(2)分析电磁感应的具体过程.(3)用右手定则或楞次定律确定方向对应关系.(4)结合法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律、牛顿运动定律等规律写出关系式.(5)根据关系式进行分析,如分析斜率的变化、截距等.(6)画图像或判断图像.【典例5】匀强磁场(未画出)方向垂直于纸面,规定向里的方向为正,磁感应强度B随时间t变化的规律如图甲所示.在磁场中有一细金属圆环,圆环平面位于纸面内,如图乙所示.用E1、E2、E3分别表示Oa、bc、cd段对应的感应电动势,I1、I2、I3分别表示对应的电流,则下列判断正确的是              (　　)   甲                  乙A.E1<E2,I1沿逆时针方向,I2沿顺时针方向B.E1<E2,I1沿顺时针方向,I2沿逆时针方向C.E2<E3,I2沿逆时针方向,I3沿顺时针方向D.E2=E3,I2沿逆时针方向,I3沿顺时针方向解析:E==S,所以B-t图线的斜率大小反映感应电动势的大小,比较图线的斜率大小可看出E1<E2=E3;根据楞次定律和安培定则可判断,I1沿逆时针方向,I2沿顺时针方向,I3沿顺时针方向.选项A正确.答案:A【典例6】如图甲所示,矩形导线框abcd固定在匀强磁场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直,规定磁场的正方向垂直于纸面向里,磁感应强度B随时间变化的规律如图乙所示,若规定顺时针方向为感应电流的正方向,下列各图正确的是              (　　)        甲                    乙         A               B               C              D解析:0~1 s内,磁感应强度B均匀增大,由法拉第电磁感应定律可知,产生的感应电动势E=n恒定,电流i=恒定;由楞次定律和安培定则可知,电流方向为逆时针方向,即负方向,在i-t图像上,是一段平行于t轴的直线,且位于t轴下方,选项A、C错误.在1~2 s内B、D中电流情况相同,在2~3 s内,负向的磁感应强度均匀增大,由法拉第电磁感应定律知,产生的感应电动势E=n恒定,电流i=恒定,由楞次定律和安培定则知,电流方向为顺时针方向,即正方向,在i-t图像上,是一段平行于t轴的直线,且位于t轴上方,选项B错误,选项D正确.答案:D 主题四　电磁感应中的能量问题1.电磁感应现象中的能量转化.(1)与感生电动势有关的电磁感应现象中,磁场能转化为电能,若电路是纯电阻电路,则转化来的电能将全部转化为电路的内能.(2)与动生电动势有关的电磁感应现象中,通过克服安培力做功,机械能或其他形式的能转化为电能.克服安培力做多少功,就产生多少电能.若电路是纯电阻电路,则转化来的电能将全部转化为电路的内能.可简单表述如下:2.电能求解方法.(1)利用克服安培力做功求解:电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功.(2)利用能量守恒求解:其他形式的能的减少量等于产生的电能.(3)利用电路特征来求解.【典例7】如图所示,垂直于纸面向里的匀强磁场磁感应强度为B.纸面内有一正方形均匀金属线框abcd,其边长为l,总电阻为R,ad边与磁场边界平行.从ad边刚进入磁场直至bc边刚要进入磁场的过程中,线框在向左的拉力作用下以速度v匀速运动,求:(1)感应电动势的大小E;(2)拉力做功的功率P;(3)ab边产生的焦耳热Q.解析:(1)由法拉第电磁感应定律可得,感应电动势E=Blv.(2)根据欧姆定律得,线框中的感应电流I=,拉力大小等于安培力大小,F=BIl,故拉力的功率P=Fv=.(3)线框ab边的电阻Rab=,运动时间t=,ab边产生的焦耳热Q=I2Rabt=.答案:(1)Blv　(2)　(3)【典例8】如图所示,足够长的U形导体框架的宽l=0.5 m,电阻忽略不计,其所在平面与水平面成θ=37°角,磁感应强度B=0.8 T的匀强磁场方向垂直于导体框平面向上,一根质量为m=0.2 kg、有效电阻R=2 Ω的导体棒MN垂直跨放在U形框架上,该导体棒与框架间的动摩擦因数μ=0.5,导体棒由静止开始沿框架下滑到刚开始匀速运动时,通过导体棒横截面的电荷量q=2 C.sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,g取10 m/s2.求:(1)导体棒匀速运动的速度大小;(2)导体棒从静止开始下滑到刚开始匀速运动,这一过程中导体棒消耗的电能.解析:(1)对导体棒受力分析,如图所示.导体棒匀速下滑时,根据受力平衡,平行导轨平面方向:mgsin θ-Ff-F=0,垂直导轨平面方向:FN-mgcos θ=0,其中Ff=μFN,安培力F=BIl,回路电流I=,感应电动势E=Blv,由以上各式解得v=5 m/s.(2)通过导体棒的电荷量q=Δt,其中平均电流==,设导体棒下滑位移为s,则ΔΦ=Bsl,由以上各式得s== m=10 m,全程由动能定理得mgssin θ-W安-μmgscos θ=mv2,其中克服安培力做的功W安等于消耗的电能W,则W=mgssin θ-μmgscos θ-mv2=1.5 J.答案:(1)5 m/s　(2)1.5 J