(新课标)教科版物理选修3-2第1章 章末复习课39张PPT

文档属性

名称 (新课标)教科版物理选修3-2第1章 章末复习课39张PPT
格式 zip
文件大小 3.0MB
资源类型 教案
版本资源 教科版
科目 物理
更新时间 2019-10-12 17:43:45

文档简介


[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=n,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=0.20 m,线圈质量m1=0.10 kg、电阻R=0.10 Ω,重物质量为m2=0.14 kg.线圈上方的匀强磁场磁感应强度B=0.5 T,方向垂直线圈平面向里,磁场区域的宽度为h=0.20 m.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==③
线圈受到向下的安培力F安=BIl ④
联立①②③④式解得v==4 m/s.
答案:4 m/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
B.线框的ad边出磁场时的速度为
C.线框在磁场中运动的时间为
D.线框的总电阻为B2l2
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=,A错误;根据公式v2=2al,得v=,B正确;根据运动学公式得t==,C错误;线框的ad边与磁场边界MN重合时,根据3F0-=ma,得R=B2l2,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,杆长为l,A端与环相接触,一阻值为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===,式中R并=.
因为R1+R2=R为定值,故当R1=R2时,R并有最大值,最大值为;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==,Imax==
所以≤I≤.
答案:≤I≤
[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=.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
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kL2
AC [根据串、并联电路特点,虚线MN右侧回路的总电阻R=R0.回路的总电流I==,通过R2的电流I2==,所以R2两端电压U2=I2R2=·=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=I2+2=I2R0,电阻R2的热功率P2=2R2=I2R0=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==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B-t图像、Φ -t图像、E-t图像和I-t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E-x图像和I-x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,磁场宽度与对角线AC长均为d,现使线框沿AC方向匀速穿过磁场,以逆时针方向为感应电流的正方向,则从C点进入磁场到A点离开磁场的过程中,线框中电流i随时间t的变化关系可能是 (  )
A     B
C     D
D [导线框ABCD在进入左边磁场时,由楞次定律和安培定则可以判断出感应电流的方向应为正方向,选项B、C不可能;当导线框ABCD一部分在左磁场区,另一部分在右磁场区时,回路中的最大电流要加倍,方向与刚进入时的方向相反,选项D可能,选项A不可能.]
课件39张PPT。第一章 电磁感应章末复习课234电流BLv 法拉第电路闭合磁通量发生变化楞次定律右手定则5安培力安培力电流本身性质67电磁感应中的动力学问题891011121314151617电磁感应中的电路问题1819202122232425262728电磁感应中的图像问题29303132333435363738Thank you for watching !章末综合测评(一)
(时间:90分钟 分值:100分)
一、选择题(本题共10小题,每小题4分,共40分.在每小题给出的四个选项中,第1~6题只有一项符合题目要求,第7~10题有多项符合题目要求.全选对得4分,选对但不全的得2分,全选错的得0分)
1.下列说法正确的是(  )
A.法拉第发现了电流的磁效应
B.楞次发现了电磁感应现象
C.奥斯特发现了电磁感应现象
D.安培提出了关于磁现象电本质的分子电流假说
D [发现电流的磁效应即电生磁的是奥斯特,而法拉第的贡献是发现了电磁感应现象,选项A、C错.楞次并不是发现电磁感应现象,而是总结了电磁感应中产生感应电流的方向的判断方法即楞次定律,选项B错.安培针对磁现象最早提出了分子电流假说,即由于磁体内的分子环形电流形成同向的磁场叠加而形成磁性,选项D对.]
2.水平放置的金属框架cdef处于如图所示的匀强磁场中,金属棒ab处于粗糙的框架上且接触良好,从某时刻开始,磁感应强度均匀增大.金属棒ab始终保持静止,则(  )
A.ab中电流增大,ab棒所受摩擦力也增大
B.ab中电流不变,ab棒所受摩擦力也不变
C.ab中电流不变,ab棒所受摩擦力增大
D.ab中电流增大,ab棒所受摩擦力不变
C [磁感应强度均匀增大时,磁通量的变化率恒定,故回路中的感应电动势和感应电流都是恒定的;又ab棒所受的摩擦力等于安培力,即f=FA=BIL,故当B增加时,摩擦力增大,选项C正确.]
3.如图所示,导线ab、cd放在电阻不计,间距为L的长直光滑导轨上,ab的电阻比cd的电阻大,当cd在外力F1的作用下,匀速向右滑动时,ab在外力F2作用下保持静止,则两力及两导线端电压的大小关系是(  )
A.F1>F2,Uab>Ucd   B.F1C.F1=F2,Uab>Ucd D.F1=F2,Uab=Ucd
D [cd导线向右运动切割磁感线产生感应电流,根据右手定则,电流的方向从d→c→a→b,这时cd导线与ab导线都受安培力作用,大小都为BIL,ab在安培力与F2的作用下保持静止,F2=BIL.cd导线做匀速运动,F1=BIL,所以F1=F2.由于金属导轨电阻忽略不计,则ab两端与cd两端的电压都是路端电压,大小相等,即Uab=Ucd.选D.]
4.如图所示,两个闭合正方形线框A、B的中心重合,放在同一水平面内.当小线框A中通有不断增大的顺时针方向的电流时,对于线框B,下列说法中正确的是 (  )
A.有顺时针方向的电流且有收缩的趋势
B.有顺时针方向的电流且有扩张的趋势
C.有逆时针方向的电流且有收缩的趋势
D.有逆时针方向的电流且有扩张的趋势
D [根据右手螺旋定则可得,A中电流的磁场向里且逐渐增大,根据楞次定律可得,穿过线框B的磁场增大,感应电流的磁场的方向向外,感应电流的方向为逆时针方向,A环外的磁场的方向与A环内的磁场的方向相反,当A环内的磁场增强时,B环具有面积扩展的趋势,故D正确.]
5.小明在研究性学习中设计了一种可测量磁感应强度的实验,其装置如图所示.在该实验中,磁铁固定在水平放置的电子测力计上,此时电子测力计的读数为G1,磁铁两极之间的磁场可视为水平匀强磁场,其余区域磁场不计,直铜条AB的两端通过导线与一电阻连接成闭合回路,总阻值为R.若让铜条水平且垂直于磁场,以恒定的速率v在磁场中竖直向下运动,这时电子测力计的读数为G2,铜条在磁场中的长度为L.根据本次实验情况,以下说法不正确的是 (  )
A.当铜条AB向下运动时,铜条中电流由B端流向A端,它的安培力的方向竖直向下
B.两次电子测力计的读数大小关系是G2>G1
C.铜条匀速运动时所受安培力的大小为G2-G1
D.磁感应强度大小B=
A [由右手定则和左手定则可知,AB向下运动时,AB所受安培力方向竖直向上,A项错误;由牛顿第三定律可知,磁铁受竖直向下的作用力,大小等于AB所受安培力,即FA=G2-G1,则G2>G1,B、C项正确;由=FA=G2-G1,可知D项正确.]
6.如图所示,在PQ、QR区域中存在着磁感应强度大小相等、方向相反的匀强磁场,磁场方向均垂直于纸面.一导线框abcdefa位于纸面内,框的邻边都相互垂直,bc边与磁场的边界P重合.导线框与磁场区域的尺寸如图所示.从t=0时刻开始,线框匀速横穿两个磁场区域.以a→b→c→d→e→f为线框中的电动势E的正方向,以下四个E-t关系示意图中正确的是(  )
       A       B
       C       D
C [由楞次定律或右手定则可判定线框刚开始进入磁场时的电流方向,即感应电动势的方向为顺时针方向,故D错误;1~2时间段内,磁通量不变化,感应电动势为0,A错误;2~3时间段内,产生感应电动势E=2Blv+Blv=3Blv,感应电动势的方向为逆时针方向(正方向),故C项正确.]
7.电吉他中电拾音器的基本结构如图所示,磁体附近的金属弦被磁化,因此弦振动时,在线圈中产生感应电流,电流经电路放大后传送到音箱发出声音,下列说法正确的有(  )
A.选用铜质弦,电吉他仍能正常工作
B.取走磁体,电吉他将不能正常工作
C.增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势
D.磁振动过程中,线圈中的电流方向不断变化
BCD [选用铜质弦时,不会被磁化,不会产生电磁感应现象,电吉他不能正常工作,A项错误;取走磁体时,金属弦磁性消失,电吉他不能正常工作,选项B正确;根据法拉第电磁感应定律可知,增加线圈匝数可以增大线圈中的感应电动势,C项正确;根据楞次定律可知,磁振动过程中,线圈中的电流方向不断变化,D项正确.]
8.如图所示是研究通电自感实验的电路图,A1、A2是两个规格相同的小灯泡,闭合开关,调节滑动变阻器R的滑片,使两个灯泡的亮度相同,调节滑动变阻器R1的滑片,使它们都正常发光,然后断开开关S.重新闭合开关S,则(  )
A.闭合瞬间,A2立刻变亮,A1逐渐变亮
B.闭合瞬间,A1、A2均立刻变亮
C.稳定后,L和R两端的电势差一定相同
D.稳定后,A1和A2两端的电势差不相同
AC [断开开关再重新闭合开关的瞬间,根据自感原理可判断,A2立刻变亮,而A1逐渐变亮,A正确,B错误;稳定后,自感现象消失,根据题设条件可判断,闭合开关调节滑动变阻器R的滑片,使两个灯泡的亮度相同,说明此时滑动变阻器R接入电路的阻值与线圈L的电阻一样大,线圈L和R两端的电势差一定相同,A1和A2两端的电势差也相同,所以C正确,D错误.]
9.如图所示,相距为d的两水平虚线分别是水平向里的匀强磁场的边界,磁场的磁感应强度为B,正方形线框abcd边长为L(LA.线框一直都有感应电流
B.线框有一阶段的加速度为g
C.线框产生的热量为mg(d+h+L)
D.线框做过减速运动
BD [从ab边进入时到cd边刚穿出有三个过程(四个特殊位置),如答图所示:
Ⅰ   Ⅱ  Ⅲ   Ⅳ
由Ⅰ位置到Ⅱ位置,和由Ⅲ位置到Ⅳ位置线框中的磁通量发生变化,所以这两个过程中有感应电流,但由Ⅱ位置到Ⅲ位置,线框中磁通量不变化,所以无感应电流;故A项错误,由Ⅱ到Ⅲ加速度为g,故B项正确.因线框的速度由v0经一系列运动再到v0,且知道有一段加速度为g的加速过程,故线框一定做过减速运动,故D项正确;由能量守恒知,线框产生的热量为重力势能的减少量即mg(d+L),故C项错误.]
10.用一根横截面积为S、电阻率为ρ的硬质导线做成一个半径为r的圆环,ab为圆环的一条直径.如图所示,在ab的左侧存在一个匀强磁场,磁场垂直圆环所在平面,方向如图,磁感应强度大小随时间的变化率=k(k<0).则(  )
A.圆环中产生逆时针方向的感应电流
B.圆环具有扩张的趋势
C.圆环中感应电流的大小为
D.图中a、b两点间的电势差大小为Uab=|πkr2|
BD [由题意可知磁感应强度均匀减小,穿过闭合线圈的磁通量减小,根据楞次定律可以判断,圆环中产生顺时针方向的感应电流,圆环具有扩张的趋势,故A错误,B正确;圆环中产生的感应电动势为E==S=|πr2k|,圆环的电阻为R=ρ=,所以圆环中感应电流的大小为I==||,故C错误;图中a、b两点间的电势差Uab=I×R=|πkr2|,故D正确.]
二、非选择题(本题共5小题,共60分)
11.(9分)如图所示,是“研究电磁感应现象”的实验装置.
(1)将图中所缺导线补充完整;
(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么合上开关后,将原线圈迅速插入副线圈中,电流计指针将________;
(3)原线圈插入副线圈后,将滑动变阻器滑片迅速向左移动时,电流计指针将________.
答案:(1)如答图所示
(2)向右偏 (3)向左偏
12.(10分)导体棒MN的电阻R=2 Ω,质量m=0.1 kg,长L=0.5 m,导体棒架在光滑的金属框架上,金属框架与水平面的夹角为30°,如图所示,它们处于磁感应强度B为1 T的匀强磁场中,磁场方向与框架平面垂直.1 s后导体棒沿斜面向上滑行的距离是3 m时,MN刚好获得稳定的速度,电动机牵引棒时,电压表、电流表的读数分别为5 V、1 A,电动机内阻r为1 Ω,不计框架电阻及一切摩擦,求:
(1)导体棒能达到的稳定速度;
(2)导体棒上产生的热量.
解析:
(1)电动机的机械功率
P=UI-I2r=4 W
导体棒在斜面上受力如图所示,导体棒在拉力F的作用下做加速度越来越小的加速运动,当导体棒达到稳定速度时,受力平衡,
则mgsin α+FA=F
即mgsin α+=,解得v=4 m/s.
(2)在导体棒上升的过程中能量守恒,有
Pt=mgssin α+mv2+Q
解得Q=1.7 J.
答案:(1)4 m/s (2)1.7 J
13.(11分)如图所示,光滑弧形轨道和一足够长的光滑水平轨道相连,水平轨道上方有一足够长的金属杆,杆上挂有一光滑螺线管A.在弧形轨道上高为h的地方由静止释放一磁铁B(可视为质点),B下滑至水平轨道时恰好沿螺线管A的中心轴运动,设A、B的质量分别为M、m,若最终A、B的速度分别为vA、vB,则:
(1)螺线管A将向哪个方向运动?
(2)整个过程中电路所消耗的电能为多少?
解析:(1)磁铁B向右运动时,螺线管中产生感应电流,感应电流产生电磁驱动作用,使得螺线管A向右运动.
(2)整个过程中,磁铁减少的重力势能转化为A、B的动能和螺线管中的电能,所以有mgh=Mv+mv+Q电,即Q电=mgh-Mv-mv.
答案:(1)向右 (2)mgh-Mv-mv
14.(14分)如图甲所示,匀强磁场中有一矩形闭合线圈abcd,线圈平面与磁场方向垂直.已知线圈的匝数N=100,边长ab=1.0 m、bc=0.5 m,电阻r=2 Ω.磁感应强度B随时间变化的曲线如图乙所示,取垂直纸面向里为磁场的正方向,求:
甲       乙
(1)3 s时线圈内感应电动势的大小和感应电流的方向;
(2)在1~5 s内通过线圈的电荷量q;
(3)在0~5 s内线圈产生的焦耳热Q.
解析:(1)3 s时感应电动势E1=N
磁通量的变化量ΔΦ1=ΔB1S
解得E1=N,
代入数据解得E1=5 V
感应电流方向为a→b→c→d→a.
(2)在1~5 s内线圈中的感应电动势
E2==N
感应电流I2=,电荷量q=I2Δt2
解得q=N,代入数据解得q=10 C.
(3)0~1 s内线圈中的感应电动势
E3=N=N=10 V
0~1 s内线圈中的感应电流I3==5 A
0~1 s内线圈产生的焦耳热Q1=IrΔt3=50 J
1~5 s内线圈产生的焦耳热Q2=IrΔt2=50 J
Q=Q1+Q2=100 J.
答案:(1)5 V a→b→c→d→a (2)10 C (3)100 J
15.(16分)如图,两固定的绝缘斜面倾角均为θ,上沿相连.两细金属棒ab(仅标出a端)和cd(仅标出c端)长度均为L,质量分别为2m和m;用两根不可伸长的柔软轻导线将它们连成闭合回路abdca,并通过固定在斜面上沿的两光滑绝缘小定滑轮跨放在斜面上,使两金属棒水平.右斜面上存在匀强磁场,磁感应强度大小为B,方向垂直于斜面向上.已知两根导线刚好不在磁场中,回路电阻为R,两金属棒与斜面间的动摩擦因数均为μ,重力加速度大小为g.已知金属棒ab匀速下滑.求:
(1)作用在金属棒ab上的安培力的大小;
(2)金属棒运动速度的大小.
解析:(1)设导线的张力的大小为T,右斜面对ab棒的支持力的大小为N1,作用在ab棒上的安培力的大小为F,左斜面对cd棒的支持力大小为N2.对于ab棒,由力的平衡条件得
2mgsin θ=μN1+T+F ①
N1=2mgcos θ ②
对于cd棒,同理有
mgsin θ+μN2=T ③
N2=mgcos θ ④
联立①②③④式得F=mg(sin θ-3μcos θ). ⑤
(2)由安培力公式得F=BIL ⑥
这里I是回路abdca中的感应电流.
ab棒上的感应电动势为E=BLv ⑦
式中v是ab棒下滑速度的大小.
由欧姆定律得I= ⑧
联立⑤⑥⑦⑧式得v=(sin θ-3μcos θ). ⑨
答案:(1)mg(sin θ-3μcos θ)
(2)(sin θ-3μcos θ)