2016-2017学年高中物理第4章揭开电磁关系的奥秘章末分层突破教师用书鲁科版选修

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第4章 揭开电磁关系的奥秘 [自我校对] ①闭合 ②磁通量 ③电磁学理论 ④n ⑤Blv ⑥右手 ⑦电磁感应 ⑧机械能 ⑨铁芯 ⑩电磁感应 ⑪ ⑫电阻 ⑬电压 　 　 法拉第电磁感应定律 1.感应电动势：回路有电流必须有电源，电源产生电动势． 电磁感应中相当于电源的那部分产生的电动势叫感应电动势，其余部分可等效为负载，利用学过的电路知识处理问题． 产生感应电流的本质是因为产生了感应电动势，与电路是否闭合没有关系，若电路不闭合，仍有感应电动势而没有感应电流． 2．法拉第电磁感应定律：电路中感应电动势的大小跟穿过这个电路的磁通量的变化率成正比． 3．磁通量变化快慢的描述方法：在相同的时间内磁通量的变化越大，磁通量的变化越快；如果有相同的磁通量的变化，时间越短，磁通量的变化越快． 　一个闭合金属线框的两边接有电阻R1、R2，框上垂直搁置一根金属棒，棒与框接触良好，整个装置放在匀强磁场中，如图41所示．当用外力使ab棒右移时，下列判断正确的是(　　) 图41 A．穿过线框的磁通量不变，框内没有感应电流 B．框内有感应电流，电流方向沿顺时针方向绕行 C．框内有感应电流，电流方向沿逆时针方向绕行 D．框内有感应电流，左半边逆时针方向绕行，右半边顺时针方向绕行 【解析】　ab棒右移时，切割磁感线．根据右手定则，ab棒中的感应电流方向从a流向b，此时ab棒起着电源的作用，分别对两边电阻供电，如图所示，所以流过R1、R2的电流都由上而下地绕行． 【答案】　D 理想变压器 1.变压器是把交流电压升高或降低的装置，其基本构造是由原线圈、副线圈和闭合铁芯构成，原线圈和副线圈分别绕在同一个闭合铁芯上． 2．工作原理：变压器是通过电磁感应来改变交流电压的，原线圈n1接交流电源，由于电流的变化在闭合铁芯中产生变化的磁通量也通过了副线圈，根据法拉第电磁感应定律，便在副线圈n2中产生感应电动势，如果输出电压高于输入电压，为升压变压器；如果输出电压低于输入电压，为降压变压器． 3．理想变压器原、副线圈的匝数分别为n1、n2. 电压关系：＝. 由于理想变压器的结构一定，n1、n2均为定值，所以输出电压U2由输入电压U1决定，与负载电阻的大小无关，U1增大，U2也增大；U1减小，U2也减小． 4．变压器不改变交变电流的频率． 5．理想变压器P入＝P出，原副线圈的制约关系应由P入＝P出，结合法拉第电磁感应定律界定． 　为了安全，机床上照明电灯用的电压是36 V，这个电压是220 V的电压降压后得到的．如果理想变压器的原线圈是1 140匝，则副线圈是多少匝？用这台变压器给40 W的电灯供电，原线圈传递给副线圈的功率是多大？ 【解析】　由理想变压器的电压关系＝ 得n2＝n1＝≈187(匝)． 对于理想变压器P入＝P出 P入＝40 W. 【答案】　187匝　40 W 章末综合测评(四)　 揭开电磁关系的奥秘 (分值：100分　时间：60分钟) 一、选择题(本题共8个小题，每小题6分，共48分．在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确．全部选对的得6分，选不全的得3分，有选错或不答的得0分．) 1．用实验验证电磁波存在的科学家是(　　) A．法拉第　　　　　 B．奥斯特 C．赫兹 D．麦克斯韦 【解析】　麦克斯韦预言电磁波的存在，赫兹用实验验证电磁波的存在，故C正确． 【答案】　C 2．如图1所示，电流表与螺线管组成闭合电路，以下关于电流表指针偏转情况的陈述正确的是(　　) 图1 A．磁铁快速插入螺线管时比慢速插入螺线管时电流表指针偏转大 B．磁铁快速插入螺线管和慢速插入螺线管，磁通量变化相同，故电流表指针偏转相同 C．磁铁放在螺线管中不动时螺线管中的磁通量最大，所以电流表指针偏转最大 D．将磁铁从螺线管中拉出时，磁通量减小，所以电流表指针偏转一定减小 【解析】　电流表指针的偏转角度是由螺线管产生的感应电动势大小决定的，而感应电动势的大小取决于磁通量的变化率，所以答案是A. 【答案】　A 3．据报道“……因使用手机引起的火灾，在全国范围内已有多起．郑州某加油站司机在加油时使用手机，引起爆炸，造成多人死伤的特大事故．深圳、福州等地的加油站因手机引发的火灾险情也有多起．……(诺基亚、摩托罗拉、爱立信手机产品说明书上面都注明不要在加油站使用手机．)”就这一事实下列说法正确的是(　　) A．电磁波可发生化学反应 B．电磁辐射产生火花 C．电磁波具有能量 D．汽油遇到电磁波能被点燃 【解析】　在加油站使用手机时可能会因电磁辐射产生火花，引起火灾或爆炸，B正确． 【答案】　B 4．关于感应电动势的大小，下列说法正确的是(　　) A．穿过线圈的磁通量Φ越大，所产生的感应电动势就越大 B．穿过线圈的磁通量的变化量ΔΦ越大，所产生的感应电动势就越大 C．穿过线圈的磁通量的变化率越大，所产生的感应电动势就越大 D．穿过线圈的磁通量Φ等于0，所产生的感应电动势就一定为0 【解析】　由法拉第电磁感应定律E＝n可知，感应电动势的大小与成正比，与磁通量Φ，磁通量变化ΔΦ大小无关，故C正确． 【答案】　C 5．理想变压器的原副线圈的匝数之比为4∶1，在原线圈上加上U＝200 V的交流电压，在副线圈上接交流电压表，其示数为(　　) A．0 B．50 V C．200 V D．800 V 【解析】　理想变压器中＝，则U2＝U1＝200 V＝50 V，故B对． 【答案】　B 6．根据麦克斯韦电磁理论，则下列说法正确的是(　　) A．稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场 B．非均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，非均匀变化的磁场产生均匀变化的电场 C．非均匀变化的电场不产生磁场，非均匀变化的磁场不产生电场 D．均匀变化的电场产生恒定的磁场，均匀变化的磁场产生恒定的电场 【解析】　均匀变化的电场(磁场)产生恒定的磁场(电场)，不均匀变化的电场(磁场)产生变化的磁场(电场)，振荡交变的电场产生同频率的振荡交变磁场，故D对． 【答案】　D 7．关于变压器的工作原理，以下说法正确的是(　　) A．通有正弦交变电流的原线圈产生的磁通量不变 B．穿过原、副线圈的磁通量在任何时候都不相等 C．穿过副线圈磁通量的变化使副线圈产生感应电动势 D．原线圈中的电流通过铁芯流到了副线圈 【解析】　通有正弦交变电流的原线圈产生的磁场是变化的，由于面积S不变，故磁通量变化，A错误；因铁芯是闭合的，没有漏磁，原、副线圈的磁通量总相等，故B错误；由于通过副线圈的磁通量发生变化，根据法拉第电磁感应定律，在副线圈上产生感应电动势，故C正确；原线圈中的电能转化为磁场能又转化为副线圈中的电能，原、副线圈通过磁场联系在一起，故D错误． 【答案】　C 8.如图2所示，半径为r的n匝线圈套在边长为L的正方形abcd之外，匀强磁场局限在正方形区域内且垂直穿过正方形，当磁感应强度以的变化率均匀变化时，线圈中产生感应电动势大小为(　　) 图2 A．πr2　　　　　 B．L2 C．nπr2 D．nL2 【解析】　根据法拉第电磁感应定律，线圈中产生的感应电动势的大小E＝n＝nL2. 【答案】　D 二、非选择题(本题共4个小题，共52分，解答应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不得分．有数值计算的题，答案中应明确写出数值和单位．) 9.(10分)如图4所示，两条平行金属导轨ab、cd置于匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，两导轨间的距离l＝0.6 m．金属杆MN沿两条导轨向右匀速滑动，速度v＝10 m/s，产生的感应电动势为3 V．由此可知，磁场的磁感应强度B＝________T. 图4 【解析】　金属杆MN产生的感应电动势E＝Blv，则B＝＝ T＝0.5 T. 【答案】　0.5 10．(10分)从发电厂输出的电功率为220 kW，输电线的总电阻为0.25 Ω.若输送电压为1.1 kV，输电线上损失的电功率为________W；保持输送功率不变，要使输电线上损失的电功率不超过100 W，输送电压至少为________V. 【解析】　由P损＝I2R　P＝IU，得P损＝()2R＝1104 W， 由P损′＝()2R，得U′＝P＝1.1104 V. 【答案】　1104　1.1104 11．(16分)收音机中的变压器，原线圈有1 210匝，接在220 V的交流电源上，要得到6 V、2.2 A的输出电压和电流．求： (1)副线圈的匝数； (2)变压器的输入功率． 【解析】　(1)由＝，得n2＝＝ 匝＝33 匝． (2)由P＝IU得P出＝2.26 W＝13.2 W 根据P入＝P出， 即P入＝13.2 W. 【答案】　(1)33匝　(2)13.2 W 12．(16分)如图5所示，水平U形光滑框架，宽度L＝1 m，电阻忽略不计，导体棒ab的质量m＝0.2 kg，电阻R＝0.5 Ω，匀强磁场的磁感应强度B＝0.2 T，方向垂直框架向上．现用F＝1 N的拉力由静止开始向右拉ab棒，当ab棒的速度达到2 m/s时，求： 图5 (1)ab棒产生的感应电动势的大小； (2)ab棒所受安培力的大小和方向； (3)ab棒的加速度的大小和方向． 【解析】　(1)ab棒产生的感应电动势的大小 E＝BLv＝0.212 V＝0.4 V. (2)感应电流I＝＝ A＝0.8 A ab棒所受安培力F安＝BIL＝0.20.81 N＝0.16 N 应用左手定则可判定安培力方向水平向左． (3)ab棒加速度的大小 a＝＝ m/s2＝4.2 m/s2，方向水平向右． 【答案】　(1)0.4 V　(2)0.16 N　方向水平向左 (3)4.2 m/s2　方向水平向右 7