魯科版（2019）高中物理必修第三冊講義第6章 章末綜合提升練習（含答案）

[鞏固層·知識整合](教師用書獨具)[提升層·能力強化]安培定則的應用和磁場的疊加1.安培定則描述了電流方向與磁場方向之間的關系，應用它可以判斷直線電流、環(huán)形電流及通電螺線管周圍磁感線的分布及方向，在應用時，應注意分清“因”和“果”：(1)直線電流的磁場：拇指指向“原因”即電流方向；四指指向“結果”即磁感線的環(huán)繞方向。(2)環(huán)形電流的磁場：四指指向“原因”即電流方向；拇指指向“結果”即中心軸線的磁感線方向。(3)通電螺線管的磁場：四指指向“原因”即電流方向；拇指指向“結果”即螺線管內部沿中心軸線的磁感線方向，亦即指向螺線管的N極。2．一個其他形狀的電流(如矩形、三角形等)的磁場，從整體效果上可等效為環(huán)形電流的磁場，采用安培定則判定。也可以分成幾段直線電流判定，然后利用磁場疊加思想處理。3．磁場的疊加：磁感應強度是矢量，合成時遵循平行四邊形定則。【例1】(多選)如圖所示，紙面內有兩條互相垂直的長直絕緣導線L1、L2，L1中的電流方向向左，L2中的電流方向向上；L1的正上方有a、b兩點，它們相對于L2對稱。整個系統(tǒng)處于勻強外磁場中，外磁場的磁感應強度大小為B0，方向垂直于紙面向外。已知a、b兩點的磁感應強度大小分別為eq\f(1,3)B0和eq\f(1,2)B0，方向也垂直于紙面向外。則()A．流經L1的電流在b點產生的磁感應強度大小為eq\f(7,12)B0B．流經L1的電流在a點產生的磁感應強度大小為eq\f(1,12)B0C．流經L2的電流在b點產生的磁感應強度大小為eq\f(1,12)B0D．流經L2的電流在a點產生的磁感應強度大小為eq\f(7,12)B0AC[由對稱性可知，流經L1的電流在a、b兩點產生的磁感應強度大小相等且方向相同，設為B1，流經L2的電流在a、b兩點產生的磁感應強度大小相等但方向相反，設其大小為B2，由磁場疊加原理有B0－B1－B2＝eq\f(1,3)B0，B0－B1＋B2＝eq\f(1,2)B0，聯(lián)立解得B1＝eq\f(7,12)B0，B2＝eq\f(1,12)B0，所以A、C正確。][一語通關]磁感應強度是矢量，當空間存在幾個磁體(或電流)時，每一點的磁場為各個磁體(或電流)在該點產生磁場的磁感應強度的矢量和。磁感應強度疊加時遵循平行四邊形定則。學習磁通量應注意的問題1.磁通量的正負磁通量是標量，但有正負之分。磁通量的正負不代表大小，只反映磁通量是怎么穿過某一平面的，若規(guī)定向里穿過某一平面的磁通量為正，則向外為負。尤其在計算磁通量變化時更應注意。2．有效面積定義式Φ＝BS中的面積S指的是垂直于勻強磁場方向的面積，如果平面跟磁場方向不垂直，應取垂直磁場方向上的投影面積，即為有效面積。3．凈磁通量若穿過某一平面的磁感線既有穿出的又有穿入的，則穿過該平面的合磁通量為磁感線的凈條數(shù)，即凈磁通量。4．多匝線圈從磁通量的定義中可以看出，穿過某一面積的磁通量是由穿過該面積的磁感線條數(shù)的多少決定的，所以，只要n匝線圈的面積相同，放置情況也相同，則n匝線圈與單匝線圈的磁通量相同，即磁通量的大小與線圈匝數(shù)n無關。【例2】(多選)如圖所示是等腰直角三棱柱，其中正方形ABCD的邊長為L，按圖示位置放置在方向豎直向下的勻強磁場中，磁感應強度大小為B，下列說法中正確的是()A．通過ABCD平面的磁通量為BL2B．通過BCFE平面的磁通量為eq\f(\r(2),2)BL2C．通過ADFE平面的磁通量為零D．通過整個三棱柱的磁通量為零BCD[磁感應強度B和ABCD平面不垂直，根據(jù)Φ＝BScosθ知，穿過ABCD平面的磁通量為eq\f(\r(2),2)BL2，故A項錯誤；磁感應強度B和BCFE平面垂直，故B項正確；磁感應強度B和ADFE平面平行，故通過ADFE平面的磁通量為零，C項正確；磁感線從ABCD平面穿入，進入三棱柱后不終止，從BCFE平面穿出，若穿入磁通量為正，則穿出磁通量為負，故穿過整個三棱柱的磁通量為零，D項正確。][一語通關](1)對磁通量的計算式，只適用于勻強磁場，對非勻強磁場不能直接用Φ＝BS計算。(2)由于磁感線是閉合曲線，因此穿過任何一個閉合曲面的磁通量均為零。(3)穿過線圈的磁通量與磁場的強弱和線圈橫截面的大小有關，與線圈的匝數(shù)無關。能量守恒定律的應用能量守恒定律的表達式(1)從不同狀態(tài)看，E初＝E末。(2)從能的轉化角度看，ΔE增＝ΔE減。(3)從能的轉移角度看，ΔEA增＝ΔEB減?！纠?】如圖所示，皮帶的速度是3m/s，兩圓心的距離s＝4.5m，現(xiàn)將m＝1kg的小物體輕放在左輪正上方的皮帶上，物體與皮帶間的動摩擦因數(shù)μ＝0.15，電動機帶動皮帶將物體由靜止從左輪運送到右輪正上方時，求：(g取10m/s2)(1)小物體獲得的動能Ek；(2)這一過程摩擦產生的熱量Q；(3)這一過程電動機消耗的電能E。[解析](1)設小物體與皮帶達到共同速度時，物體相對地面的位移為s′μmgs′＝eq\f(1,2)mv2，解得s′＝3m＜4.5m，即物體可與皮帶達到共同速度，此時Ek＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)×1×32J＝4.5J。(2)由μmg＝ma得a＝1.5m/s2，由v＝at得t＝2s，則Q＝μmg(vt－s′)＝0.15×1×10×(6－3)J＝4.5J。(3)由能量守恒定律知E電＝Ek＋Q＝4.5J＋4.5J＝9J。[答案](1)4.5J(2)4.5J(3)9J[一語通關](1)能量守恒定律適用各種情況的能量轉移與轉化。(2)應用能量守恒定律時多為機械能向內能轉化。[培養(yǎng)層·素養(yǎng)升華](教師用書獨具)如圖為研究電磁感應現(xiàn)象的實驗裝置，部分導線已連接。(1)請用筆畫線代替導線將實驗器材連接起來構成實驗電路圖，要求移動滑動變阻器滑片時靈敏電流計指針發(fā)生偏轉。(2)在實驗過程中靈敏電流計指針發(fā)生偏轉時，A、B兩個線圈中________(選填“A”或“B”)線圈相當于電源。(3)正確連接電路后，在實驗過程中發(fā)現(xiàn)，開關閉合瞬間靈敏電流計的指針向右偏，則下列說法正確的是________。A．閉合開關穩(wěn)定后，將滑片向右移動，靈敏電流計的指針向右偏B．閉合開關穩(wěn)定后，將A線圈拔出來的過程中，靈敏電流計的指針向右偏C．閉合開關穩(wěn)定后俯視A、B兩線圈，若A線圈中的電流為順時針方向，則在斷開開關瞬間B線圈中的感應電流為順時針方向D．閉合開關穩(wěn)定后俯視A、B兩線圈，若A線圈中的電流為順時針方向，則在斷開開關瞬間B線圈中的感應電流方向不能確定，因為電流的方向與A、B兩線圈的繞向有關[解析](1)探究電磁感應現(xiàn)象實驗電路分兩部分，要使原線圈產生磁場必須對其通電，故電源、開關、滑動變阻器、原線圈組成閉合電路，靈敏電流計與副線圈組成另一個閉合電路，如答圖所示。(2)由上分析可知，B線圈相當于電源；(3)由題意可知：開關閉合的瞬間，靈敏電流計的指針向右偏，則當磁通量增大時，指針右偏；若磁通量減小時，則左偏；閉合開關穩(wěn)定后，將滑片向右移動，使得流過A線圈的電流增大，那么穿過線圈B的磁通量增大，因此靈敏電流計的指針向右偏，A正確；閉合開關穩(wěn)定后，將A線圈拔出來的過程中，磁通量減小，因此靈敏電流計指針向左偏，B錯誤；閉合開關穩(wěn)定后俯視A、B兩線圈，若A線圈中的電流為順時針方向，則在斷開開關瞬間，B線圈中有感應電流，但由于A、B兩線圈的繞向不知，因此無法判定B線圈中的感應電流方向，C錯誤，D正確。[答案](1)如答圖所示(2)B(3)AD[深度思考]1825年，科拉頓做了這樣一個實驗，如圖M-21所示，他將一個條形磁鐵插入連有靈敏電流計的螺旋線圈，來觀察在線圈中是否有電流產生。實驗時，科拉頓為了排除磁鐵移動時對靈敏電流計的影響，他通過很長的導線把接在螺旋線圈上的靈敏電流計放到另一間房里，插入磁鐵后，跑到另一間房里觀察靈敏電流計。科拉頓開始實驗，然而無論他跑得多快，他看到的電流計指針都是指在“0”刻度的位置?？评D失敗的原因是()圖M-21A．因為導線太長電阻太大B．因為實驗中根本沒產生感應電流C．因為只有在磁鐵移動時才產生感應電流D．因為產生的感應電流太小觀察不到