第十一章 电磁感应 章末素养提升-【导与练】2024高考物理一轮复习高中总复习第1轮教师用书word（新教材，人教版）

章末素养提升 [科学小报] 电磁弹射就是采用电磁场的能量来推动被弹射的物体向外运动,其实就是电磁炮的一种形式。过去常采用的弹射有机械弹射,如弹簧、皮筋等。能量弹射如:子弹(利用火药瞬间爆发能量)、磁悬浮列车等。电磁弹射的主要应用范围是大载荷的短程加速,在军事上比较典型的是航空母舰上的舰载飞机起飞弹射。电磁发射技术在全世界范围内都处于实验研究阶段,电磁弹射虽起步稍晚,但由于其潜在的应用前景,该项技术的研究还是备受重视。 [原创新题1] 已知航母上舰载机起飞所利用的电磁弹射系统原理可简化为如图所示,当固定线圈上突然通过直流电流时,线圈左侧的金属环被弹射出去。则下列说法正确的是(　D　) A.若将金属环置于线圈的右侧,则金属环将不能弹射出去 B.金属环向左运动的瞬间有扩大趋势 C.增加线圈的匝数,不会影响金属环的加速度 D.合上开关S的瞬间,从左侧看金属环中产生沿逆时针方向的感应电流 解析:若将金属环放在线圈右侧,根据楞次定律可知,金属环将向右运动,仍可以弹射出去,A错误;固定线圈上突然通过直流电流,穿过金属环的磁通量增大,根据“增缩减扩”可知金属环被向左弹射的瞬间,有缩小的趋势,B错误;电流一定时,线圈匝数越多,形成的磁场越强,通电瞬间金属环的磁通量变化率越大,则金属环中产生的感应电流越大,又因为感应电流方向与固定线圈中的电流方向相反,则金属环被弹射出去的作用力越大,故金属环的加速度越大,C错误;在闭合开关的瞬间,穿过金属环的磁通量向右增大,由楞次定律可知,金属环中产生的感应电流从左侧看沿逆时针方向,D正确。 [原创新题2] 某兴趣小组开展电磁弹射系统的设计研究,如图甲所示,用于推动模型飞机的动子(图中未画出)与线圈绝缘并固定,线圈带动动子,可在水平导轨上无摩擦滑动。线圈位于导轨间的辐向磁场中,其所在处的磁感应强度大小均为B。开关S与1接通,恒流源与线圈连接,动子从静止开始推动飞机加速,飞机达到起飞速度时与动子脱离;此时S掷向2接通定值电阻R0,同时施加回撤力F,在F和磁场力作用下,动子恰好返回初始位置停下。若动子从静止开始至返回过程的 v-t图如图乙所示,在t1至t3时间内F=(800-10v) N,t3时撤去F。已知起飞速度v1=80 m/s,t1=1.5 s,线圈匝数n=100匝,每匝周长l=1 m,模型飞机的质量M=10 kg,动子和线圈的总质量m=5 kg,R0=9.5 Ω,B=0.1 T。不计空气阻力和飞机起飞对动子运动速度的影响,求: (1)恒流源的电流I; (2)线圈电阻R; 解析:(1)由题意可知接通恒流源时安培力 F安=nBIl, 动子和线圈在0～t1时间段内做匀加速直线运动, 运动的加速度为a=,根据牛顿第二定律有 F安=(M+m)a, 代入数据,联立解得I==80 A。 (2)当S掷向2接通定值电阻R0时,感应电流为I′=, 此时安培力为F安′=nBI′l 所以此时根据牛顿第二定律有 (800-10v)(N)+v=ma′, 由题图乙可知在t1至t3期间加速度恒定,则有 =10 kg·s-1, 解得R=0.5 Ω。 答案:(1)80 A　(2)0.5 Ω 法拉第电磁感应定律的应用 1. (2022·江苏卷,5)如图所示,半径为r的圆形区域内有垂直于纸面的匀强磁场,磁感应强度B随时间t的变化关系为B=B0+kt,B0、k为常量,则图中半径为R的单匝圆形线圈中产生的感应电动势大小为(　A　) A.πkr2 B.πkR2 C.πB0r2 D.πB0R2 考题题型归类:考查基本规律的应用——法拉第电磁感应定律。 考查巧妙之处:有效面积的确定。 绕不过的数学:利用线性方程求出磁感应强度的变化率。 解析:由题意可知磁场的变化率为==k,根据法拉第电磁感应定律可知E===kπr2,故选A。 2.(2022·全国甲卷,16) 三个用同样的细导线做成的刚性闭合线框,正方形线框的边长与圆线框的直径相等,圆线框的半径与正六边形线框的边长相等,如图所示。把它们放入磁感应强度随时间线性变化的同一匀强磁场中,线框所在平面均与磁场方向垂直,正方形、圆形和正六边形线框中感应电流的大小分别为I1、I2和I3。则(　C　) A.I1<I3<I2 B.I1>I3>I2 C.I1=I2>I3 D.I1=I2=I3 考题题型归类:考查基本规律的应用——法拉第电磁感应定律、电阻定律。 考查难点:决定电流大小公式的推导。 绕不过的数学:圆形、四边形、六边形面积和周长的求解。 解析:设线框的面积为S,周长为L,导线的截面积为S′,由法拉第电磁感应定律可知,线框中感应电动势E==S,而线框的总电阻R=ρ,所以线框中感应电流I==,由于三个线框处于同一线性变化的磁场中,且绕制三个线框的导线相同,设正方形线框的边长为l,则三个线框的面积分别为S1=l2,S