第2章 电磁感应 知能素养提升（Word）-【全效作业本】2022-2023学年高中选择性必修第二册物理（人教版2019）

知能素养提升 [见学生用书P34] 类型一　楞次定律的应用 【例1】　(多选)如图所示，在线圈上端放置一盛有冷水的金属杯，现接通交流电源，几分钟后，杯内的水沸腾起来。若要缩短上述加热时间，下列措施可行的有(　AB　) 例1图 A．增加线圈的匝数 B．提高交流电源的频率 C．将金属杯换为瓷杯 D．取走线圈中的铁芯 【解析】 当电磁铁接通交流电源时，金属杯处在变化的磁场中因产生涡电流而发热，使水温升高。要缩短加热时间，需增大涡电流，即增大感应电动势或减小电阻。增加线圈匝数、提高交变电流的频率都是为了增大感应电动势，A、B正确；瓷杯不能产生涡电流，取走铁芯会导致磁性减弱，C、D错误。 【变式1】　(多选)如图所示是高频焊接原理示意图。线圈中通以高频变化的电流时，待焊接的金属工件中就产生感应电流，感应电流通过焊缝产生大量热量，将金属熔化，把工件焊接在一起，而工件其他部分发热很少。下列说法正确的是(　AD　) 变式1图 A．电流变化的频率越高，焊缝处的温度升高得越快 B．电流变化的频率越低，焊缝处的温度升高得越快 C．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻小 D．工件上只有焊缝处温度升得很高是因为焊缝处的电阻大 【解析】 在互感现象中产生的互感电动势的大小与电流的变化率成正比，电流变化的频率越高，感应电动势越大，由欧姆定律I＝知，产生的涡流越大，A正确，B错误；又P＝I2R，R越大，P越大，焊缝处的温度升高得越快，C错误，D正确。 类型二　自感和互感的现象及应用 【例2】　如图所示，线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈Ⅱ与电流计G相连，线圈Ⅰ与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计G中无示数的是(　D　) 例2图 A. 开关闭合瞬间 B. 开关断开瞬间 C. 开关闭合一段时间后，来回移动变阻器滑动端 D. 开关闭合一段时间后 【解析】 开关闭合瞬间，电路中电流增大，线圈Ⅰ产生的磁场增强，穿过线圈Ⅱ的磁通量增大，产生感应电流，A不符合题意；开关断开的瞬间，线圈Ⅰ产生的磁场从有到无，穿过线圈Ⅱ的磁通量减小，产生感应电流，B不符合题意；通电时，来回移动变阻器滑动端时，变阻器接入电路的电阻发生变化，电路中电流发生变化，线圈Ⅰ产生的磁场发生变化，穿过线圈Ⅱ的磁通量发生变化，产生感应电流，C不符合题意；开关闭合一段时间后，线圈Ⅰ中是恒定的电流，线圈Ⅰ产生稳定的磁场，穿过线圈Ⅱ的磁通量不变，没有感应电流产生，D符合题意。 【变式2】　电流传感器在电路中相当于电流表，可以用来研究自感现象。在如图所示的实验电路中，L是自感线圈，其自感系数足够大，直流电阻值大于灯泡D的阻值，电流传感器的电阻可以忽略不计。在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断开开关S。在下列表示电流传感器记录的电流随时间变化情况的图像中，可能正确的是(　D　) 变式2图 【解析】 闭合S瞬间，外电路电阻最大，然后外电路电阻逐渐减小，外电压逐渐减小，所以通过电流传感器的电流逐渐减小，电路稳定后，外电路电阻不变，外电压不变，通过电流传感器的电流不变；因为线圈的直流电阻值大于灯泡D的阻值，稳定后，通过线圈的电流小于通过电流传感器的电流。t＝t1时刻断开开关S，由于自感现象，原来通过线圈L的电流从左向右流过电流传感器，逐渐减小。D图符合题意。 类型三　电磁感应“杆＋轨道”模型应用 【例3】　如图，足够长的平行金属导轨MN和PQ表面粗糙，与水平面间的夹角θ＝37°(sin 37°＝0.6)，间距为1 m。垂直于导轨平面向上的匀强磁场的磁感应强度大小为4 T，P、M间所接电阻的阻值为8 Ω。质量为2 kg的金属杆ab垂直于导轨放置，不计杆与导轨的电阻，杆与导轨间的动摩擦因数为0.25。金属杆ab在沿导轨向下且与杆垂直的恒力F作用下，由静止开始运动，杆的最终速度为8 m/s，取g＝10 m/s2。 例3图 (1)当金属杆ab的速度为4 m/s时，求金属杆ab的加速度大小。 (2)当金属杆ab沿导轨的位移为6.0 m时，求通过金属杆ab的电荷量。 【答案】 (1)4 m/s2　(2)3 C 【解析】 (1)对金属杆ab应用牛顿第二定律，有F＋mgsin θ－F安－f＝ma，又f＝μFN，FN＝mgcos θ，金属杆ab受安培力大小F安＝BIL，金属杆ab切割磁感线产生的感应电动势为E＝BLv，由闭合电路欧姆定律可知，I＝，整理得F＋mgsin θ－v－μmgcos θ＝ma，代入vm＝8 m/s，a＝0，解得F＝8 N。代入v＝4 m/s，F＝8 N，解得a＝4 m/s2。(2)设通过回路横截面的电荷量为q，则q＝t，回路中的平均电流强度＝，回路中产生的平均感应电动势＝，回路中的磁通量变化量ΔΦ＝BLx，联立解得q＝3 C。 【变式3】　如图所示，足够长的光滑导轨倾