2021-2022年人教版(2019)高中物理必修三重点难点易错点——学习“磁通量”要注意的几个问题
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2022-01-12 09:01:10
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学习“磁通量”要注意的几个问题在匀强磁场中,磁感应强度B与垂直磁场方向平面的面积S的乘积,叫做穿过这个面的磁通量,即:,在国际单位制中,磁通量的单位是韦伯(Wb)。从磁感线角度认为在同一磁场中,磁感线越密的地方,也就是穿过单位面积的磁感线条数越多的地方,磁感应强度B越大。因此B越大,S越大,穿过这个面的磁感线条数就越多,磁通量就越大。所以磁通量反映穿过某一面积的磁感线条数的多少。在具体学习磁通量这个物理量时要注意以下几个问题。一、磁通量的正负问题磁通量是标量,但有正负之分。磁通量的正负不代表大小,只反映磁通量是怎么穿过某一平面的,若规定向里穿过某一平面的磁通量为正,则向外为负。尤其在计算磁通量变化时更应注意。例1 在磁感应强度为B的匀强磁场中,面积为S的线圈垂直磁场方向放置,若将此线圈翻转180°,那么穿过此线圈的磁通量的变化量是多少?二、有效面积问题定义式中的面积S指的是垂直于匀强磁场方向的面积,如果平面跟磁场方向不垂直,应取垂直磁场方向上的投影面积,即为有效面积。例2 如图1所示,一个单匝线圈abcd水平放置,面积为S,当有一半面积处在竖直向下的匀强磁场中,磁感应强度为B,当线圈以ab边为轴转过30°和60°时,穿过线圈的磁通量分别是多少?图1例3 一磁感应强度为B的有界磁场,面积为S1,现有一面积为S2的线圈,垂直于磁场方向放置,如图2所示,试求穿过线圈平面的磁通量是多少?图2三、净磁通问题若穿过某一平面的磁感线既有穿出又有穿进时的磁通量,则穿过该平面的合磁通量为净磁感线的条数,即净磁通。4.如图3所示,B1垂直向里,B2垂直向外,且B1>B2,若图中线圈面积为S,求穿过线圈的净磁通量是多少?图3例5 如图4所示,大圆导线环A中通有电流I,方向顺时针,另在导线环所在的平面里有一虚线圆形区域B,它的一半面积在A环内,一半面积在A环外,试判断虚线圆形区域B内的磁场的方向。图4四、多匝线圈问题从定义中可以看出,穿过某一面积的磁通量是由穿过该面的磁感线条数的多少决定的,与匝数无关。只要n匝线圈的面积相同,放置情况也相同,n匝线圈与单匝线圈的磁通量相同。例6 一横截面积为S、100匝的螺旋管,放置在平行于螺旋管轴线的匀强磁场中,磁感应强度为B,则穿过此螺旋管的磁通量是多少?若拆除50匝,穿过此螺旋管的磁通量又是多少?趁热打铁:一磁感应强度为B的匀强磁场,方向水平向右,一面积为S的n匝矩形线圈abcd,如图5所示放置,线圈平面abcd与竖直方向成θ夹角。求:(1)图示位置穿过线圈平面的磁通量;(2)将abcd绕ad轴转动180°时,穿过线圈平面的磁通量的变化量。巩固练习4
一、选择题1、下列关于磁通量的说法中,正确的是NSabA.穿过一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积B.在匀强磁场中,穿过某平面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积C.穿过一个面的磁通量就是穿过该面单位面积的磁感线的条数D.穿过一个面的磁通量就是穿过该面的磁感线的条数2、如图所示,两个同心放置的共面金属圆环a和b,一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直,则穿过两环的磁通量φa、φb的大小关系为cbdaθBA.φa>φbB.φa<φbC.φa=φbD.无法比较3、一磁感应强度为B的匀强磁场方向水平向右,一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置,平面abcd与竖直方向成θ角。将abcd绕ad轴转180°角,则穿过线圈平面的磁通量的变化量为A.0B.2BSC.2BScosθD.2BSSinθabcdL4、如图所示,矩形线框abcd的长和宽分别为2L和L,匀强磁场的磁感应强度为B,虚线为磁场的边界。若线框以ab边为轴转过60°的过程中,穿过线框的磁通量的变化情况是A.变大B.变小C.不变D.无法判断II5、如图所示,两直导线中通以相同的电流I,矩形线圈位于导线之间。将线圈由实线位置移到虚线位置的过程中,穿过线圈的磁通量的变化情况是A.向里,逐渐增大B.向外,逐渐减小C.先向里增大,再向外减小D.先向外减小,再向里增大ABSN6、如图所示条形磁铁竖直放置,闭合的金属线框水平地紧挨着磁铁从A端移至B端的过程中,穿过线框的磁通量的变化情况是A.变大B.变小C.先变大后变小D.先变小后变大MNab7、如图所示,匀强磁场中放有平行的铜导轨,它与大线圈M相连,小线圈N放在大线圈M内,裸金属棒ab在导轨上做某种运动。则下列说法中正确的是A.若ab向右匀速运动,穿过小线圈N的磁通量向里且增大B.若ab向左加速运动,穿过小线圈N的磁通量向外且增大C.若ab向右减速运动,穿过小线圈N的磁通量向里且减小122D.若ab向左减速运动,穿过小线圈N的磁通量向里且减小8、如图所示,一水平放置的圆形通电线圈1固定,另有一个较小的圆形线圈2从1的正上方下落,在下落过程中两线圈平面始终保持平行且共轴,则线圈2从1的正上方下落到1的正下方的过程中,穿过线圈2的磁通量φA.为零且保持不变B.不为零且保持不变C.先向上增大,再向上减小D.先向上增大,再向下减小CDAB9、如图所示,螺线管CD的绕法不明,当磁铁AB分别以不同的速度V1(A端向下)和V2(B端向下)(V1<V2)插入螺线管时,电路中有如图所示的感应电流。则下列说法中正确的是A.两种情况下,穿过螺线管CD的磁通量都是增大的B.两种情况下,穿过螺线管CD的磁通量的变化是相等的C.以速度V1插入时穿过螺线管CD的磁通量的变化率比以速度V2插入时小D.以速度V1插入时穿过螺线管CD的磁通量的变化率比以速度V2插入时大PⅠ10、一平面线圈用细杆悬于P点,开始时细杆处于水平位置,释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动。已知线圈始终与纸面垂直,当线圈由水平位置第一次到达位置Ⅰ的过程中,穿过线圈的磁通量A.向右逐渐增大B.向左逐渐减小C.向右先增大后减小D.向左先减小后增大NS11、如图所示,蹄形磁铁和矩形线框均可绕竖直轴转动。现将蹄形磁铁逆时针转动(从上往下看),则矩形线框的运动情况及穿过它的磁通量应是A.线框逆时针转动,转速与磁铁相同B.线框逆时针转动,转速比磁铁小C.线框在转动的过程中,穿过它的磁通量先变大,随后就保持不变D.线框在转动的过程中,穿过它的磁通量一直在变大OO’12、如图所示面积为S矩形线圈在磁感应强度为B的匀强磁场中以轴OO’匀速转动,角速度为ω,则穿过线圈的磁通量随时间变化的关系是(从图示位置开始计时)A.φ=BSsinωtB.φ=BScosωtC.φ=BSD.φ=013、如图所示,PQRS为一正方形导线框,它以恒定的速度向右进入以MN为边界的匀强磁场中,磁场方向垂直线框平面,MN与线框的边成45°角,E、F分别是PS和PQ的中点。则下列说法中正确的是MPQRSFEN45°A.当E点以过边界MN时,穿过导线框的磁通量的变化率最大B.当P点以过边界MN时,穿过导线框的磁通量的变化率最大C.当F点以过边界MN时,穿过导线框的磁通量的变化率最大D.当Q点以过边界MN时,穿过导线框的磁通量的变化率最大φ/(10-2Wb)t/s01234567231-1-2-314、已知穿过线圈的磁通量φ随时间t变化的关系如图所示,则在下面所述的几段时间内,磁通量变化率最大的是A.0s~2sB.2s~4sC.4s~5sD.5s~7s15、关于闭合电路中的感应电动势E、磁通量φ、磁通量的变化量Δφ及磁通量的变化率Δφ/Δt之间的关系,下列说法中正确的是A.φ=0时,E有可能最大NSOO’B.Δφ/Δt=0时,E可能不等于零C.Δφ很大时,E可能很小4
D.Δφ/Δt很大时,Δφ一定很大φt16、如图所示,条形磁铁原来与导线框在同一平面内,当条形磁铁绕OO’轴转过360°的过程中,穿过导线框和磁通量φ随时间t变化的图线应是(磁感线向纸里穿时为正)φtφtφtA.D.C.B.17、如图所示,两个完全相同的闭合金属环穿在一根水平光滑的绝缘杆上,当条形磁铁自右向左插向金属环时,下列说法中正确的是A.穿过两环的磁通量都在增加,且两环相互远离B.穿过两环的磁通量都在增加,且两环相互靠拢NS312C.穿过两环的磁通量都在增加,且两环在相互靠拢的同时绕杆顺时针转动(从左向右看)D.穿过两环的磁通量都在增加,且右环的加速度大于左环的加速度18、如图所示,一个闭合线圈穿入蹄形磁铁由1位置经2位置到3位置,最后从下方的S极拉出,则在这一过程中,穿过线圈的磁通量A.先减小后增大B.先增大后减小C.一直增大D.一直减小h19、如图所示,闭合小金属环从高h的光滑曲面上端无初速滚下,又沿曲面的另一端上升,A.若是匀强磁场,则穿过环的磁通量不变,且在左侧滚上的高度小于hB.若是匀强磁场,则穿过环的磁通量不变,且在左侧滚上的高度等于hC.若是非匀强磁场,则穿过环的磁通量改变,且在左侧滚上的高度大于hD.若是非匀强磁场,则穿过环的磁通量改变,且在左侧滚上的高度小于hAB20、如图所示A、B两闭合线圈为同种导线制成,匝数比nA:nB=1:3,半径RA=2RB。在图示区域内有磁感应强度均匀减小的匀强磁场,则穿过两线圈的磁通量的变化率之比为A.1:12B.1:6C.1:4D.1:121、如图所示,一条形磁铁由静止开始向下穿过一个用双线绕成的闭合线圈。条形磁铁在穿过线圈的过程中A.磁铁作自由落体运动,穿过线圈的磁通量先增大后减小,线圈中无感应电流B.磁铁作减速运动,穿过线圈的磁通量增大,线圈中无感应电流C.磁铁作减速运动,穿过线圈的磁通量不变,线圈中无感应电流D.磁铁作非匀变速运动,穿过线圈的磁通量为零,线圈中无感应电流abc22、在闭合的铁芯上绕一组线圈,线圈与滑动变阻器、电池构成闭合电路,如图所示,假设线圈产生磁感线全部集中在铁芯内。a、b、c为三个闭合的金属圆环,位置如图。当滑动变阻器的滑动触头左右滑动时,磁通量发生变化的圆环是A.a、b、c三环B.a、b两环C.b、c两环D.a、c两环二、计算题1、如图所示,匀强磁场的磁感应强度B=2.0T,方向指向X轴正方向,且ab=40cm,bc=30cm,ae=50cm。求通过面积S1(abcd)、S2(befc)和S3(aefd)的磁通量φ1、φ2、φ3分别为多少?ZXYabcdefOO’BS2、如图所示,框架的面积为S,匀强磁场的磁感应强度为B。试求:①框架平面与磁感应强度B垂直时,穿过框架平面的磁通量为多少?②若框架绕OO’转过60°,则穿过框架平面的磁通量为多少?③若从图示位置转过90°,则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少?④若从图示位置转过180°,则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少?3、如图所示,磁感应强度为B的有界匀强磁场垂直穿过边长为a的正三角形线圈(磁场的边界也为正三角形,面积与线圈的面积相等)。试求在将线圈绕其重心逆时针转过60°的过程中,穿过线圈的磁通量的变化量为多少?4、边长为10cm、匝数为10的正方形线圈,垂直于磁感应强度B的方向置于0.2T的匀强磁场中。试求:(1)图示位置时,穿过线圈的磁通量为多少?4
(2)若将线圈以一边为轴转过60°,则穿过线圈的磁通量为多少?(3)若将线圈以一边为轴转过180°,则穿过线圈的磁通量为多少?5、有一个n匝的线圈,其面积为S,在Δt时间内垂直线圈平面的磁感应强度变化了ΔB,试求:(1)线圈内磁通量的变化量为多少?(2)磁通量的平均变化率为多少?(3)若线圈的电阻为r,则在Δt时间内电流所做的功为多少?答案:一、选择题1、D2、A3、C4、C5、D6、D7、BC8、C9、ABC10、C11、BD12、A13、B14、C15、AC16、A17、BD18、C19、BD20、D21、A22、B二、计算题1、φ1=0.24Wbφ2=0φ3=0.24Wb2、BS;BS/2;0;2BS3、4、2×10—3;1×10—3;4×10—35、;;4