新课标高中物理选修3-2课后习题详解

高中物理选修3-2 课后习题详解第4章第1节划时代的发现1 奥斯特实验，电磁感应等2 电路是闭合的导体切割磁感线运动第2节探究电磁感应的产生条件1 （1）不产生感应电流（2）不产生感应电流（3）产生感应电流2 答：由于弹簧线圈收缩时，面积减小，磁通量减小，所以产生感应电流3 答：在线圈进入磁场的过程中，由于穿过线圈的磁通量增大，所以线圈中产生感应电流；在线圈离开磁场的过程中，由于穿过线圈的磁通量减小，所以线圈中产生感应电流；当个线圈都在磁场中时，由于穿过线圈的磁通量不变，所以线圈中不产生感应电流4 答：当线圈远离导线移动时，由于线圈所在位置的磁感应强度不断减弱，所以穿过线圈的磁通量不断减小，线圈中产生感应电流当导线中的电流逐渐增大或减小时，线圈所在位置的磁感应强度也逐渐增大或减小，穿过线圈的磁通量也随之逐渐增大或减小，所以线圈中产生感应电流5 答：如果使铜环沿匀强磁场的方向移动，由于穿过铜环的磁通量不发生变化，所以，铜环中没有感应电流；如果使铜环在不均匀磁场中移动，由于穿过铜环的磁通量发生变化，所以，铜环中有感应电流6 答：乙、丙、丁三种情况下，可以在线圈B中观察到感应电流因为甲所表示的电流是稳恒电流，那么，由这个电流产生的磁场就是不变的穿过线圈B的磁通量不变，不产生感应电7 流乙、丙、丁三种情况所表示的电流是随时间变化的电流，那么，由这样的电流产生的磁场也是变化的，穿过线圈B的磁通量变化，产生感应电流8 为了使MN中不产生感应电流，必须要求DENM构成的闭合电路的磁通量不变，即，而，所以，从开始，磁感应强度B随时间的变化规律是第3节楞次定律1 答：在条形磁铁移入线圈的过程中，有向左的磁感线穿过线圈，而且线圈的磁通量增大根据楞次定律可知，线圈中感应电流磁场方向应该向右，再根据右手定则，判断出感应电流的方向，即从左侧看，感应电流沿顺时针方向2 答：当闭合开关时，导线AB中电流由左向右，它在上面的闭合线框中引起垂直于纸面向外的磁通量增加根据楞次定律，闭合线框中产生感应电流的磁场，要阻碍它的增加，所以感应电流的磁场在闭合线框内的方向是垂直纸面向里，再根据右手定则可知感应电流的方向是由D向C当断开开关时，垂直于纸面向外的磁通量减少根据楞次定律，闭合线框中产生感应电流的磁场，要阻碍原磁场磁通量的减少，所以感应电流的磁场在闭合线框内的方向是垂直纸面内外，再根据右手定则可知感应电流的方向是由C向D 3 答：当导体AB向右移动时，线框ABCD中垂直于纸面向内的磁通量减少根据楞次定律，它产生感应电流的磁场要阻碍磁通量减少，即感应电流的磁场与原磁场方向相同垂直于纸面向内，所以感应电流的方向是ABCD此时，线框ABFE中垂直纸面向内的磁通量增加，根据楞次定律，它产生的磁场要阻碍磁通量的增加，即感应电流的磁场与原磁场方向相反，垂直于纸面向外所以，感应电流的方向是ABFE所以，我们用这两个线框中的任意一个都可以判定导体AB中感应电流的方向说明：此题对导体AB中的电流方向的判定也可用右手定则来确定4 答：由于线圈在条形磁铁的N极附近，所以可以认为从A到B的过程中，线圈中向上的磁通量减小，根据楞次定律，线圈中产生的感应电流的磁场要阻碍磁通量的减少，即感应电流的磁场与原磁场方向相同，再根据右手螺旋定则可知感应电流的方向，从上向下看为逆时针方向从B到C的过程中，线圈中向下的磁通量增加，根据楞次定律，线圈中产生的感应电流的磁场要阻碍磁通量的增加，即感应电流的磁场与原磁场方向相反，再根据右手螺旋定则可知感应电流的方向，从上向下看为逆时针方向5 答：（1）有感应电流（2）没有感应电流；（3）有感应电流；（4）当合上开关S的一瞬间，线圈P的左端为N极；当打开开关S的上瞬间，线圈P的右端为N极6 答：用磁铁的任一极（如N极）接近A球时，穿过A环中的磁通量增加，根据楞次定律，A环中将产生感应电流，阻碍磁铁与A环接近，A环将远离磁铁；同理，当磁铁远离发A球时，A球中产生感应电流的方向将阻碍A环与磁铁远离，A环将靠近磁铁由于B环是断开的，无论磁极移近或远离B环，都不会在B环中形成感应电流，所以B环将不移动7 答：（1）如图所示圆盘中任意一根半径CD都在切割磁感线，这半径可以看成一个电源，根据右手定则可以判断，D点的电势比C点高，也就是说，圆盘边缘上的电势比圆心电势高，（2）根据右手定则判断，D点电势比C点高，所以流过电阻R的电流方向自下向上说明：本题可拓展为求CD间的感应电动势设半径为r，转盘匀速转动的角速度，匀强磁场的磁感应强度为B，求圆盘转动时的感应电动势的大小具体答案是第4节法拉第电磁感应定律1 正确的是D2 解：根据法拉第电磁感应定律，线圈中感应电动势为；根据闭合电路欧姆定律可得，通过电热器的电流为3 解：根据导线切割磁感线产生感应电动势的公式得：缆绳中的感应电动势4 答：可以声音使纸盒振动，线圈切割磁感线，产生感应电流5 答：因为线圈绕轴转动时，线圈长的边切割磁感线的速度变化，感应电动势因而变化根据公式和有因为，所以，6 答：（1）根据法拉第电磁感应定律，线圈中感应电动势，所以，（2）根据闭合电路欧姆定律，可得通过线圈的电流，所以，7 答：管中有导电液体流过时，相当于一段长为的导体在切割磁感线，产生的感应电动势液体的流量，即液体的流量与电动势的关系为第5节电磁感应定律的应用1 解：根据导线切割磁感线产生感应电动势的公式，该机两翼尖间的电势差为，根据右手定则可知，从驾驶员角度来说，左侧机翼电势高。说明：该题的难点之上在于学生的空间想象力往往比较弱，对此，可用简单图形（图4-12）帮助理解；另外，该题可补充一问，即当飞机从西向东飞行时，哪侧机翼电势高？分析可得仍为左侧机翼电势高。2 （1）根据法拉第电磁感应定律，线圈中感应电动势为。根据图象可知，。电压表的读数为。（2）感应电场的方向为逆时针方向，如图所示。（3）A端的电势比B端高，所以A端应该与电压表标的接线柱连接。3 答：（1）等效电路如图所示。（2）通过R的电流方向从上到下。根据导线切割磁感线产生感应电动势的公式，MN、PQ的电动势都为。根据电池的并联和闭合电路欧姆定律，通过R电流。（3）通过MN的电流方向为自N到M；过PQ的电流方向为自N到M；过PQ的电流方向为Q到P。4 （1）线圈以速度匀速进入磁场，当CD边在磁场中时，线圈中感应电动势，其中为CD边的长度。此时线圈中的感应电流为，其中R为线圈的总电阻。同理，线圈以速度匀速进入磁场时，线圈中的感应电流最大值为。第二次与第一次线圈中最大电流之比为。（2）线圈以速度匀速进入磁场，当CD边在磁场中时，CD边受安培力最大，最大值为。由于线圈做匀速运动，所以此时外力也最大，且外力大小等于安培力大小，此时外力的功率为。同理，线圈以速度进入磁场时，外力的最大功率为。第二次与第一次外力做功的最大功率之比为。（3）线圈以匀速进入磁场，线圈中的感应电流为，设AD边长为，则线圈经过时间完全进入磁场，此后线圈中不再有感应电流。所以第一次线圈中产生的热量为。同理，线圈以速度匀速进入磁场时，线圈中产生的热量为。第二次与第一次线圈中产生的热量之比为。说明：可进一步分析并说明，在这一过程中，外力克服安培力所做的功与感应电流所做的功是相等的。第6节互感和自感1 （1）当开关S断开后，使线圈A中的电流减小并消失时，穿过线圈B的磁通量减小，肉而在线圈B中将产生感应电流，根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍原磁场的减小，这样就使铁芯中磁场减弱得慢些，即在开关S断开后一段时间内，铁芯中还有逐渐减弱的磁场，这个磁场对衔铁D依然有力作用，因此，弹簧K不能立即将衔铁拉起（2）如果线圈B不闭合，不会对延时效果产生影响在开关S断开时，线圈A中电流减小并很快消失，线圈B中只有感应电动势而无感应电流，铁芯中的磁场很快消失，磁场对衔铁D的作用力也很快消失，弹簧K将很快将衔铁拉起2 答：当李辉把多用表的表笔与被测线圈断开时，线圈中的电流将减小，发生自感现象会产生较大的自感电动势，两只表笔间有较高电压，“电”了刘伟一下，所以刘伟惊叫起来，当李辉再摸多用表的表笔时，由于时间经历的较长，自感现象基本“消失”3 答：（1）当开关S由断开变为闭合，A灯由亮变得更为明亮，B灯由亮变暗，直到不亮（2）当开关S由闭合变为断开，A灯不亮，B灯由亮变暗，直到不亮第7节涡流电磁阻尼和电磁驱动1 答：当铜盘在磁极间运动时，由于发生电磁感应现象，在铜盘中主生感应电流，使铜盘受到安培力作用，而安培力的方向阻碍导体的运动，所以铜盘很快就停了下来2 当条形磁铁的N极靠近线圈时，线圈中向下的磁通量增加，根据楞次定律可得，线圈中感应电流的磁场应该向上，再根据右手螺旋定则，判断出线圈中的感应电流方向为逆时针方向（自上而下看）感应电流的磁场对条形磁铁N极的作用力向上，阻碍条形磁铁向下运动当条形磁铁的N极远离线圈时，线圈中向下的磁通量减小，根据楞次定律可得，线圈中感应电流的磁场应该向下，再根据右手螺旋定则，判断出线圈中的感应电流方向为顺时针方向（自上而下看）感应电流的磁场对条形磁铁N极的作用力向下，阻碍条形磁铁向上运动因此，无论条形磁铁怎样运动，都将受到线圈中感应电流磁场的阻碍作用，所以条形磁铁较快地停了下来，在此过程中，弹簧和磁铁的机械能均转化为线圈中的电能3 答：在磁性很强的小圆片下落的过程中，没有缺口的铝管中的磁通量发生变化（小圆片上方铝管中的磁通量减小，下方的铝管中的磁通量增大），所以铝管中将产生感应电流，感应电流的磁场对下落的小圆片产生阻力作用，小圆片在铝管中缓慢下落；如果小圆片在有缺口的铝管中下落，尽管铝管中也会产生感应电流，感应电流的磁场将对下落的也产生阻力作用，但这时的阻力非常小，所以小圆片在铝管中下落比较快4 答：这些微弱的感应电流，将使卫星受到地磁场的安培力作用因为克服安培力作用，卫星的一部分运动转化为电能，这样卫星机械能减小，运动轨道离地面高度会逐渐降低5 答：当条形磁铁向右移动时，金属圆环中的磁通量减小，圆环中将产生感应电流，金属圆环将受到条形磁铁向右的作用力这个力实际上就是条形磁铁的磁场对感应电流的安培力这个安培力将驱使金属圆环向右运动第五章 交变电流第1节交变电流1 答：磁铁靠近白炽灯，发现灯丝颤动因为通交变电流的灯丝处在磁场中要受到力的作用，灯丝受到的磁场力的大小、方向都随时间做周期性变化，因而灯丝颤动2 答：这种说法不对根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，而与磁通量没有必然的联系假定线圈的面积为S，所在磁场的磁感应强度为B，线圈以角速度绕垂直于磁感线的轴匀速转动，线圈在中性面时开始计时，则磁通量随时间变化的关系为：，其图象如图所示线圈平面转到中性面瞬间（，），穿过线圈的磁通量虽然最大，但是，曲线的斜率为0，即，磁通量的变化率，感应电动势为0；而线圈平面转到跟中性面垂直时（，），穿过线圈的磁通量为0，但是曲线的斜率最大，即磁通量的变化率最大，感应电动势最大3 解：单匝线圈转到线圈平面与磁场平行位置时，即教科书图5.13中乙和丁图时，感应电动势最大即4 解：假定发电机线圈平面仅次于中性面开始计时，感应电动势瞬时值表达式不计发电机线圈的内阻，电路中电流的峰值电流的瞬时值表达式5 解：KL边与磁场方向呈30时，线圈平面与中性面夹角为60，此时感应电动势为：，电流方向为KNMLK第2节描述交变电流的物理量1 解：交变电流1周期内，电流方向变化两次，所以1s内电流方向变化的次数为2 解：不能把这个电容器接在交流电压是10V的电路两端因为，这里的10V的电压是指交流电压的有效值在电压变化过程中的最大值大于10V，超过了电容器的耐压，电容器会被击穿3 解：灯泡正常工作时，通过灯丝电流的有效值电流的峰值.4 根据图象，读出交变电流的周期，电流的峰值，频率电流的有效值5 解：该电热器消耗的功率，其中U为电压的有效值，所以，第3节电感和电容对交变电流的影响1 答：三个电流表、所在支路分别为：纯电容电路、纯电感电路、纯电阻电路改换电源后，交流电压峰值没有变化，而频率增加了对于纯电容电路，交流电压峰值不变，则电路两端电压的有效值不变电容大小C未变，交变电流频率增大，则感抗变小，电流有效值增大，则容抗变小，电流有效值增大，即读数增大对于纯电感电路，交流电压峰值不变，则电路两端电压的有效值不变电感大小L未变，交流频率增大，则感抗变大，电流有效值减小，即读数减小对于纯电阻电路，交流电压峰值不变，则电路两端电压的有效值不变虽然交变电流频率增大，但是对电阻大小没有影响，电阻大小未变，则电流有效值不变，即读数不变2 答：由于电容串联在前级和后级之间，前级输出的直流成分不能通过电容器，而流成分可以通过电容器被输送到后级装置中，输入后级的成分中不含有前级的直流成分，所以两级的直流工作状态相互不影响3 答：电容器对高频成分的容抗小，对低频成分的容抗大，按照教科书图5.3-8的连接，高频成分就通过“旁边”的电容器，而使低频成分输送到下一级装置第4节 变压器1 答：恒定电流的电压加在变压器的原线圈上时，通过原线圈的电流是恒定电流，即电流的大小和方向不变，它产生的磁场通过副线圈的磁通量不变因此在副线圈中不会产生感应电动势，副线圈两端也没有电压，所以变压器不能改变恒定电流的电压2 解：根据题目条件可知，求：，3 解：根据题目条件可知，求：，4 答：降压变压器的副线圈应当用较粗的导线根据理想变压器的输出功率等于输入功率即，降压变压器的，因而，它的，即副线圈的电流大于原线圈的电流，所以，相比之下，副线圈应用较粗的导线5 答：假定理想变压器的原线圈输入的电压一定，示数不变；当用户的用电器增加时，相当于R减小，副线圈电压不变，示数不变国；因为R减小，所以示数增大；因为理想变压器输入功率等于输出功率，有：，、的值 不变，增大，则增大，示数增大第5节 电能的输送1 在不考虑电抗的影响时，电功率，所以当时，导线中的电流当时，导线中的电流2 公式和都是错误的，U是输电电压，而非输电线上的电压降正确的推导应该是：设输电电压为U，输送的电功率为P，则，由此式可知，要减小功率损失，就应当用高压送电和减小输电线的电阻3 解：(1)用电压输电，输电线上电流，输电线上由电阻造成的电压损失，(2)用电压输电，输电线上电流，输电线上由电阻造成的电压损失两者比较，可以看出，用高压输电可使输电线上的电压损失减少许多4 解：输送的电功率为P，输电电压为U，输电线上的功率损失为，导线长度为L，导线的电阻亮红灯，导线的横截面积为S，则，因为、L、各量都是相同的，所以横截面积为S与输电电压U的二次方成反比，所以有5 解：(1)假如用250V的电压输电，输电导线上的功率损失用户得到的功率(2) 假如用500V的电压输电，输电导线上的功率损失用户得到的功率6 解：输电原理如图5-16所示(1)降压变压器输出电流，也就是用户得到的电流因为，输电线上通过的电流(2)输电线上损失的电压，因为升压变压器为理想变压器，输入功率输出功率，所以升压变压器输出的电压计算如下：因为，所以，(3)升压变压器的匝数之比降压变压器的匝数之比第六章 传感器第1节 传感器及其工作原理1