2024-2025版高中物理第四章電磁感應(yīng)12劃時代的發(fā)現(xiàn)探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件課時練習(xí)含解析新人教版選修3-2

PAGE8-劃時代的發(fā)覺探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件(25分鐘·60分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.關(guān)于感應(yīng)電流的產(chǎn)生,下列說法中正確的是()A.導(dǎo)體相對磁場運動,導(dǎo)體內(nèi)肯定會產(chǎn)生感應(yīng)電流B.導(dǎo)體做切割磁感線運動,導(dǎo)體內(nèi)肯定會產(chǎn)生感應(yīng)電流C.穿過閉合電路的磁通量發(fā)生改變,電路中肯定會產(chǎn)生感應(yīng)電流D.閉合電路在磁場中做切割磁感線運動,電路中肯定會產(chǎn)生感應(yīng)電流【解析】選C。導(dǎo)體相對磁場運動,若沒有切割磁感線,則導(dǎo)體內(nèi)不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,故選項A不符合題意;導(dǎo)體做切割磁感線運動時,能產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,若導(dǎo)體所在電路不閉合,則導(dǎo)體中就沒有感應(yīng)電流,故選項B不符合題意;穿過閉合電路的磁通量發(fā)生改變,則閉合電路中就有感應(yīng)電流,故選項C符合題意;導(dǎo)體做切割磁感線運動,不肯定有感應(yīng)電流產(chǎn)生,只有當(dāng)閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運動時才有感應(yīng)電流產(chǎn)生,故選項D不符合題意。2.條形磁鐵豎直放置,閉合圓環(huán)水平放置,條形磁鐵中心穿過圓環(huán)中心,如圖所示。若圓環(huán)為彈性環(huán),其形態(tài)由Ⅰ擴大到Ⅱ,那么圓環(huán)內(nèi)磁通量的改變狀況是 ()A.磁通量不變B.磁通量增大C.磁通量減小 D.條件不足,無法確定【解析】選C。磁感線是閉合曲線,磁鐵內(nèi)部穿過線圈的磁感線條數(shù)等于外部全部磁感線的總和,圖中內(nèi)部磁感線比外部多,外部的磁感線與內(nèi)部的磁感線方向相反,外部的磁感線將內(nèi)部的磁感線抵消,Ⅰ位置磁鐵外部磁感線條數(shù)少,將內(nèi)部磁感線抵消的少,則Ⅰ位置磁通量大,而Ⅱ位置磁鐵外部磁感線條數(shù)多,將內(nèi)部磁感線抵消的多,則Ⅱ位置磁通量小,故選C。3.如圖所示,正方形金屬線圈a和b的邊長分別為l和2lA.1∶1B.1∶2C.1∶3D.1∶4【解析】選A。由于線圈平面與磁場方向垂直,故穿過該面的磁通量為:Φ=BS,邊長為l的正方形金屬線圈范圍內(nèi)有勻強磁場,所以磁場的區(qū)域面積為:S=l2,結(jié)合圖可知,穿過兩個線圈的磁感線的條數(shù)是相等的,所以磁通量都是:Φ=Bl2。與線圈的大小無關(guān),故A正確,B、C、D錯誤。4.如圖所示,無限大的水平勻強磁場B中,有一面積為S的矩形線圈,可繞豎直軸MN轉(zhuǎn)動。關(guān)于穿過此線圈的磁通量,下列說法正確的是()A.當(dāng)線圈平面與磁感線垂直時,磁通量為零B.當(dāng)線圈平面與磁感線平行時,磁通量最大C.線圈繞軸MN轉(zhuǎn)過90°的過程中,磁通量保持不變D.線圈繞軸MN轉(zhuǎn)過90°的過程中,磁通量會發(fā)生改變【解析】選D。當(dāng)線圈平面與磁感線垂直時,穿過線圈的磁通量最大,故A錯誤;當(dāng)線圈平面與磁感線平行時,沒有磁感線穿過線圈,穿過線圈的磁通量為零,故B錯誤;線圈在轉(zhuǎn)動過程中,與磁感線垂直的有效面積在不斷改變,所以磁通量在不斷改變,故C錯誤,D正確。5.如圖所示,條形磁鐵豎直放置,閉合的金屬線框從離磁鐵較遠的正上方,自上向下豎直地移動至N極上方旁邊,此過程中穿過線框的磁通量的改變狀況()A.始終變大 B.始終變小C.先變大后變小 D.先變小后變大【解析】選A。線圈在N極和S極旁邊時,磁場較強,磁感線較密,穿過線圈的磁感線較多,磁通量較大,因此閉合的金屬線框從離磁鐵較遠的正上方,自上向下豎直地移動至N極上方旁邊,此過程中穿過線框的磁通量是始終增大,故A正確,B、C、D錯誤?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,套在條形磁鐵外的三個線圈,其面積S1>S2=S3,“1”和“2”在同一平面內(nèi),“3”線圈在磁鐵的正中間。設(shè)各線圈中的磁通量依次為Φ1、Φ2、Φ3,則它們的大小關(guān)系是()A.Φ1>Φ2>Φ3 B.Φ1>Φ2=Φ3C.Φ1<Φ2<Φ3 D.Φ1<Φ2=Φ3【解析】選C。在條形磁鐵內(nèi)外都有磁場,套在條形磁鐵外的三個線圈的磁通量為內(nèi)部向左的磁通量減去外部向右的磁通量。而內(nèi)部向左的磁通量相同,外部向右的磁通量越大,抵消越多,總磁通量越少,1、2在同一位置,1的外部面積大,則向右的磁通量大,故Φ2>Φ1,2、3面積一樣,3位置外部B小,則外部向右磁通量小;則Φ3>Φ2;可知:Φ1<Φ2<Φ3,故C正確,A、B、D錯誤。6.(2024·西安高二檢測)如圖為一種早期發(fā)電機原理示意圖,該發(fā)電機由固定的圓形線圈和一對用鐵芯連接的圓柱形磁鐵構(gòu)成,兩磁極相對于線圈平面對稱,在磁極繞轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動過程中,磁極中心在線圈平面上的投影沿圓弧XOY運動(O是線圈中心)。則 ()A.從X到O,電流由E經(jīng)G流向F,線圈的面積有收縮的趨勢B.從X到O,電流由F經(jīng)G流向E,線圈的面積有擴張的趨勢C.從O到Y(jié),電流由F經(jīng)G流向E,線圈的面積有收縮的趨勢D.從O到Y(jié),電流由E經(jīng)G流向F,線圈的面積有擴張的趨勢【解析】選D。磁極繞轉(zhuǎn)軸從X到O勻速轉(zhuǎn)動時,穿過線圈平面的磁通量向上增大,從上往下看線圈中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流,電流由F經(jīng)G流向E,線圈的每部分受到指向圓心的安培力,線圈的面積有縮小的趨勢,故A、B錯誤;磁極繞轉(zhuǎn)軸從O到Y(jié)勻速轉(zhuǎn)動時,穿過線圈平面的磁通量向上減小,從上往下看線圈中產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流,電流由E經(jīng)G流向F,線圈的每部分受到背離圓心的安培力,所以線圈的面積有擴大的趨勢,故C錯誤,D正確?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,直導(dǎo)線MN豎直放置并通以向上的電流I,矩形金屬線框abcd與MN處在同一平面,邊ab與MN平行,則 ()A.線框向左平移時,線框中有感應(yīng)電流B.線框豎直向上平移時,線框中有感應(yīng)電流C.線框以MN為軸轉(zhuǎn)動時,線框中有感應(yīng)電流D.MN中電流突然改變時,線框中無感應(yīng)電流【解析】選A。由于導(dǎo)線中有恒定的I,由距導(dǎo)線越遠的地方磁場越弱,則穿過線框的磁通量越小,故當(dāng)線框向左平移時,由于靠近導(dǎo)線,穿過線框的磁通量增加,線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流,故A正確;當(dāng)線框豎直向上平移時,由于線框與導(dǎo)線的距離沒有發(fā)生改變,故穿過線框的磁通量沒有發(fā)生改變,線框中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,故B錯誤;線框以MN為軸轉(zhuǎn)動時,由于線框距導(dǎo)線的距離沒有發(fā)生改變,則線框中磁通量也沒有隨之改變,故沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生,故C錯誤;當(dāng)MN中電流改變時,由電流產(chǎn)生的磁場隨之發(fā)生改變,所以穿過線框的磁通量發(fā)生改變,線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流,故D錯誤。二、非選擇題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要標(biāo)明單位)7.(12分)法拉第把兩個線圈繞在一個鐵環(huán)上,如圖甲所示,線圈A的電路在開關(guān)S接觸或斷開的瞬間,線圈B中產(chǎn)生瞬時電流。法拉第發(fā)覺,鐵環(huán)并不是必需的,拿走鐵環(huán),再做這個試驗,電磁感應(yīng)現(xiàn)象仍舊發(fā)生。只是線圈B中的電流弱些,如圖乙所示。思索:(1)為什么在開關(guān)斷開和閉合的瞬間線圈B中有感應(yīng)電流產(chǎn)生?(2)開關(guān)斷開或者閉合以后線圈B中還有電流產(chǎn)生嗎?(3)你能否由此總結(jié)出產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件?【解題指南】(1)鐵環(huán)的作用是使磁通量及其改變大。(2)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是電路閉合和穿過電路的磁通量改變。【解析】(1)開關(guān)斷開和閉合時,A電路中電流發(fā)生改變,從而使A線圈產(chǎn)生的磁場發(fā)生改變,穿過B線圈的磁通量發(fā)生改變,從而使B中產(chǎn)生感應(yīng)電流。(2)當(dāng)開關(guān)斷開或閉合后,A電路穩(wěn)定,四周的磁場不發(fā)生改變,穿過B線圈的磁通量不改變,B線圈中無感應(yīng)電流產(chǎn)生。(3)產(chǎn)生感應(yīng)電流需兩個條件:①閉合電路;②磁通量發(fā)生改變。答案:見解析8.(12分)邊長為10cm、匝數(shù)為10的正方形線圈,垂直于磁感應(yīng)強度B的方向置于0.2T的勻強磁場中。試求:(1)圖示位置時,穿過線圈的磁通量為多少?(2)若將線圈以一邊為軸轉(zhuǎn)過60°,則穿過線圈的磁通量為多少?(3)若將線圈以一邊為軸轉(zhuǎn)過180°,則穿過線圈的磁通量改變了多少?【解析】(1)正方形線圈的面積S=L2=10-2m圖示位置時,磁場與線圈垂直,穿過線圈的磁通量Φ1=BS=2×10-3Wb。(2)將線圈以一邊為軸轉(zhuǎn)過60°,磁場與線圈夾角為30°,穿過線圈的磁通量Φ2=BScos60°=1×10-3Wb。(3)將線圈以一邊為軸轉(zhuǎn)過180°,則穿過線圈的磁通量改變ΔΦ=2BS=4×10-3Wb。答案:(1)2×10-3Wb(2)1×10-3Wb(3)4×10-3Wb(15分鐘·40分)9.(6分)如圖,在同一豎直平面內(nèi),彼此絕緣的長直通電導(dǎo)線與橢圓形線圈的長軸重合,直導(dǎo)線中電流恒定。下列運動中,線圈內(nèi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生的是 ()A.直導(dǎo)線水平向外平移B.直導(dǎo)線以橢圓的中心為軸順時針旋轉(zhuǎn)C.橢圓形線圈向下平移D.橢圓形線圈向左平移【解析】選C。由題可知,通電直導(dǎo)線將橢圓線圈平分,所以線圈中的磁通量為0,當(dāng)直導(dǎo)線水平向外平移時,線圈中的磁通量還是0,磁通量沒有發(fā)生改變,所以不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,故A錯誤;同理,直導(dǎo)線以橢圓的中心為軸順時針旋轉(zhuǎn)過程中,始終平分橢圓線圈,所以線圈的磁通量為0,磁通量沒有發(fā)生改變,所以不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,故B錯誤;當(dāng)橢圓形線圈向下平移時,線圈上半部分面積減小,下半部分面積增大,導(dǎo)致線圈磁通量發(fā)生改變,所以會產(chǎn)生感應(yīng)電流,故C正確;當(dāng)橢圓形線圈向左平移時,線圈的磁通量還是0,即磁通量沒有發(fā)生改變,所以不會產(chǎn)生感應(yīng)電流,故D錯誤。10.(6分)(多選)足夠大的桌面有垂直桌面對下的勻強磁場B,一L×2L的線圈一半在桌面上,AB(長L)邊和桌邊平行,以AB邊為軸旋轉(zhuǎn)線圈,關(guān)于線圈的說法正確的有 ()A.線圈沒有旋轉(zhuǎn)時的磁通量等于BL2B.線圈旋轉(zhuǎn)60°時的磁通量等于BL2C.線圈從起先到旋轉(zhuǎn)120°的過程中磁通量沒有改變D.線圈從起先到旋轉(zhuǎn)180°的過程中磁通量的改變量等于3BL2【解析】選A、B、D。依據(jù)Φ=BS可知,線圈沒有旋轉(zhuǎn)時的磁通量等于BL2,選項A正確;線圈旋轉(zhuǎn)60°時的磁通量:B?L?2Lcos60°=BL2,選項B正確;線圈從起先到旋轉(zhuǎn)120°的過程中磁通量改變了:B?L?2Lcos60°-(-BL2)=2BL2,選項C錯誤;線圈從起先到旋轉(zhuǎn)180°的過程中磁通量的改變量等于B?L?2L-(-BL2)=3BL2,選項D正確;故選A、B、D?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,矩形線圈abcd放置在水平面內(nèi),磁場方向與水平方向成α角,sinα=,cosα=,回路面積為S,勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B,則通過線框的磁通量為 ()A.BSB.BSC.BSD.BS【解析】選C。矩形線圈abcd水平放置,勻強磁場方向與水平方向成α角向上,因此可將磁感應(yīng)強度沿水平方向與豎直方向分解,所以B⊥=Bsinα=B,則穿過矩形線圈的磁通量是Φ=B⊥S=BS,因此A、B、D錯誤;C正確。11.(6分)如圖所示,彈簧上端固定,下端懸掛一個磁鐵,磁鐵正下方有一固定的閉合線圈?，F(xiàn)將磁鐵托起到某一高度后放開,使磁鐵上下振動時穿過它,磁鐵會很快停下來。關(guān)于此現(xiàn)象,下列說法正確的是 ()A.磁鐵上下振動過程中,線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流B.磁鐵上下振動過程中,線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流C.磁鐵上下振動過程中,磁鐵與彈簧組成的系統(tǒng)機械能不變D.磁鐵上下振動過程中,磁鐵與彈簧組成的系統(tǒng)機械能增加【解析】選A。磁鐵上下振動過程中,穿過線圈的磁通量發(fā)生改變,則線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流,選項A正確,選項B錯誤;磁鐵上下振動過程中,由于有電能產(chǎn)生,可知磁鐵與彈簧組成的系統(tǒng)機械能減小,選項C、D錯誤。12.(22分)矩形線框abcd的邊長分別為l1、l2,可繞它的一條對稱軸OO′轉(zhuǎn)動,勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B,方向與OO′垂直,初位置時線框平面與B平行,如圖所示(1)初位置時穿過線框的磁通量Φ0為多少?(2)當(dāng)線框沿如圖所示方向繞過60°時,磁通量Φ2為多少?這一過程中磁通量的改變ΔΦ1為多少?(3)當(dāng)線框繞軸沿圖示方向由(2)問中的位置再轉(zhuǎn)過60°位置時,磁通量Φ3為多少?這一過程中ΔΦ2=Φ3-Φ2為多少?【解析】本題的關(guān)鍵是分析矩形線框的平面是否與B垂直,只有垂直時才能應(yīng)用Φ=B·S,不垂直時S為面積沿與B垂直方向投影,為能清楚地視察面積與B夾角的狀況,可作