2017-2018學(xué)年高中創(chuàng)新設(shè)計物理粵教版選修3-2練習(xí)：第一章 第一、二節(jié) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第一章電磁感應(yīng)第一節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象第二節(jié)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件1．法拉第把可以產(chǎn)生電磁感應(yīng)的情況概括為五類，它們都與變化和運動相聯(lián)系，即：變化著的電流、變化著的磁場、運動的恒定電流、運動的磁鐵、在磁場中運動的導(dǎo)體．2．感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件：只要使穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生．3．在物理學(xué)的發(fā)展過程中，許多物理學(xué)家的科學(xué)發(fā)現(xiàn)推動了人類歷史的進(jìn)步，在對以下幾位物理學(xué)家所做科學(xué)貢獻(xiàn)的敘述中，不正確的說法是（）A．庫侖發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)B．卡文迪許測出引力常數(shù)C．法拉第發(fā)現(xiàn)了磁場產(chǎn)生電流的條件和規(guī)律D．牛頓提出了萬有引力定律奠定了天體力學(xué)的基礎(chǔ)答案A解析奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)，A錯誤，B、C、D項正確．4．關(guān)于磁通量，下列說法中正確的是(）A．磁通量不僅有大小，而且有方向，所以是矢量B．磁通量越大，磁感應(yīng)強度越大C．通過某一面的磁通量為零，該處磁感應(yīng)強度不一定為零D．磁通量就是磁感應(yīng)強度答案C解析磁通量是標(biāo)量，故A不對;由Φ＝BS⊥可知Φ由B和S⊥兩個因素決定，Φ較大，有可能是由于S⊥較大造成的，所以磁通量越大，磁感應(yīng)強度越大是錯誤的,故B不對；由Φ＝BS⊥可知，當(dāng)線圈平面與磁場方向平行時，S⊥＝0，Φ＝0，但磁感應(yīng)強度B不為零，故C對；磁通量和磁感應(yīng)強度是兩個不同的物理量，故D不對．5．（雙選)如圖所示，用導(dǎo)線做成圓形或正方形回路，這些回路與一直導(dǎo)線構(gòu)成幾種位置組合(彼此絕緣），下列組合中，切斷直導(dǎo)線中的電流時，閉合回路中會有感應(yīng)電流產(chǎn)生的是()答案CD解析利用安培定則判斷直線電流產(chǎn)生的磁場,其磁感線是一些以直導(dǎo)線為軸的無數(shù)組同心圓，即磁感線所在平面均垂直于導(dǎo)線,且直線電流產(chǎn)生的磁場分布情況是：靠近直導(dǎo)線處磁場強，遠(yuǎn)離直導(dǎo)線處磁場弱．所以，A中穿過圓形線圈的磁場如圖甲所示,其有效磁通量為ΦA(chǔ)＝Φ出－Φ進(jìn)＝0,且始終為0，即使切斷導(dǎo)線中的電流，ΦA(chǔ)也始終為0，A中不可能產(chǎn)生感應(yīng)電流．B中線圈平面與導(dǎo)線的磁場平行，穿過B的磁通量也始終為0,B中也不能產(chǎn)生感應(yīng)電流．C中穿過線圈的磁通量如圖乙所示,Φ進(jìn)〉Φ出，即ΦC≠0，當(dāng)切斷導(dǎo)線中電流后，經(jīng)過一定時間，穿過線圈的磁通量ΦC減小為0,所以C中有感應(yīng)電流產(chǎn)生；D中線圈的磁通量ΦD不為0,當(dāng)電流切斷后，ΦD最終也減小為0，所以D中也有感應(yīng)電流產(chǎn)生．【概念規(guī)律練】知識點一磁通量的理解及其計算1．如圖1所示,有一個100匝的線圈，其橫截面是邊長為L＝0.20m的正方形，放在磁感應(yīng)強度為B＝0.50T的勻強磁場中，線圈平面與磁場垂直．若將這個線圈橫截面的形狀由正方形改變成圓形(橫截面的周長不變),在這一過程中穿過線圈的磁通量改變了多少？圖1答案5.5×10－3Wb解析線圈橫截面為正方形時的面積S1＝L2＝(0。20）2m2＝4。0×10－穿過線圈的磁通量Φ1＝BS1＝0.50×4。0×10－2Wb＝2.0×10－2Wb橫截面形狀為圓形時,其半徑r＝4L/2π＝2截面積大小S2＝π(2L/π）2＝eq\f（4，25π）m2穿過線圈的磁通量Φ2＝BS2＝0.50×4/（25π）Wb≈2。55×10－2Wb.所以，磁通量的變化ΔΦ＝Φ2－Φ1＝（2.55－2.0)×10－2Wb＝5.5×10－3Wb點評磁通量Φ＝BS的計算有幾點要注意：(1)S是指閉合回路中包含磁場的那部分有效面積；B是勻強磁場中的磁感應(yīng)強度．（2)磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān)，也就是磁通量大小不受線圈匝數(shù)的影響．同理，磁通量的變化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受線圈匝數(shù)的影響．所以，直接用公式求Φ、ΔΦ時,不必去考慮線圈匝數(shù)n。2．如圖2所示，線圈平面與水平方向成θ角,磁感線豎直向下，設(shè)磁感應(yīng)強度為B，線圈面積為S，則穿過線圈的磁通量Φ＝________。圖2答案BScosθ解析線圈平面abcd與磁場不垂直,不能直接用公式Φ＝BS計算，可以用不同的分解方法進(jìn)行．可以將平面abcd向垂直于磁感應(yīng)強度的方向投影，使用投影面積；也可以將磁感應(yīng)強度沿垂直于平面和平行于平面正交分解，使用磁感應(yīng)強度的垂直分量．解法一：把面積S投影到與磁場B垂直的方向，即水平方向a′b′cd，則S⊥＝Scosθ,故Φ＝BS⊥＝BScosθ。解法二：把磁場B分解為平行于線圈平面的分量B∥和垂直于線圈平面的分量B⊥,顯然B∥不穿過線圈，且B⊥＝Bcosθ，故Φ＝B⊥S＝BScosθ.點評在應(yīng)用公式Φ＝BS計算磁通量時,要特別注意B⊥S的條件,應(yīng)根據(jù)實際情況選擇不同的方法，千萬不要亂套公式．知識點二感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件3．（雙選）圖3所示的情況中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是（)A．如圖甲所示,導(dǎo)體AB順著磁感線運動B．如圖乙所示，條形磁鐵插入或拔出線圈時C．如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關(guān)S一直接通時D．如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關(guān)S一直接通,當(dāng)改變滑動變阻器的阻值時圖3答案BD解析A中導(dǎo)體棒順著磁感線運動，穿過閉合電路的磁通量沒有發(fā)生變化無感應(yīng)電流，故A錯；B中條形磁鐵插入線圈時線圈中的磁通量增加，拔出時線圈中的磁通量減少，都有感應(yīng)電流,故B正確；C中開關(guān)S一直接通，回路中為恒定電流，螺線管A產(chǎn)生的磁場穩(wěn)定，螺線管B中的磁通量無變化，線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故C錯；D中開關(guān)S接通滑動變阻器的阻值變化使閉合回路中的電流變化，螺線管A的磁場變化，螺線管B中磁通量變化，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,故D正確．點評電路閉合，磁通量變化，是產(chǎn)生感應(yīng)電流的兩個必要條件，缺一不可．電路中有沒有磁通量不是產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，如果穿過電路的磁通量盡管很大但不變化，那么無論有多大,都不會產(chǎn)生感應(yīng)電流．4．如圖4所示，線圈Ⅰ與電源、開關(guān)、滑動變阻器相連，線圈Ⅱ與電流計G相連，線圈Ⅰ與線圈Ⅱ繞在同一個鐵芯上，在下列情況下，電流計G中無示數(shù)的是(）圖4A．開關(guān)閉合瞬間B．開關(guān)閉合一段時間后C．開關(guān)閉合一段時間后，來回移動變阻器滑動端D．開關(guān)斷開瞬間答案B解析A中開關(guān)閉合前,線圈Ⅰ、Ⅱ中均無磁場，開關(guān)閉合瞬間，線圈Ⅰ中電流從無到有形成磁場，穿過線圈Ⅱ的磁通量從無到有，線圈Ⅱ中產(chǎn)生感應(yīng)電流,電流計G有示數(shù)．B中開關(guān)閉合一段時間后，線圈Ⅰ中電流穩(wěn)定不變,電流的磁場不變，此時線圈Ⅱ雖有磁通量但磁通量穩(wěn)定不變,線圈Ⅱ中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，電流計G中無示數(shù)．C中開關(guān)閉合一段時間后，來回移動滑動變阻器滑動端,電阻變化，線圈Ⅰ中的電流變化,電流形成的磁場也發(fā)生變化，穿過線圈Ⅱ的磁通量也發(fā)生變化，線圈Ⅱ中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電流計G中有示數(shù)．D中開關(guān)斷開瞬間，線圈Ⅰ中電流從有到無，電流的磁場也從有到無，穿過線圈Ⅱ的磁通量也從有到無發(fā)生變化,線圈Ⅱ中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電流計G中有示數(shù)．故選B.點評變化的電流引起閉合線圈中磁通量的變化，是產(chǎn)生感應(yīng)電流的一種情況．【方法技巧練】一、磁通量變化量的求解方法5．面積為S的矩形線框abcd,處在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，磁場方向與線框平面成θ角(如圖5所示）,當(dāng)線框以ab為軸順時針轉(zhuǎn)90°時，穿過abcd面的磁通量變化量ΔΦ＝________。圖5答案－BS（cosθ＋sinθ)解析磁通量由磁感應(yīng)強度矢量在垂直于線框面上的分量決定．開始時B與線框面成θ角，磁通量為Φ＝BSsinθ；線框面按題意方向轉(zhuǎn)動時，磁通量減少，當(dāng)轉(zhuǎn)動90°時，磁通量變?yōu)椤柏?fù)”值,Φ2＝－BScosθ.可見，磁通量的變化量為ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BScosθ－BSsinθ＝－BS(cosθ＋sinθ）實際上,在線框轉(zhuǎn)過90°的過程中，穿過線框的磁通量是由正向BSsinθ減小到零,再由零增大到負(fù)向BScosθ.方法總結(jié)磁通量雖是標(biāo)量,但有正、負(fù)，正、負(fù)號僅表示磁感線從不同的方向穿過平面，不表示大?。?．如圖6所示，通電直導(dǎo)線下邊有一個矩形線框,線框平面與直導(dǎo)線共面．若使線框逐漸遠(yuǎn)離(平動)通電導(dǎo)線，則穿過線框的磁通量將()圖6A．逐漸增大B．逐漸減小C．保持不變D．不能確定答案B解析當(dāng)矩形線框在線框與直導(dǎo)線決定的平面內(nèi)逐漸遠(yuǎn)離通電導(dǎo)線平動時，由于離開導(dǎo)線越遠(yuǎn)，磁場越弱,而線框的面積不變，則穿過線框的磁通量將減小，所以B正確．方法總結(jié)引起磁通量變化一般有四種情況：（1）磁感應(yīng)強度B不變，有效面積S變化，則ΔΦ＝Φt－Φ0＝BΔS(如知識點一中的1題)（2)磁感應(yīng)強度B變化，磁感線穿過的有效面積S不變，則ΔΦ＝Φt－Φ0＝ΔBS(如此題)（3）線圈平面與磁場方向的夾角θ發(fā)生變化時，即線圈在垂直于磁場方向的投影面積S⊥＝Ssinθ發(fā)生變化,從而引起穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，即B、S不變，θ變化．（如此欄目中的5題）（4）磁感應(yīng)強度B和回路面積S同時發(fā)生變化的情況，則ΔΦ＝Φt－Φ0≠ΔB·ΔS二、感應(yīng)電流有無的判斷方法圖77．如圖7所示的勻強磁場中有一個矩形閉合導(dǎo)線框，在下列四種情況下，線框中會產(chǎn)生感應(yīng)電流的是（)A．線框平面始終與磁感線平行，線框在磁場中左右運動B．線框平面始終與磁感線平行，線框在磁場中上下運動C．線框繞位于線框平面內(nèi)且與磁感線垂直的軸線AB轉(zhuǎn)動D．線框繞位于線框平面內(nèi)且與磁感線平行的軸線CD轉(zhuǎn)動答案C解析四種情況中初始位置線框均與磁感線平行，磁通量為零，按A、B、D三種情況線圈移動后,線框仍與磁感線平行，磁通量保持為零不變,線框中不產(chǎn)生感應(yīng)電流．C中線圈轉(zhuǎn)動后,穿過線框的磁通量不斷發(fā)生變化，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流,C項正確．方法總結(jié)（1)判斷有無感應(yīng)電流產(chǎn)生的關(guān)鍵是抓住兩個條件:①電路是否為閉合電路；②穿過電路本身的磁通量是否發(fā)生變化，其主要內(nèi)涵體現(xiàn)在“變化”二字上．電路中有沒有磁通量不是產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，如果穿過電路的磁通量很大但不變化，那么不論有多大,也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流．（2)分析磁通量是否變化時，既要弄清楚磁場的磁感線分布,又要注意引起磁通量變化的三種情況:①由于線框所在處的磁場變化引起磁通量變化;②由于線框所在垂直于磁場方向的投影面積變化引起磁通量變化；③有可能是磁場及其垂直于磁場的面積都發(fā)生變化．8．(雙選)下列情況中都是線框在磁場中切割磁感線運動，其中線框中有感應(yīng)電流的是(）答案BC解析A中雖然導(dǎo)體“切割”了磁感線，但穿過閉合線框的磁通量并沒有發(fā)生變化，沒有感應(yīng)電流．B中導(dǎo)體框的一部分導(dǎo)體“切割”了磁感線，穿過線框的磁感線條數(shù)越來越少，線框中有感應(yīng)電流．C中雖然與A近似，但由于是非勻強磁場運動過程中,穿過線框的磁感線條數(shù)增加,線框中有感應(yīng)電流．D中線框盡管是部分切割，但磁感線條數(shù)不變，無感應(yīng)電流，故選B、C.方法總結(jié)在利用“切割”來討論和判斷有無感應(yīng)電流時，應(yīng)該注意：(1）導(dǎo)體是否將磁感線“割斷”，如果沒有“割斷"就不能說切割．如下圖所示，甲、乙兩圖中，導(dǎo)線是真“切割”，而圖丙中，導(dǎo)體沒有切割磁感線．(2）即使導(dǎo)體真“切割”了磁感線,也不能保證就能產(chǎn)生感應(yīng)電流．例如上題中A、D選項情況，如果由切割不容易判斷，還是要回歸到磁通量是否變化上去．1．下列現(xiàn)象中，屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是（）A．小磁針在通電導(dǎo)線附近發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動C．因閉合線圈在磁場中運動而產(chǎn)生的電流D．磁鐵吸引小磁針答案C解析電磁感應(yīng)是指“磁生電”的現(xiàn)象，而小磁針和通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動，反映了磁場力的性質(zhì)，所以A、B、D不是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，C是電磁感應(yīng)現(xiàn)象．2．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，下列說法正確的是（)A．導(dǎo)體相對磁場運動，導(dǎo)體內(nèi)一定產(chǎn)生感應(yīng)電流B．導(dǎo)體做切割磁感線運動，導(dǎo)體內(nèi)一定會產(chǎn)生感應(yīng)電流C．閉合電路在磁場內(nèi)做切割磁感線運動,導(dǎo)體內(nèi)一定會產(chǎn)生感應(yīng)電流D．穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，在電路中一定會產(chǎn)生感應(yīng)電流答案D解析本題的關(guān)鍵是理解產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件．首先是“閉合電路”，A、B兩項中電路是否閉合不確定，故A、B兩項錯誤；其次當(dāng)電路閉合時,只有一部分導(dǎo)體切割磁感線才產(chǎn)生感應(yīng)電流，C項錯誤；當(dāng)閉合電路中磁通量發(fā)生變化時，電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流,D項正確．故正確答案為D。3．一個閉合線圈中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，由此可以得出（)A．此時此地一定沒有磁場B．此時此地一定沒有磁場的變化C．穿過線圈平面的磁感線條數(shù)一定沒有變化D．穿過線圈平面的磁通量一定沒有變化答案D解析磁感線條數(shù)不變不等于磁通量不變．4．如圖8所示,通電螺線管水平固定,OO′為其軸線，a、b、c三點在該軸線上，在這三點處各放一個完全相同的小圓環(huán),且各圓環(huán)平面垂直于OO′軸．則關(guān)于這三點的磁感應(yīng)強度Ba、Bb、Bc的大小關(guān)系及穿過三個小圓環(huán)的磁通量Φa、Φb、Φc的大小關(guān)系，下列判斷正確的是(）圖8A．Ba＝Bb＝Bc,Φa＝Φb＝ΦcB．Ba〉Bb〉Bc,Φa〈Φb<ΦcC．Ba〉Bb>Bc，Φa>Φb>ΦcD．Ba>Bb〉Bc，Φa＝Φb＝Φc答案C解析根據(jù)通電螺線管產(chǎn)生的磁場特點可知Ba〉Bb〉Bc,由Φ＝BS可得Φa〉Φb〉Φc.故C正確．5．如圖9所示，矩形線框abcd放置在水平面內(nèi),磁場方向與水平方向成α角，已知sinα＝4/5,回路面積為S,磁感應(yīng)強度為B,則通過線框的磁通量為（)圖9A．BSB．4BS/5C．3BS/5D．3BS/4答案B解析通過線框的磁通量Φ＝BSsinα＝eq\f（4,5)BS。6．如圖10所示，ab是水平面上一個圓的直徑，在過ab的豎直平面內(nèi)有一根通電導(dǎo)線ef，已知ef平行于ab，當(dāng)ef豎直向上平移時，電流產(chǎn)生的磁場穿過圓面積的磁通量將()圖10A．逐漸增大B．逐漸減小C．始終為零D．不為零,但保持不變答案C解析導(dǎo)線ef周圍的磁場是以ef為圓心的一系列同心圓，水平面上的圓上的不同點到ef的距離不同，相當(dāng)于在半徑不同的圓周上，由于ef∥ab，且ef與ab在同一豎直平面內(nèi)，因而ef產(chǎn)生的磁場方向正好在ab兩側(cè)且對稱地從一邊穿入從另一邊對稱穿出，凈剩磁感線條數(shù)為零，因而穿過圓的磁通量為零，當(dāng)ef向上平移時，穿過圓的磁通量仍為零．7．(雙選）如圖11所示，矩形閉合導(dǎo)線與勻強磁場垂直，一定產(chǎn)生感應(yīng)電流的是（)A．垂直于紙面平動B．以一條邊為軸轉(zhuǎn)動C．線圈形狀逐漸變?yōu)閳A形D．沿與磁場垂直的方向平動圖11答案BC8．(雙選)在如圖所示的各圖中,閉合線框中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是（)答案AB解析感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是：只要穿過閉合線圈的磁通量變化，閉合線圈中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生．A圖中，當(dāng)線圈轉(zhuǎn)動過程中，線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生;B圖中離直導(dǎo)線越遠(yuǎn)磁場越弱，磁感線越稀，所以當(dāng)線圈遠(yuǎn)離導(dǎo)線時，線圈中磁通量不斷變小，所以B圖中也有感應(yīng)電流產(chǎn)生；C圖中一定要把條形磁鐵周圍的磁感線空間分布圖弄清楚，在圖示位置，線圈中的磁通量為零，在向下移動過程中，線圈的磁通量一直為零，磁通量不變，線圈中無感應(yīng)電流產(chǎn)生；D圖中，線圈中的磁通量一直不變，線圈中無感應(yīng)電流產(chǎn)生．故正確答案為A、B.9．如圖12所示,開始時矩形線框與勻強磁場的方向垂直，且一半在磁場內(nèi)，一半在磁場外，若要使線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流，下列辦法中不可行的是(）圖12A．將線框向左拉出磁場B．以ab邊為軸轉(zhuǎn)動（小于90°)C．以ad邊為軸轉(zhuǎn)動（小于60°）D．以bc邊為軸轉(zhuǎn)動(小于60°）答案D解析將線框向左拉出磁場的過程中，線框的bc部分做切割磁感線運動，或者說穿過線框的磁通量減少，所以線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流．當(dāng)線框以ab邊為軸轉(zhuǎn)動時,線框的cd邊的右半段在做切割磁感線運動,或者說穿過線框的磁通量在發(fā)生變化,所以線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流．當(dāng)線框以ad邊為軸轉(zhuǎn)動(小于60°)時，穿過線框的磁通量在減小，所以在這個過程中線框中會產(chǎn)生感應(yīng)電流．如果轉(zhuǎn)過的角度超過60°（60°～300°），bc邊將進(jìn)入無磁場區(qū),那么線框中將不產(chǎn)生感應(yīng)電流．當(dāng)線框以bc邊為軸轉(zhuǎn)動時，如果轉(zhuǎn)動的角度小于60°,則穿過線框的磁通量始終保持不變（其值為磁感應(yīng)強度與矩形線框面積的一半的乘積）．10．（雙選)A、B兩回路中各有一開關(guān)S1、S2,且回路A中接有電源，回路B中接有靈敏電流計(如圖13所示)，下列操作及相應(yīng)的結(jié)果可能實現(xiàn)的是(）圖13A．先閉合S2，后閉合S1的瞬間，電流計指針偏轉(zhuǎn)B．S1、S2閉合后，在斷開S2的瞬間，電流計指針偏轉(zhuǎn)C．先閉合S1,后閉合S2的瞬間，電流計指針偏轉(zhuǎn)D．S1、S2閉合后，在斷開S1的瞬間，電流計指針偏轉(zhuǎn)答案AD11．線圈A中接有如圖14所示的電源，線圈B有一半的面積處在線圈A中,兩線圈平行但不接觸，則在開關(guān)S閉合的瞬間，線圈B中有無感應(yīng)電流？圖14答案見解析解析有,將S閉合的瞬間，與線圈A組成的閉合電路有電流通過，線圈A產(chǎn)生的磁場要穿過線圈B。線圈A中有環(huán)形電流，其磁場不僅穿過線圈自身所包圍的面積，方向向外,也穿過線圈外的