教科版高中物理選修3-2練習第一章電磁感應第1.2節(jié)

第一章電磁感應第1節(jié)電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)第2節(jié)感應電流產生的條件1．法拉第把引起電流的原因概括為五類，它們都與變化和運動相聯(lián)系，即：變化中的電流、變化中的磁場、運動中的恒定電流、運動中的磁鐵、運動中的導體．2．感應電流的產生條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時，這個閉合電路中就有感應電流產生．3．在物理學的發(fā)展過程中，許多物理學家的科學發(fā)現(xiàn)推動了人類歷史的進步，在對以下幾位物理學家所做科學貢獻的敘述中，不正確的說法是()A．庫侖發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應B．愛因斯坦創(chuàng)立了相對論C．法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象D．牛頓提出了萬有引力定律奠定了天體力學的基礎答案A解析奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應，A錯誤，B、C、D項正確．4．關于磁通量，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，磁感應強度越大C．通過某一面的磁通量為零，該處磁感應強度不一定為零D．磁通量就是磁感應強度答案C解析磁通量是標量，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，磁感應強度越大是錯誤的，故B不對；由Φ＝BS⊥可知，當線圈平面與磁場方向平行時，S⊥＝0，Φ＝0，但磁感應強度B不為零，故C對；磁通量和磁感應強度是兩個不同的物理量，故D不對．5．如圖所示，用導線做成圓形或正方形回路，這些回路與一直導線構成幾種位置組合(彼此絕緣)，下列組合中，切斷直導線中的電流時，閉合回路中會有感應電流產生的是()答案CD解析利用安培定則判斷直線電流產生的磁場，其磁感線是一些以直導線為軸的無數組同心圓，即磁感線所在平面均垂直于導線，且直線電流產生的磁場分布情況是：靠近直導線處磁場強，遠離直導線處磁場弱．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＝Φ出－Φ進＝0，且始終為0，即使切斷導線中的電流，ΦA也始終為0，A中不可能產生感應電流．B中線圈平面與導線的磁場平行，穿過B的磁通量也始終為0，B中也不能產生感應電流．C中穿過線圈的磁通量如圖乙所示，Φ進>Φ出，即ΦC≠0，當切斷導線中電流后，經過一定時間，穿過線圈的磁通量ΦC減小為0，所以C中有感應電流產生；D中線圈的磁通量ΦD不為0，當電流切斷后，ΦD最終也減小為0，所以D中也有感應電流產生．【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)，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＝2L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強度．(2)磁通量與線圈的匝數無關，也就是磁通量大小不受線圈匝數的影響．同理，磁通量的變化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受線圈匝數的影響．所以，直接用公式求Φ、ΔΦ時，不必去考慮線圈匝數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，設磁感應強度為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行．可以將平面abcd向垂直于磁感應強度的方向投影，使用投影面積；也可以將磁感應強度沿垂直于平面和平行于平面正交分解，使用磁感應強度的垂直分量．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.點評在應用公式Φ＝BS計算磁通量時，要特別注意B⊥S的條件，應根據實際情況選擇不同的方法，千萬不要亂套公式．知識點二感應電流產生的條件3．下列情況能產生感應電流的是()圖3A．如圖甲所示，導體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S一直接通，當改變滑動變阻器的阻值時答案BD解析A中導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，都有感應電流，故B正確；C中開關S一直接通，回路中為恒定電流，螺線管A產生的磁場穩(wěn)定，螺線管B中的磁通量無變化，線圈中不產生感應電流，故C錯；D中開關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，線圈中產生感應電流，故D正確．點評電路閉合，磁通量變化，是產生感應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生感應電流的條件，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，都不會產生感應電流．4．如圖4所示，線圈Ⅰ與電源、開關、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中有示數的是()圖4A．開關閉合瞬間B．開關閉合一段時間后C．開關閉合一段時間后，來回移動變阻器滑動端D．開關斷開瞬間答案ACD解析A中開關閉合前，線圈Ⅰ、Ⅱ中均無磁場，開關閉合瞬間，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中產生感應電流，電流計G有示數．故A正確．B中開關閉合一段時間后，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中無感應電流產生，電流計G中無示數．故B錯誤．C中開關閉合一段時間后，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中有感應電流產生，電流計G中有示數．故C正確．D中開關斷開瞬間，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中有感應電流產生，電流計G中有示數．故D正確．點評變化的電流引起閉合線圈中磁通量的變化，是產生感應電流的一種情況．【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)，當線框以ab為軸順時針轉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動時，磁通量減少，當轉動90°時，磁通量變?yōu)椤柏摗敝?，?＝－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，再由零增大到負向BScosθ.方法總結磁通量雖是標量，但有正、負，正、負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，通電直導線下邊有一個矩形線框，線框平面與直導線共面．若使線框逐漸遠離(平動)通電導線，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解析當矩形線框在線框與直導線決定的平面內逐漸遠離通電導線平動時，由于離開導線越遠，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．方法總結引起磁通量變化一般有四種情況(1)磁感應強度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、感應電流有無的判斷方法7．如圖7所示的勻強磁場中有一個矩形閉合導線框，在下列四種情況下，線框中會產生感應電流的是()圖7A．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且與磁感線垂直的軸線AB轉動D．線框繞位于線框平面內且與磁感線平行的軸線CD轉動答案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，線框中不產生感應電流．C中線圈轉動后，穿過線框的磁通量不斷發(fā)生變化，所以產生感應電流，C項正確．方法總結(1)判斷有無感應電流產生的關鍵是抓住兩個條件：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，其主要內涵體現(xiàn)在“變化”二字上．電路中有沒有磁通量不是產生感應電流的條件，如果穿過電路的磁通量很大但不變化，那么不論有多大，也不會產生感應電流．(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．下列情況中都是線框在磁場中切割磁感線運動，其中線框中有感應電流的是()答案BC解析A中雖然導體“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，沒有感應電流．B中導體框的一部分導體“切割”了磁感線，穿過線框的磁感線條數越來越少，線框中有感應電流．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增加，線框中有感應電流．D中線框盡管是部分切割，但磁感線條數不變，無感應電流，故選B、C.方法總結在利用“切割”來討論和判斷有無感應電流時，應該注意：①導體是否將磁感線“割斷”，如果沒有“割斷”就不能說切割．如下圖所示，甲、乙兩圖中，導線是真“切割”，而圖丙中，導體沒有切割磁感線．②即使導體真“切割”了磁感線，也不能保證就能產生感應電流．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，屬于電磁感應現(xiàn)象的是()A．小磁針在通電導線附近發(fā)生偏轉B．通電線圈在磁場中轉動C．因閉合線圈在磁場中運動而產生的電流D．磁鐵吸引小磁針答案C解析電磁感應是指“磁生電”的現(xiàn)象，而小磁針和通電線圈在磁場中轉動，反映了磁場力的性質，所以A、B、D不是電磁感應現(xiàn)象，C是電磁感應現(xiàn)象．2．在電磁感應現(xiàn)象中，下列說法正確的是()A．導體相對磁場運動，導體內一定產生感應電流B．導體做切割磁感線運動，導體內一定會產生感應電流C．閉合電路在磁場內做切割磁感線運動，導體內一定會產生感應電流D．穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，在電路中一定會產生感應電流答案D解析本題的關鍵是理解產生感應電流的條件．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；其次當電路閉合時，只有一部分導體切割磁感線才產生感應電流，C項錯誤；當閉合電路中磁通量發(fā)生變化時，電路中產生感應電流，D項正確．故正確答案為D.3．一個閉合線圈中沒有感應電流產生，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．則關于這三點的磁感應強度Ba、Bb、Bc的大小關系及穿過三個小圓環(huán)的磁通量Φa、Φb、Φc的大小關系，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解析根據通電螺線管產生的磁場特點可知Ba>Bb>Bc，由Φ＝BS可得Φa>Φb>Φc.故C正確．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．則關于這三點的磁感應強度Ba、Bb、Bc的大小關系及穿過三個小圓環(huán)的磁通量Φa、Φb、Φc的大小關系，下列判斷正確的是()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的豎直平面內有一根通電導線ef，已知ef平行于ab，當ef豎直向上平移時，電流產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，因而ef產生的磁場方向正好在ab兩側且對稱地從一邊穿入從另一邊對稱穿出，凈剩磁感線條數為零，因而穿過圓的磁通量為零，當ef向上平移時，穿過圓的磁通量仍為零．7．如圖11所示，矩形閉合導線與勻強磁場垂直，一定產生感應電流的是()圖11A．垂直于紙面平動B．以一條邊為軸轉動C．線圈形狀逐漸變?yōu)閳A形D．沿與磁場垂直的方向平動答案BC8．在如圖所示的各圖中，閉合線框中能產生感應電流的是()答案AB解析感應電流產生的條件是：只要穿過閉合線圈的磁通量變化，閉合線圈中就有感應電流產生．A圖中，當線圈轉動過程中，線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中有感應電流產生；B圖中離直導線越遠磁場越弱，磁感線越稀，所以當線圈遠離導線時，線圈中磁通量不斷變小，所以B圖中也有感應電流產生；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，線圈中無感應電流產生；D圖中，線圈中的磁通量一直不變，線圈中無感應電流產生．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，一半在磁場外，若要使線框中產生感應電流，下列辦法中不可行的是()圖12A．將線框向左拉出磁場B．以ab邊為軸轉動(小于90°)C．以ad邊為軸轉動(小于60°)D．以bc邊為軸轉動(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，所以線框中將產生感應電流．當線框以ab邊為軸轉動時，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，所以線框中將產生感應電流．當線框以ad邊為軸轉動(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生感應電流．如果轉過的角度超過60°(60°～300°)，bc邊將進入無磁場區(qū)，那么線框中將不產生感應電流．當線框以bc邊為軸轉動時，如果轉動的角度小于60°，則穿過線框的磁通量始終保持不變(其值為磁感應強度與矩形線框面積的一半的乘積)．10．A、B兩回路中各有一開關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)，下列操作及相應的結果可能實現(xiàn)的是()圖13A．先閉合S2，后閉合S1的瞬間，電流計指針偏轉B．S1、S2閉合后，在斷開S2的瞬間，電流計指針偏轉C．先閉合S1，后閉合S2的瞬間，電流計指針偏轉D．S1、S2閉合后，在斷開S1的瞬間，電流計指針偏轉答案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S閉合的瞬間，線圈B中有無感應