高二物理舉一反三系列（人教版必修第三冊(cè)）專(zhuān)題13.3 電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用（教師版）

專(zhuān)題13.3電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用【人教版】TOC\o"1-3"\t"正文,1"\h【題型1產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件】 【題型2電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用】 【題型3物理史實(shí)】 【題型4磁通量的變化問(wèn)題】 【題型1產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件】【例1】(多選)用如圖所示裝置探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，線(xiàn)圈A通過(guò)滑動(dòng)變阻器和開(kāi)關(guān)S1連接到電源上，線(xiàn)圈B通過(guò)開(kāi)關(guān)S2連接到電流計(jì)上，將線(xiàn)圈A套在線(xiàn)圈B的里面。下列說(shuō)法中正確的是()A．該裝置可用于探究線(xiàn)圈B中感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件B．S2處于閉合狀態(tài)，在S1閉合瞬間，電流表的指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．S1處于閉合狀態(tài)，在S2閉合瞬間，電流表的指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)D．兩開(kāi)關(guān)均處于閉合狀態(tài)，電路穩(wěn)定后勻速移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，電流表的指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)解析：選ABD線(xiàn)圈B沒(méi)有接電源，與電流表構(gòu)成回路，可用于探究線(xiàn)圈B中感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件，A正確；S2處于閉合狀態(tài)，則線(xiàn)圈B與電流表構(gòu)成回路，在S1閉合瞬間，線(xiàn)圈A中電流增大，線(xiàn)圈A產(chǎn)生的磁場(chǎng)增強(qiáng)，則穿過(guò)線(xiàn)圈B的磁通量變大，所以線(xiàn)圈B中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流表的指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，B正確；S1處于閉合狀態(tài)，線(xiàn)圈A中的電流不變，產(chǎn)生的磁場(chǎng)不變，穿過(guò)線(xiàn)圈B的磁通量不變，所以在S2閉合瞬間，線(xiàn)圈B中沒(méi)有感應(yīng)電流，電流表指針不偏轉(zhuǎn)，C錯(cuò)誤；兩開(kāi)關(guān)均處于閉合狀態(tài)，電路穩(wěn)定后勻速移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，則線(xiàn)圈A中電流變化，線(xiàn)圈A產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化，則穿過(guò)線(xiàn)圈B的磁通量變化，所以線(xiàn)圈B中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流表的指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，故D正確?！咀兪?-1】在法拉第時(shí)代，下列驗(yàn)證“由磁產(chǎn)生電”設(shè)想的實(shí)驗(yàn)中，能觀察到感應(yīng)電流的是()A．將繞在磁鐵上的線(xiàn)圈與電流表組成一閉合回路，然后觀察電流表的變化B．在一通電線(xiàn)圈旁放置一連有電流表的閉合線(xiàn)圈，然后觀察電流表的變化C．將一房間內(nèi)的線(xiàn)圈兩端與相鄰房間的電流表連接，往線(xiàn)圈中插入條形磁鐵后，再到相鄰房間去觀察電流表的變化D．繞在同一鐵環(huán)上的兩個(gè)線(xiàn)圈，分別接電源和電流表，在給線(xiàn)圈通電或斷電的瞬間，觀察電流表的變化解析：選D只形成閉合回路，回路中的磁通量不變化，不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，A、B錯(cuò)誤；線(xiàn)圈中插入條形磁鐵瞬間回路中磁通量有變化，電流表有變化，磁鐵不動(dòng)后電流表無(wú)變化，C錯(cuò)誤；給線(xiàn)圈通電或斷電瞬間，通過(guò)閉合回路的磁通量變化，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，能觀察到電流表的變化，D正確?！咀兪?-2】下列各圖所描述的物理情境中，沒(méi)有感應(yīng)電流的是()解析：選A開(kāi)關(guān)S閉合穩(wěn)定后，穿過(guò)線(xiàn)圈N的磁通量保持不變，線(xiàn)圈N中不產(chǎn)生感應(yīng)電流；磁鐵向鋁環(huán)A靠近，穿過(guò)鋁環(huán)A的磁通量在增大，鋁環(huán)A中產(chǎn)生感應(yīng)電流；金屬框從A向B運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)金屬框的磁通量時(shí)刻在變化，金屬框中產(chǎn)生感應(yīng)電流；銅盤(pán)在磁場(chǎng)中按題圖所示方向轉(zhuǎn)動(dòng)，銅盤(pán)的無(wú)數(shù)輻條切割磁感線(xiàn)，與外電路構(gòu)成閉合回路，產(chǎn)生感應(yīng)電流。故選A?！咀兪?-3】如圖所示，導(dǎo)線(xiàn)MON在中點(diǎn)O彎折成一定角度，OO′為其角平分線(xiàn)，在導(dǎo)線(xiàn)MON內(nèi)通以恒定電流I，由均勻?qū)Ь€(xiàn)制成的正方形小線(xiàn)框L中線(xiàn)與OO′重合，則能在L中產(chǎn)生感應(yīng)電流的辦法是()A．增大電流IB．將L沿OO′向右勻速移動(dòng)C．將L沿OO′向右加速移動(dòng)D．將L向上快速移動(dòng)解析：選D根據(jù)右手螺旋定則可知，穿過(guò)正方形線(xiàn)框的磁通量為零，增大電流，磁通量不變，A錯(cuò)誤；將線(xiàn)框沿OO′向右運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)正方形線(xiàn)框的磁通量始終為零，無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，B、C錯(cuò)誤；將L向上快速移動(dòng)，穿過(guò)正方形線(xiàn)框的磁通量發(fā)生變化，會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，D正確?！绢}型2電磁感應(yīng)現(xiàn)象的應(yīng)用】【例2】(多選)高考考生入場(chǎng)時(shí)，監(jiān)考老師要用金屬探測(cè)器對(duì)考生進(jìn)行安檢后才允許其進(jìn)入考場(chǎng)，如圖所示。探測(cè)器內(nèi)有通電線(xiàn)圈，當(dāng)探測(cè)器靠近任何金屬材料物體時(shí)，就會(huì)引起探測(cè)器內(nèi)線(xiàn)圈中電流變化，報(bào)警器就會(huì)發(fā)出警報(bào)；靠近非金屬物體時(shí)則不發(fā)出警報(bào)。關(guān)于探測(cè)器工作原理，下列說(shuō)法正確的是()A．金屬探測(cè)器利用的是電磁感應(yīng)現(xiàn)象B．金屬探測(cè)器利用的是磁場(chǎng)對(duì)金屬的吸引作用C．金屬探測(cè)器利用的是靜電感應(yīng)現(xiàn)象D．金屬探測(cè)器利用的是當(dāng)探測(cè)器靠近金屬物體時(shí)，能在金屬中形成渦流，進(jìn)而引起線(xiàn)圈中電流的變化解析：選AD線(xiàn)圈通電后會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)有金屬物體進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，通過(guò)金屬物體橫截面的磁通量發(fā)生變化，金屬物體內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流的磁場(chǎng)反過(guò)來(lái)影響線(xiàn)圈中的電流，由此判斷是否有金屬物體，靜電感應(yīng)現(xiàn)象是帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)使導(dǎo)體感應(yīng)起電，故A、D正確?！咀兪?-1】（多選）我國(guó)已經(jīng)制定了登月計(jì)劃,假如航天員登月后想探測(cè)月球表面是否有磁場(chǎng),他手邊有一只靈敏電流表和一個(gè)小線(xiàn)圈。下列推斷中正確的是()A.直接將電流表放于月球表面,看是否有示數(shù)來(lái)判斷磁場(chǎng)有無(wú)B.將電流表與線(xiàn)圈組成閉合電路,使線(xiàn)圈沿某一方向運(yùn)動(dòng),若電流表無(wú)示數(shù),則判斷月球表面無(wú)磁場(chǎng)C.將電流表與線(xiàn)圈組成閉合電路,使線(xiàn)圈沿某一方向運(yùn)動(dòng),若電流表有示數(shù),則判斷月球表面有磁場(chǎng)D.將電流表與線(xiàn)圈組成閉合電路,使線(xiàn)圈分別繞兩個(gè)互相垂直的軸轉(zhuǎn)動(dòng),月球表面若有磁場(chǎng),則電流表至少有一次示數(shù)不為零答案:CD解析:只要線(xiàn)圈中能產(chǎn)生感應(yīng)電流,電流表有示數(shù),則說(shuō)明月球上一定有磁場(chǎng)。如果沒(méi)有電流,只能說(shuō)明線(xiàn)圈中的磁通量沒(méi)有發(fā)生變化,需要變換轉(zhuǎn)動(dòng)軸或運(yùn)動(dòng)方向再試。如果線(xiàn)圈分別繞兩個(gè)互相垂直的軸轉(zhuǎn)動(dòng),當(dāng)空間有磁場(chǎng)時(shí),至少會(huì)有一次產(chǎn)生感應(yīng)電流,C、D正確?！咀兪?-2】物理課上，老師做了一個(gè)奇妙的“跳環(huán)實(shí)驗(yàn)”。如圖所示，她把一個(gè)帶鐵芯的線(xiàn)圈L、開(kāi)關(guān)S和電源用導(dǎo)線(xiàn)連接起來(lái)后，將一金屬套環(huán)置于線(xiàn)圈L上，且使鐵芯穿過(guò)套環(huán)。閉合開(kāi)關(guān)S的瞬間，套環(huán)立刻跳起。某同學(xué)另找來(lái)器材再探究此實(shí)驗(yàn)。他連接好電路，經(jīng)重復(fù)實(shí)驗(yàn)，線(xiàn)圈上的套環(huán)均未動(dòng)。對(duì)比老師演示的實(shí)驗(yàn)，下列四個(gè)選項(xiàng)中，導(dǎo)致套環(huán)未動(dòng)的原因可能是()A．線(xiàn)圈接在了直流電源上B．電源電壓過(guò)高C．所選線(xiàn)圈的匝數(shù)過(guò)多D．所用套環(huán)的材料與老師的不同解析：選D無(wú)論實(shí)驗(yàn)用的是交流電還是直流電，閉合開(kāi)關(guān)S的瞬間，穿過(guò)套環(huán)的磁通量均增加，只要套環(huán)的材料是導(dǎo)體，套環(huán)中就能產(chǎn)生感應(yīng)電流，套環(huán)就會(huì)跳起。如果套環(huán)是用塑料做的，則不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，也就不會(huì)受安培力作用而跳起。選項(xiàng)D正確?！咀兪?-3】掃描隧道顯微鏡(STM)可用來(lái)探測(cè)樣品表面原子尺度上的形貌．為了有效隔離外界振動(dòng)對(duì)STM的擾動(dòng)，在圓底盤(pán)周邊沿其徑向?qū)ΨQ(chēng)地安裝若干對(duì)紫銅薄板，并施加磁場(chǎng)來(lái)快速衰減其微小振動(dòng)，如圖所示．無(wú)擾動(dòng)時(shí)，按下列四種方案對(duì)紫銅薄板施加恒磁場(chǎng)；出現(xiàn)擾動(dòng)后，對(duì)于紫銅薄板上下及其左右振動(dòng)的衰減最有效的方案是()答案A解析感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是閉合回路中的磁通量發(fā)生變化．在A圖中，系統(tǒng)振動(dòng)時(shí)，紫銅薄板隨之上下及左右振動(dòng)，在磁場(chǎng)中的部分有時(shí)多有時(shí)少，磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，受到安培力，阻礙系統(tǒng)的振動(dòng)；在B圖中，只有紫銅薄板向左振動(dòng)才產(chǎn)生感應(yīng)電流，而上下振動(dòng)無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生；在C圖中，無(wú)論紫銅薄板上下振動(dòng)還是左右振動(dòng)，都不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流；在D圖中，只有紫銅薄板左右振動(dòng)才產(chǎn)生感應(yīng)電流，而上下振動(dòng)無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，故選項(xiàng)A正確，B、C、D錯(cuò)誤．【題型3物理史實(shí)】【例3】在物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程中，許多科學(xué)家做出了突出貢獻(xiàn)，下列關(guān)于科學(xué)家和他們的貢獻(xiàn)的說(shuō)法正確的是()A．牛頓開(kāi)創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)與邏輯推理相結(jié)合的研究方法，并用這種方法研究了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系B．庫(kù)侖通過(guò)研究得出了電荷間的相互作用規(guī)律，并測(cè)出了自然界的最小帶電單位C．安培提出了分子電流假說(shuō)，成功解釋了所有磁現(xiàn)象來(lái)源于運(yùn)動(dòng)電荷這一本質(zhì)D．法拉第通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并總結(jié)出法拉第電磁感應(yīng)定律解析：選C伽利略開(kāi)創(chuàng)了實(shí)驗(yàn)與邏輯推理相結(jié)合的研究方法，并用這種方法研究了力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，A錯(cuò)誤；庫(kù)侖通過(guò)研究得出了電荷間的相互作用規(guī)律，密立根測(cè)出了自然界的最小帶電單位，B錯(cuò)誤；安培提出了分子電流假說(shuō)，成功解釋了所有磁現(xiàn)象來(lái)源于運(yùn)動(dòng)電荷這一本質(zhì)，C正確；法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，但法拉第電磁感應(yīng)定律不是法拉第總結(jié)出來(lái)的，D錯(cuò)誤?！咀兪?-1】1820年，丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)電流可以使周?chē)男〈裴槹l(fā)生偏轉(zhuǎn)，稱(chēng)為電流的磁效應(yīng)。(√)【變式3-2】奧斯特的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電流的周?chē)嬖诖艌?chǎng)，法拉第經(jīng)過(guò)10年的努力終于發(fā)現(xiàn)了利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流的途徑，法拉第認(rèn)識(shí)到必須在變化、運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中才能利用磁場(chǎng)產(chǎn)生電流。法拉第當(dāng)時(shí)歸納出五種情形，請(qǐng)說(shuō)出這五種情形各是什么？解析法拉第把能引起感應(yīng)電流的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象歸納為五類(lèi)：變化的電流、變化的磁場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)的恒定電流、運(yùn)動(dòng)的磁鐵、在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體。它們都與變化和運(yùn)動(dòng)有關(guān)。【變式3-3】史料記載“1831年8月29日這一天，法拉第在接通電池的一剎那，偶然看到檢流計(jì)指針動(dòng)了一下，接著便回到了原位，然后就一直停住不動(dòng)?！狈ɡ谝虼税l(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，圖4-1-1是這個(gè)實(shí)驗(yàn)的示意圖。又有史料記載“瑞士物理學(xué)家科拉頓設(shè)計(jì)了一個(gè)利用磁鐵在閉合線(xiàn)圈中獲取電流的實(shí)驗(yàn)：將一塊磁鐵在螺線(xiàn)管中移動(dòng)，使導(dǎo)線(xiàn)中產(chǎn)生感應(yīng)電流。為了排除磁鐵移動(dòng)對(duì)檢流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)的影響，他把檢流計(jì)放到隔壁房間中去，用長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)把檢流計(jì)和螺線(xiàn)管連接起來(lái)。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始了，科拉頓把磁鐵插到線(xiàn)圈中去以后，就跑到隔壁房間中去，但他十分痛心地看到檢流計(jì)的小磁針靜止在原位?！笨评D沒(méi)能發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，他的實(shí)驗(yàn)示意圖見(jiàn)圖4-1-2。請(qǐng)你分析一下，科拉頓沒(méi)能看到電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原因是什么？答：科拉頓沒(méi)能看到電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原因是因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)現(xiàn)象是在變化或運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中出現(xiàn)的，當(dāng)科拉頓趕到隔壁房間去時(shí)，檢流小磁針已經(jīng)動(dòng)過(guò)了，所以他沒(méi)能看到電磁感應(yīng)現(xiàn)象。【題型4磁通量的變化問(wèn)題】【例4】如圖所示，一個(gè)U形金屬導(dǎo)軌水平放置，其上放有一個(gè)金屬導(dǎo)體棒ab，有一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)斜向上穿過(guò)軌道平面，且與豎直方向的夾角為θ。在下列各過(guò)程中，一定能在軌道回路里產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()A.ab向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)使θ減小B.使磁感應(yīng)強(qiáng)度B減小，θ角同時(shí)也減小C.ab向左運(yùn)動(dòng)，同時(shí)增大磁感應(yīng)強(qiáng)度BD.ab向右運(yùn)動(dòng)，同時(shí)增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B和θ角(0°＜θ＜90°)答案A解析設(shè)此時(shí)回路面積為S，據(jù)題意，磁通量Φ＝BScosθ，S增大，θ減小，cosθ增大，則Φ增大，A正確；B減小，θ減小，cosθ增大，Φ可能不變，B錯(cuò)誤；S減小，B增大，Φ可能不變，C錯(cuò)誤；S增大，B增大，θ增大，cosθ減小，Φ可能不變，D錯(cuò)誤?！咀兪?-1】磁通量是研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重要物理量，如圖所示，通有恒定電流的直導(dǎo)線(xiàn)MN與閉合線(xiàn)框共面，第一次將線(xiàn)框由位置1平移到位置2，第二次將線(xiàn)框由位置1繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2，設(shè)前后兩次通過(guò)線(xiàn)框的磁通量變化大小分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則()A．ΔΦ1＞ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1＜ΔΦ2 D．無(wú)法確定解析：選C第一次將線(xiàn)框由位置1平移到位置2，磁感線(xiàn)從線(xiàn)框的同一側(cè)穿入，ΔΦ1為前后兩位置磁通量的絕對(duì)值之差。第二次將線(xiàn)框由位置1繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2，磁感線(xiàn)從線(xiàn)框的不同側(cè)穿入，ΔΦ2為前后兩位置磁通量的絕對(duì)值之和。故ΔΦ1＜ΔΦ2，C正確?！咀兪?-2】如圖所示，通有恒定電流的導(dǎo)線(xiàn)MN與閉合金屬框共面，第一次將金屬框由Ⅰ平移到Ⅱ，第二次將金屬框繞cd邊翻轉(zhuǎn)到Ⅱ，設(shè)先后兩次通過(guò)金屬框的磁通量變化量大小分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則ΔΦ1ΔΦ2解析設(shè)金屬框在位置Ⅰ的磁通量為Φ1，金屬框在位置Ⅱ的磁通量為ΦⅡ，由題可知：ΔΦ1＝|ΦⅡ－ΦⅠ|，ΔΦ2＝|－ΦⅡ－ΦⅠ|，所以金屬框的磁通量變化量大小ΔΦ1<ΔΦ2．【變式4-3】如圖所示，一水平放置的N匝矩形線(xiàn)框面積為S，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向斜