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

PAGE8-劃時(shí)代的發(fā)覺(jué)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(shuō)法中正確的是()A.導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體內(nèi)肯定會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流B.導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體內(nèi)肯定會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流C.穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生改變,電路中肯定會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流D.閉合電路在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng),電路中肯定會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流【解析】選C。導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng),若沒(méi)有切割磁感線,則導(dǎo)體內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,故選項(xiàng)A不符合題意;導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),能產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),若導(dǎo)體所在電路不閉合,則導(dǎo)體中就沒(méi)有感應(yīng)電流,故選項(xiàng)B不符合題意;穿過(guò)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(xiàng)C符合題意;導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng),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(yùn)動(dòng)時(shí)才有感應(yīng)電流產(chǎn)生,故選項(xiàng)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(guò)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(kuò)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(wú)法確定【解析】選C。磁感線是閉合曲線,磁鐵內(nèi)部穿過(guò)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(zhǎng)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(chǎng)方向垂直,故穿過(guò)該面的磁通量為:Φ=BS,邊長(zhǎng)為l的正方形金屬線圈范圍內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng),所以磁場(chǎng)的區(qū)域面積為:S=l2,結(jié)合圖可知,穿過(guò)兩個(gè)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(wú)關(guān),故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。4.如圖所示,無(wú)限大的水平勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中,有一面積為S的矩形線圈,可繞豎直軸MN轉(zhuǎn)動(dòng)。關(guān)于穿過(guò)此線圈的磁通量,下列說(shuō)法正確的是()A.當(dāng)線圈平面與磁感線垂直時(shí),磁通量為零B.當(dāng)線圈平面與磁感線平行時(shí),磁通量最大C.線圈繞軸MN轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中,磁通量保持不變D.線圈繞軸MN轉(zhuǎn)過(guò)90°的過(guò)程中,磁通量會(huì)發(fā)生改變【解析】選D。當(dāng)線圈平面與磁感線垂直時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量最大,故A錯(cuò)誤;當(dāng)線圈平面與磁感線平行時(shí),沒(méi)有磁感線穿過(guò)線圈,穿過(guò)線圈的磁通量為零,故B錯(cuò)誤;線圈在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)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(cuò)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(yuǎn)的正上方,自上向下豎直地移動(dòng)至N極上方旁邊,此過(guò)程中穿過(guò)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(shí),磁場(chǎng)較強(qiáng),磁感線較密,穿過(guò)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(yuǎn)的正上方,自上向下豎直地移動(dòng)至N極上方旁邊,此過(guò)程中穿過(guò)線框的磁通量是始終增大,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤?！炯庸逃?xùn)練】如圖所示,套在條形磁鐵外的三個(gè)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(chǎng),套在條形磁鐵外的三個(gè)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(cuò)誤。6.(2024·西安高二檢測(cè))如圖為一種早期發(fā)電機(jī)原理示意圖,該發(fā)電機(jī)由固定的圓形線圈和一對(duì)用鐵芯連接的圓柱形磁鐵構(gòu)成,兩磁極相對(duì)于線圈平面對(duì)稱,在磁極繞轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,磁極中心在線圈平面上的投影沿圓弧XOY運(yùn)動(dòng)(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(shì)B.從X到O,電流由F經(jīng)G流向E,線圈的面積有擴(kuò)張的趨勢(shì)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(shì)D.從O到Y(jié),電流由E經(jīng)G流向F,線圈的面積有擴(kuò)張的趨勢(shì)【解析】選D。磁極繞轉(zhuǎn)軸從X到O勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),穿過(guò)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(shí)針?lè)较虻母袘?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(shì),故A、B錯(cuò)誤;磁極繞轉(zhuǎn)軸從O到Y(jié)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),穿過(guò)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(shí)針?lè)较虻母袘?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(kuò)大的趨勢(shì),故C錯(cuò)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(shí),線框中有感應(yīng)電流B.線框豎直向上平移時(shí),線框中有感應(yīng)電流C.線框以MN為軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),線框中有感應(yīng)電流D.MN中電流突然改變時(shí),線框中無(wú)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(yuǎn)的地方磁場(chǎng)越弱,則穿過(guò)線框的磁通量越小,故當(dāng)線框向左平移時(shí),由于靠近導(dǎo)線,穿過(guò)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(shí),由于線框與導(dǎo)線的距離沒(méi)有發(fā)生改變,故穿過(guò)線框的磁通量沒(méi)有發(fā)生改變,線框中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,故B錯(cuò)誤;線框以MN為軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),由于線框距導(dǎo)線的距離沒(méi)有發(fā)生改變,則線框中磁通量也沒(méi)有隨之改變,故沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生,故C錯(cuò)誤;當(dāng)MN中電流改變時(shí),由電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)隨之發(fā)生改變,所以穿過(guò)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(cuò)誤。二、非選擇題(本題共2小題,共24分。要有必要的文字說(shuō)明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要標(biāo)明單位)7.(12分)法拉第把兩個(gè)線圈繞在一個(gè)鐵環(huán)上,如圖甲所示,線圈A的電路在開(kāi)關(guān)S接觸或斷開(kāi)的瞬間,線圈B中產(chǎn)生瞬時(shí)電流。法拉第發(fā)覺(jué),鐵環(huán)并不是必需的,拿走鐵環(huán),再做這個(gè)試驗(yàn),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(kāi)關(guān)斷開(kāi)和閉合的瞬間線圈B中有感應(yīng)電流產(chǎn)生?(2)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)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(guò)電路的磁通量改變。【解析】(1)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)和閉合時(shí),A電路中電流發(fā)生改變,從而使A線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)發(fā)生改變,穿過(guò)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(kāi)關(guān)斷開(kāi)或閉合后,A電路穩(wěn)定,四周的磁場(chǎng)不發(fā)生改變,穿過(guò)B線圈的磁通量不改變,B線圈中無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生。(3)產(chǎn)生感應(yīng)電流需兩個(gè)條件:①閉合電路;②磁通量發(fā)生改變。答案:見(jiàn)解析8.(12分)邊長(zhǎng)為10cm、匝數(shù)為10的正方形線圈,垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度B的方向置于0.2T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。試求:(1)圖示位置時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量為多少?(2)若將線圈以一邊為軸轉(zhuǎn)過(guò)60°,則穿過(guò)線圈的磁通量為多少?(3)若將線圈以一邊為軸轉(zhuǎn)過(guò)180°,則穿過(guò)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(shí),磁場(chǎng)與線圈垂直,穿過(guò)線圈的磁通量Φ1=BS=2×10-3Wb。(2)將線圈以一邊為軸轉(zhuǎn)過(guò)60°,磁場(chǎng)與線圈夾角為30°,穿過(guò)線圈的磁通量Φ2=BScos60°=1×10-3Wb。(3)將線圈以一邊為軸轉(zhuǎn)過(guò)180°,則穿過(guò)線圈的磁通量改變?chǔ)う?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(zhǎng)直通電導(dǎo)線與橢圓形線圈的長(zhǎng)軸重合,直導(dǎo)線中電流恒定。下列運(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí),線圈中的磁通量還是0,磁通量沒(méi)有發(fā)生改變,所以不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,故A錯(cuò)誤;同理,直導(dǎo)線以橢圓的中心為軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,始終平分橢圓線圈,所以線圈的磁通量為0,磁通量沒(méi)有發(fā)生改變,所以不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,故B錯(cuò)誤;當(dāng)橢圓形線圈向下平移時(shí),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(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,故C正確;當(dāng)橢圓形線圈向左平移時(shí),線圈的磁通量還是0,即磁通量沒(méi)有發(fā)生改變,所以不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,故D錯(cuò)誤。10.(6分)(多選)足夠大的桌面有垂直桌面對(duì)下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B,一L×2L的線圈一半在桌面上,AB(長(zhǎng)L)邊和桌邊平行,以AB邊為軸旋轉(zhuǎn)線圈,關(guān)于線圈的說(shuō)法正確的有 ()A.線圈沒(méi)有旋轉(zhuǎn)時(shí)的磁通量等于BL2B.線圈旋轉(zhuǎn)60°時(shí)的磁通量等于BL2C.線圈從起先到旋轉(zhuǎn)120°的過(guò)程中磁通量沒(méi)有改變D.線圈從起先到旋轉(zhuǎn)180°的過(guò)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(méi)有旋轉(zhuǎn)時(shí)的磁通量等于BL2,選項(xiàng)A正確;線圈旋轉(zhuǎn)60°時(shí)的磁通量:B?L?2Lcos60°=BL2,選項(xiàng)B正確;線圈從起先到旋轉(zhuǎn)120°的過(guò)程中磁通量改變了:B?L?2Lcos60°-(-BL2)=2BL2,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;線圈從起先到旋轉(zhuǎn)180°的過(guò)程中磁通量的改變量等于B?L?2L-(-BL2)=3BL2,選項(xiàng)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(chǎng)方向與水平方向成α角,sinα=,cosα=,回路面積為S,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,則通過(guò)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(qiáng)磁場(chǎng)方向與水平方向成α角向上,因此可將磁感應(yīng)強(qiáng)度沿水平方向與豎直方向分解,所以B⊥=Bsinα=B,則穿過(guò)矩形線圈的磁通量是Φ=B⊥S=BS,因此A、B、D錯(cuò)誤;C正確。11.(6分)如圖所示,彈簧上端固定,下端懸掛一個(gè)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(kāi),使磁鐵上下振動(dòng)時(shí)穿過(guò)它,磁鐵會(huì)很快停下來(lái)。關(guān)于此現(xiàn)象,下列說(shuō)法正確的是 ()A.磁鐵上下振動(dòng)過(guò)程中,線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流B.磁鐵上下振動(dòng)過(guò)程中,線圈中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流C.磁鐵上下振動(dòng)過(guò)程中,磁鐵與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能不變D.磁鐵上下振動(dòng)過(guò)程中,磁鐵與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能增加【解析】選A。磁鐵上下振動(dòng)過(guò)程中,穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生改變,則線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,選項(xiàng)A正確,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;磁鐵上下振動(dòng)過(guò)程中,由于有電能產(chǎn)生,可知磁鐵與彈簧組成的系統(tǒng)機(jī)械能減小,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。12.(22分)矩形線框abcd的邊長(zhǎng)分別為l1、l2,可繞它的一條對(duì)稱軸OO′轉(zhuǎn)動(dòng),勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向與OO′垂直,初位置時(shí)線框平面與B平行,如圖所示(1)初位置時(shí)穿過(guò)線框的磁通量Φ0為多少?(2)當(dāng)線框沿如圖所示方向繞過(guò)60°時(shí),磁通量Φ2為多少?這一過(guò)程中磁通量的改變?chǔ)う?為多少?(3)當(dāng)線框繞軸沿圖示方向由(2)問(wèn)中的位置再轉(zhuǎn)過(guò)60°位置時(shí),磁通量Φ3為多少?這一過(guò)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(shí)才能應(yīng)用Φ=B·S,不垂直時(shí)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