13-3-電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用-(2019人教版必修第三冊)(解析版)

13.3電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用考點精講考點1：磁通量的變化1．閉合回路面積S的變化引起磁通量的變化。如圖所示是導(dǎo)體做切割磁感線運動使面積發(fā)生變化而改變了穿過回路的磁通量。2．磁感應(yīng)強度的變化引起磁通量的變化。如圖甲是通過磁極的運動改變穿過回路的磁通量；圖乙通過改變原線圈中的電流從而改變磁場的強弱，進(jìn)而改變穿過回路的磁通量。甲乙3．磁場和閉合電路的面積都不發(fā)生變化，二者的夾角發(fā)生變化，從而引起穿過線圈的磁通量發(fā)生變化。如圖所示，閉合線圈在勻強磁場中繞軸OO′轉(zhuǎn)動的過程?！纠?】如圖所示，一水平放置的矩形閉合線圈abcd在細(xì)長磁鐵N極附近下落，保持bc邊在紙外，ad邊在紙內(nèi)，由圖中的位置Ⅰ經(jīng)過位置Ⅱ到位置Ⅲ，且位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近位置Ⅱ，在這個過程中，線圈中的磁通量()A．是增加的 B．是減少的C．先增加．后減少 D．先減少，后增加【答案】D【解析】要知道線圈在下落過程中磁通量的變化情況，就必須知道條形磁鐵在磁極附近磁感線的分布情況，條形磁鐵在N極附近磁感線的分布情況如圖所示，由圖可知線圈中磁通量是先減少，后增加，選項D正確。【技巧與方法】由公式Φ＝BScosθθ為線圈與磁感線的夾角，可以看出Φ的變化是由B、S或θ的變化引起的，因此在求磁通量的變化時要先弄清Φ的變化是由哪一個量的變化引起的，然后根據(jù)此量的變化情況分析磁通量的變化情況?！踞槍τ?xùn)練】【變式1】如圖所示，一矩形線框，從abcd位置移動到a′b′c′d′位置的過程中，關(guān)于穿過線框的磁通量情況，下列敘述正確的是(線框平行于紙面移動)（）A.一直增加B.一直減少C.先增加后減少D.先增加，再減少直到零，然后再增加，然后再減少【答案】D【詳解】離導(dǎo)線越近，磁場越強，當(dāng)線框從左向右靠近導(dǎo)線的過程中，穿過線框的磁通量增大，當(dāng)線框跨在檔線上向右運動時，磁通量減小，當(dāng)導(dǎo)線在線框正中央時，磁通量為零，從該位置向右，磁通量又增大，當(dāng)線框離開導(dǎo)線向右運動的過程中，磁通量又減??；故ABC錯誤，D正確；故選D．【變式2】虛線框內(nèi)有勻強磁場，1和2為垂直磁場方向放置的兩個圓環(huán)，分別用Φ1和Φ2表示穿過兩環(huán)的磁通量，則有（）A.Φ1＞Φ2 B.Φ1＝Φ2C.Φ1＜Φ2 D.無法判斷【答案】B【詳解】根據(jù)磁通量的公式Φ=BS可知S為處于磁場中的有效面積，由于兩環(huán)在磁場中的面積相同場大小相等，故磁通量相同。故選B?！咀兪?】如圖所示，在同一平面內(nèi)有四根彼此絕緣的直導(dǎo)線，分別通有大小相同、方向如圖所示的電流，要使由四根直導(dǎo)線所圍成的面積內(nèi)的磁通量增加，則應(yīng)切斷哪一根導(dǎo)線中的電流（）A.切斷i1 B.切斷i2 C.切斷i3 D.切斷i4【答案】D【詳解】根據(jù)安培定則判斷出四根通電直導(dǎo)線中電流在所圍面積內(nèi)的磁場方向，可知只有i4中電流產(chǎn)生的磁場垂直于紙面向外，則要使磁通量增加，應(yīng)切斷i4，故D正確，ABC錯誤。故選D?？键c2：感應(yīng)電流的有無判斷1．感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件（1）閉合電路。（2）磁通量發(fā)生變化。2.產(chǎn)生感應(yīng)電流的常見類型（1）導(dǎo)線ab切割磁感線時，閉合回路產(chǎn)生的電流(如圖甲所示)。（2）磁鐵插入和拉出線圈時，回路中產(chǎn)生的電流(如圖乙所示)。（3）如圖丙所示，當(dāng)開關(guān)S閉合或斷開時，回路B中產(chǎn)生電流。當(dāng)開關(guān)閉合，滑動變阻器滑片向上或向下滑時，回路B中產(chǎn)生電流?！纠?】通電直導(dǎo)線穿過閉合線圈L，如圖所示，則（）A.當(dāng)電流I增大時，線圈L中有感應(yīng)電流B.當(dāng)L左右平動時，L中有感應(yīng)電流C.當(dāng)L上下平動時，L中有感應(yīng)電流D.以上各種情況都不會產(chǎn)生感應(yīng)電流【答案】D【詳解】通電直導(dǎo)線周圍的磁感線是一些垂直導(dǎo)線的同心圓，滿足安培定則，所以當(dāng)線圈L垂直長直導(dǎo)線時，通電長直導(dǎo)線的磁感線與線圈平面平行，即穿過線圈L的磁通量為0，A、B、C中的三種運動，都沒有改變穿過L的磁通量的大小，即磁通量始終為零，故沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，D正確．故選D.【技巧與方法】判斷是否產(chǎn)生感應(yīng)電流的關(guān)鍵是明確電路是否閉合，分清磁感線的疏密分布，從而判斷磁通量是否變化，而不是看磁通量的有無。【針對訓(xùn)練】【變式1】如圖所示，矩形線框在勻強磁場中做的各種運動，能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的是（）A. B.C. D.【答案】B【詳解】A項：線框在勻強磁場中運動時，穿過線框的磁感線條數(shù)不變，即磁通量不變，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，故A錯誤；B項：線框在磁場中轉(zhuǎn)動時，穿過線框的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，故B正確．CD項：線框與磁場平行，穿過線框的磁通量為零，當(dāng)線框向右平動時，磁通量保持為零，沒有變化，所以沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，故CD錯誤．故選B．【變式2】（多選）如圖所示，線圈abcd在磁場區(qū)域ABCD中，下列哪種情況下線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生（）A.把線圈變成圓形(周長不變)B.使線圈在磁場中加速平移C.使磁場增強或減弱D.使線圈以過ab的直線為軸旋轉(zhuǎn)【答案】ACD【詳解】A．把線圈變成圓形(周長不變)，線圈面積變大，線圈中磁通量增大，線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生．故A項正確．B．使線圈在磁場中加速平移，線圈中磁通量不變，線圈中沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生．C．使磁場增強或減弱，線圈中磁通量增大或減小，線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生．故C項正確．D．使線圈以過ab的直線為軸旋轉(zhuǎn)，線圈在磁場中的有效面積變化，線圈中磁通量變化，線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生．故D項正確。故選ACD。【變式3】如圖所示，導(dǎo)線ab和cd互相平行，則下列四種情況下導(dǎo)線cd中無電流的是（）A.開關(guān)S閉合或斷開的瞬間B.開關(guān)S是閉合的，但滑動觸頭向左滑C.開關(guān)S是閉合的，但滑動觸頭向右滑D.開關(guān)S始終閉合，不滑動觸頭【答案】D【詳解】開關(guān)S閉合或斷開的瞬間，下方回路中的電流發(fā)生變化，ab中產(chǎn)生的磁場隨之變化，穿過上面回路的磁通量變化，所以導(dǎo)線cd中有感應(yīng)電流，故A錯誤；開關(guān)S閉合，滑動觸頭向左滑動時，接入電路的電阻增大，回路中的電流減小，則ab產(chǎn)生的磁場減弱，則穿過上面回路的磁通量減小，將產(chǎn)生感應(yīng)電流，故B錯誤；開關(guān)S閉合，滑動觸頭向右滑動時，接入電路的電阻減小，回路中的電流增大，則ab產(chǎn)生的磁場增強，則穿過上面回路的磁通量增大，將產(chǎn)生感應(yīng)電流，故C錯誤；開關(guān)S始終是閉合的，不滑動觸頭，回路中電流不變，ab產(chǎn)生的磁場不變，穿過上面回路的磁通量不變，將無感應(yīng)電流產(chǎn)生，故D正確．所以D正確，ABC錯誤．◎考點一磁通量的變化1．如圖所示，一線圈放在通電螺線管的正中間A處，現(xiàn)向右移動到B處，則在移動過程中通過線圈的磁通量如何變化()A．變大 B．變小C．不變 D．無法確定【解析】B螺線管內(nèi)部磁場向左全部穿過線圈，設(shè)向左穿過線圈的磁通量為Φ1，螺線管外部磁場向右穿過線圈，設(shè)穿過的磁通量為Φ2，則凈磁通量為Φ＝Φ1－Φ2。線圈從正中間A處向右移動到B處，Φ2增大，Φ1不變，則Φ減小。故B正確，A、C、D錯誤。2．如圖所示，a、b、c三個閉合線圈放在同一平面內(nèi)，當(dāng)線圈a中有電流I通過時，穿過三個線圈的磁通量分別為Φa、Φb、Φc，則()A．Φa＜Φb＜ΦcB．Φa＞Φb＞ΦcC．Φa＜Φc＜ΦcD．Φa＞Φc＞Φb【解析】B當(dāng)a中有電流通過時，穿過a、b、c三個閉合線圈垂直紙面向里的磁感線條數(shù)一樣多，向外的磁感線的條數(shù)c最多，其次是b，a中沒有向外的磁感線，因此穿過閉合線圈的凈磁感線條數(shù)a最多，b次之，c最少，即Φa>Φb>Φc，選項B正確。3．如圖所示，一矩形線框從abcd位置移動到a′b′c′d′位置的過程中，關(guān)于穿過線框的磁通量的變化情況，下列敘述正確的是(線框平行于紙面移動)()A．一直增加B．一直減少C．先增加后減少D．先增加，再減少直到零，然后再增加，最后減少【解析】Dbc邊移到導(dǎo)線位置之前磁通量垂直紙面向外增加，之后磁通量減小到0，這時導(dǎo)線位于線框中間位置，再向右移動時磁通量垂直紙面向里增加，直到ad邊與導(dǎo)線重合，再往右移動磁通量又變小，故D正確。4．如圖所示，一金屬圓線圈和一條形磁鐵的中軸線在同一豎直平面內(nèi)，下列情況中能使線圈的磁通量發(fā)生變化的是()A．將磁鐵豎直向上平移B．將磁鐵水平向右平移C．將磁鐵在圖示的平面內(nèi)，N極向上、S極向下轉(zhuǎn)動D．將磁鐵的N極轉(zhuǎn)向紙外，S極轉(zhuǎn)向紙內(nèi)【解析】D圖示狀態(tài)下，線圈與磁場方向平行，穿過圓線圈的磁通量為零，而選項A、B、C中的做法不會引起線圈中磁通量的變化，只有選項D可使線圈中的磁通量發(fā)生變化，故D正確。5．如圖所示，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()A．Ba＝Bb＝Bc，Φa＝Φb＝ΦcB．Ba＞Bb＞Bc，Φa＜Φb＜ΦcC．Ba＞Bb＞Bc，Φa＞Φb＞ΦcD．Ba＞Bb＞Bc，Φa＝Φb＝Φc【解析】C由通電螺線管的磁場分布特點可知，a、b、c三點的磁感應(yīng)強度Ba、Bb、Bc的大小關(guān)系為Ba＞Bb＞Bc；三個小圓環(huán)的面積相同，根據(jù)磁通量的定義Φ＝BS可知，Φa＞Φb＞Φc，所以A、B、D錯誤，C正確?！蚩键c二感生電流的有無判斷6．如圖所示，勻強磁場中有一個閉合的彈簧線圈，線圈的平面垂直于磁感線，下列哪種過程中線圈會產(chǎn)生感應(yīng)電流()A．線圈擴張B．線圈自下向上運動C．線圈自上向下運動D．線圈自左向右運動(未穿出磁場)【解析】A線圈擴張，線圈中磁通量變大，線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A正確；線圈自下向上運動，線圈中磁通量不變，線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，故B錯誤；線圈自上向下運動，線圈中磁通量不變，線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，故C錯誤；在未穿出磁場的前提下，線圈自左向右運動，線圈中磁通量不變，線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，故D錯誤。7．如圖所示，線圈兩端接在電流表上組成閉合電路，在下列情況中，電流表指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)的是()A．線圈不動，磁鐵插入線圈時B．線圈不動，磁鐵拔出線圈時C．磁鐵插在線圈內(nèi)不動D．磁鐵和線圈相對移動時【解析】C根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的條件，不論哪部分移動，只要磁體與線圈的相對位置發(fā)生變化，線圈所在處的磁場就會發(fā)生變化，所以選項A、B、D中都會產(chǎn)生感應(yīng)電流，C中不會產(chǎn)生感應(yīng)電流。8．如圖所示，L為一根無限長的通電直導(dǎo)線，M為一金屬環(huán)，L過M的圓心，且通以向上的電流I，則()A．當(dāng)L中的I發(fā)生變化時，環(huán)中有感應(yīng)電流B．當(dāng)M左右平移時，環(huán)中有感應(yīng)電流C．當(dāng)M保持水平，在豎直方向上下移動時環(huán)中有感應(yīng)電流D．只要L與M保持垂直，則以上幾種情況，環(huán)中均無感應(yīng)電流【解析】D由于直導(dǎo)線電流的磁場是垂直導(dǎo)線的同心圓，故只要L與M保持垂直，穿過金屬環(huán)M的磁通量就為零，保持不變，環(huán)中均無感應(yīng)電流產(chǎn)生，故選項D正確。9．(多選)圖中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()【解析】BDA選項中，電路沒有閉合，無感應(yīng)電流，A錯誤；B選項中，面積增大，通過閉合電路的磁通量增大，有感應(yīng)電流，B正確；C選項中，穿過圓環(huán)的磁感線相互抵消，磁通量恒為零，無感應(yīng)電流，C錯誤；D選項中，穿過閉合電路的磁通量減小，有感應(yīng)電流，D正確。10．如圖所示，繞在鐵芯上的線圈與電源、滑動變阻器和開關(guān)組成閉合回路，在鐵芯的右端套有一個表面絕緣的銅環(huán)A，下列各種情況中銅環(huán)A中沒有感應(yīng)電流的是()A．線圈中通以恒定的電流B．通電時，使變阻器的滑片P做勻速移動C．通電時，使變阻器的滑片P做加速移動D．將開關(guān)突然斷開的瞬間【解析】A線圈中通以恒定的電流時，線圈產(chǎn)生穩(wěn)恒的磁場，穿過銅環(huán)Z的磁通量不變，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生；通電時，使變阻器的滑片P滑動時，無論是勻速還是加速移動，變阻器接入電路的電阻變化，回路中電流變化，線圈產(chǎn)生的磁場變化，穿過銅環(huán)A磁通量變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流；將開關(guān)突然斷開的瞬間，線圈產(chǎn)生的磁場從有到無，穿過銅環(huán)A的磁通量減小，產(chǎn)生感應(yīng)電流。故A正確。11．在一段時間里，法拉第記下了大量實驗失敗的日記，然而他卻一如既往，沒有放棄追求，堅信既然“電能生磁”，那么“磁也一定能產(chǎn)生電”。正是在這種執(zhí)著的追求中，1831年法拉第終于獲得了成功。他制作了兩個線圈，分別繞在鐵環(huán)上，一個線圈與伏特電池連接，另一個線圈的兩端用一根銅線連接起來，這根銅線的下方放有一根小磁針。法拉第在實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)開關(guān)接通或斷開的剎那間，小磁針都發(fā)生微小擺動，而在電流穩(wěn)定不變時，即使所通電流很大，小磁針也不發(fā)生任何擺動。這就是人類發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的最初實驗，它是物理學(xué)上一個重要的里程碑。法拉第磁生電實驗示意圖問題：小磁針偏轉(zhuǎn)是什么原因?qū)е碌模繛槭裁措娏鞣€(wěn)定不變時小磁針不偏轉(zhuǎn)？【解析】感應(yīng)電流的磁場使小磁針偏轉(zhuǎn)。電流穩(wěn)定時鐵環(huán)中的磁通量不發(fā)生變化，在無電源的線圈中不能產(chǎn)生感應(yīng)電流。鞏固提升12．(多選)如圖所示，在勻強磁場中有兩條平行的金屬導(dǎo)軌，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直。導(dǎo)軌上有兩條可沿導(dǎo)軌自由移動的金屬棒ab、cd，與導(dǎo)軌接觸良好。這兩條金屬棒ab、cd的運動速度分別是v1、v2，若井字形回路中有感應(yīng)電流通過，則兩金屬棒的運動情況可能是()A．v1>v2 B．v1<v2C．v1＝v2 D．無法確定【解析】AB只要金屬棒ab、cd的運動速度不相等，穿過井字形回路的磁通量就發(fā)生變化，閉合回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。故選項A、B正確。13．如圖所示，一有限范圍的勻強磁場，寬為d。一個邊長為L的正方形導(dǎo)線框以速度v勻速地通過磁場區(qū)域。若d>L，則線框穿過磁場區(qū)域的過程中，線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流的時間為()A．eq\f(d,v)B．eq\f(L,v)C．eq\f(2L,v)D．eq\f(d