高中物理 第四章 电磁感应 专题4_2 探究感应电流的产生条件试题 新人教版选修3-2

第2节 探究感应电流的产生条件一、磁通量回顾1定义：在磁感应强度为B的_中，有一个面积为S的平面与磁场方向_，B和S的乘积叫做穿过这个面积的_。2公式：=_。3单位：韦伯，符号：Wb，1 Wb=1 Tm2。4是标量，但有正负，若取某方向穿入平面的磁通量为_，则反方向穿入该平面的磁通量为_。二、探究归纳产生感应电流的条件1实验观察（1）导体棒在磁场中运动实验装置实验操作线圈中有无电流条形磁铁在线圈中插入或拔出时_条形磁铁在线圈中静止不动_ （2）导体棒在磁场中运动实验装置实验操作线圈中有无电流条形磁铁在线圈中插入或拔出时_条形磁铁在线圈中静止不动_（3）模拟法拉第的实验实验装置实验操作线圈中有无电流开关S接通或断开_开关S闭合，改变滑动变阻器阻值_开关S一直闭合，且滑动变阻器触头位置不动_2分析论证（1）实验（1）表明：闭合导体回路包围的_时，有电流产生；闭合导体回路包围的_时，无电流产生。（2）实验（2）表明：线圈中的_时，有感应电流；线圈中的_时；无感应电流。（3）实验（3）表明：线圈B中_，有感应电流；线圈B中_，无感应电流。（4）实验结论：产生感应电流的条件与磁场的_有关系，与闭合导体回路包围的_有关系。3感应电流产生的条件只要穿过闭合回路的磁通量发生_，闭合导体回路中就有_。匀强磁场 垂直 磁通量 BS 正 负无 有 有 无 有 有 无 面积变化 面积不变 面积不变 磁场变化 磁场变化 磁场不变 变化 面积 变化 感应电流一、对磁通量的理解与计算1对磁通量及其公式的理解应注意以下两个问题：（1）某一面内的磁感线既有穿出，又有穿进，则穿过该面的合磁通量为净磁感线的条数；（2）磁通量是标量，但有正负。磁通量的正负不代表大小，只表示磁感线是怎样穿过平面的。【例题1】如图所示，a、b是两个同平面、同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过圆环且与两圆环平面垂直，则穿过两圆环的磁通量a、b的大小关系为AabBav2Bv12B1=2C1d，线框以速度v通过磁场区域，从线框进入到完全离开磁场的时间内，线框中没有感应电流的时间是ABCD8（2017北京市海淀区北方交通大学附属中学高三月考）某同学在“探究感应电流产生的条件”的实验中，将直流电源、滑动变阻器、线圈（有铁芯）、线圈、灵敏电流计及开关按图连接成电路。在实验中，该同学发现形状闭合的瞬间，灵敏电流计的指针向左偏。由此可以判断，在保持开关闭合的状态下A当线圈拔出时，灵敏电流计的指针向左偏B当线圈中的铁芯拔出时，灵敏电流计的指针向右偏C当滑动变阻器的滑片匀速滑动时，灵敏电流计的指针不偏转D当滑动变阻器的滑片向端滑动时，灵敏电流计的指针向右偏9如图所示，一个矩形线框从匀强磁场的上方自由落下，进入匀强磁场中，然后从磁场中穿出。已知匀强磁场区域的宽度L大于线框的高度h，那么下列说法中正确的是线框只在进入和穿出磁场的过程中，才有感应电流产生线框从进入到穿出磁场的整个过程中，都有感应电流产生线框在进入和穿出磁场的过程中，都是机械能变成电能整个线框都在磁场中运动时，机械能转变成电能ABCD10（2017浙江省东阳县东阳中学高二期中）如图所示，均匀绕制的螺线管水平放置，在其正中心的上方附近用绝缘线水平吊起通电直导线A，导线与螺线管垂直。A中的“”表示导线中电流的方向垂直于纸面向里。电键S闭合前、后，绝缘线对导线A的作用力大小的变化情况是： A增大B减小C不变D不能确定11（2017浙江省宁波诺丁汉大学附属中学高二期中）如图甲所示为法拉第在研究电磁感应时用过的线圈，其工作原理如图乙所示，则实验中不会使电流表指针发生偏转的是A保持开关闭合B开关闭合瞬间C开关断开瞬间D移动变阻器滑片12A、B两回路中各有一开关S1、S2，且回路A中接有电源，回路B中接有灵敏电流计（如图所示），下列操作及相应的结果可能实现的是A先闭合S2，后闭合S1的瞬间，电流计指针偏转BS1、S2闭合后，在断开S2的瞬间，电流计指针偏转C先闭合S1，后闭合S2的瞬间，电流计指针偏转DS1、S2闭合后，在断开S1的瞬间，电流计指针偏转13如图所示，在同一铁芯上有A和C两个线圈，其中A线圈与滑动变阻器、电源、开关相连，C线圈两端与灵敏电流计相连，在以下采取的做法中，不能使灵敏电流计指针偏转的是A开关S闭合的瞬间B开关S闭合后，变阻器滑片P向右滑动C开关S闭合后，变阻器滑片P保持不动D开关S断开的瞬间14如图所示的线框面积为S，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，B的方向与线框平面成角，当线框转过90到如图所示的虚线位置时，试求：（1）初、末位置穿过线框的磁通量的大小1和2；（2）磁通量的变化量。15（2017浙江省五校高三第一次联考）（1）如图所示的是“研究电磁感应现象”的实验装置。将图中所缺导线补接完整。如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后线圈A迅速从线圈B中拔出时，电流计指针将_（选填“向右偏”、“向左偏”或“不偏转”）。（2）某学生选用匝数可调的可拆变压器来“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验时，原线圈接在学生电源上，用多用电表测量副线圈的电压。下列操作正确的是 _ A原线圈接直流电压，电表用直流电压挡B原线圈接直流电压，电表用交流电压挡C原线圈接交流电压，电表用直流电压挡D原线圈接交流电压，电表用交流电压挡该学生继续做实验，在电源电压不变的情况下，先保持原线圈的匝数不变，增加副线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压增大；然后再保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两端的电压_（选填“增大”、“减小”或“不变”）。16逆向思维是一种重要的思想方法，在这种思想方法的引领下，许多重要的科学定律被发现。“电生磁，磁生电”这种逆向互生的关系，体现了物理学中的一种对称美。请思考：（1）你还能指出物理学中的其他对称性和对称实例吗？（2）1831年，物理学家法拉第用如图所示的实验，成功发现了磁生电现象，开关始终处于闭合状态时，a线圈中_（选填“有”或“无”）感应电流产生，开关闭合或断开瞬间，a线圈中_（选填“有”或“无”）感应电流产生。（3）下图是某兴趣小组研究磁生电现象所需的器材。请你协助该小组完成如下工作，用实线将带有铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路，将小量程电流表和线圈B连接成副线圈回路，并列举出在实验中改变副线圈回路磁通量，使副线圈回路产生感应电流的三种方式：_；_；_。17（2017新课标全国卷）扫描隧道显微镜（STM）可用来探测样品表面原子尺度上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是1D【解析】感应电流的产生其条件是闭合线圈的磁通量发生变化，闭合线圈中没有感应电流产生可能线圈始终与磁场平行，故A错误；感应电流的产生其条件是闭合线圈的磁通量发生变化，磁通量的变化可以由磁场引起的，也可以由线圈的面积的变化引起的，闭合线圈中没有感应电流产生，不能判断出此地一定没有磁场的变化或没有面积的变化，故BC错误；没有电流只能说明穿过闭合线圈的磁通量没有发生变化，故D正确。【名师点睛】解答本题主要是抓住感应电流产生的条件：闭合线圈的磁通量发生变化，而磁通量的变化可以是由磁场变化引起，也可以是线圈的面积变化，或位置变化引起的。4C【解析】开始时穿过线圈平面的磁通量为1=BScos 。后来穿过线圈平面的磁通量为2=BScos ，则磁通量的变化量为=|21|=2BScos ，故C正确。5B【解析】当保持ad边与导线平行线圈向右移动时，穿过线圈的磁通量发生减小，则线圈中产生顺时针方向的感应电流；线框以导线为轴加速转动，穿过线圈的磁通量不变，则不可以产生感应电流；线框以ad边为轴旋转，穿过线圈的磁通量发生变化，则线圈中产生感应电流。导线框以ab边为轴旋转，穿过线圈的磁通量发生变化，则线圈中产生感应电流；本题选择不能产生感应电流的，故选B。6C【解析】将线框从平移到，磁感线是从线框的同一面穿过的，所以=|=；将线框从绕cd边转到，磁感线分别是从线框的正、反两面穿过的，所以2=|=+（以原来穿过的为正，则后来从另一面穿过的为负）。故C正确。7B【解析】只有线框在进入磁场的过程中（bc边未出磁场）和线框在穿出磁场的过程中（仅ad边在磁场中切割磁感线），穿过线框的磁通量才发生变化，产生感应电流。ad边和bc边都在磁场外时穿越磁场的过程中，没有感应电流，则t=。故正确选项为B。8B【解析】由题意可知：开关闭合的瞬间，灵敏电流计的指针向左偏，则当磁通量增大时，则指针左偏；若磁通量减小时，则右偏；当线圈A拔出，或线圈A中的铁芯拔出时，均导致磁通量减小，因此电流计指针向右偏，故A错误，B正确；滑动变阻器的滑动端P匀速滑动，穿过线圈的磁通量发生变化，电流计指针都要发生偏转，故C错误；当滑动变阻器的滑片向N端滑动时，电阻减小，则电流增大，导致磁通量增大，因此灵敏电流计的指针向左偏，故D错误。【名师点睛】本题无法直接利用楞次定律进行判断，但是可以根据题意得出产生使电流表指针左偏的条件，即可不根据绕向判出各项中应该出现的现象。11A【解析】开关闭合状态下，线圈中电流恒定，穿过线圈的磁通量不发生变化，没有感应电流，电流表指针不会发生偏转，故A正确。当开关接通的瞬间、开关断开的瞬间或者移动变阻器滑片时，线圈中磁通量发生变化，产生感应电流，指针发生偏转。故BCD错误。12AD【解析】由感应电流产生的条件是穿过闭合线框的磁通量变化，故AD正确。13C【解析】闭合开关S的瞬间，穿过线圈C的磁通量增加，产生感应电流，电流表指针偏转，故A不符合题意；开关S闭合后，变阻器滑片P向右滑动，A线圈中电流增大，产生的磁场增强，穿过线圈C的磁通量增加，产生感应电流，电流表指针偏转，故B不符合题意；开关S闭合后，变阻器滑片P保持不动，A线圈中电流不变，产生的磁场稳定，穿过线圈C的磁通量不变，不产生感应电流，电流表指针不偏转，故C符合题意。将开关断开的瞬间，穿过线圈C的磁通量减小，产生感应电流，电流表指针偏转，故D不符合题意。【名师点睛】解决本题的关键是掌握产生感应电流的条件：闭合电路的磁通量发生变化，通过分析线圈A中电流变化，分析即可。14（1）BSsin BScos （2）BS（cos +sin ）【解析】（1）法一：在初始位置，把面积向垂直于磁场的方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S=Ssin ，所以1=BSsin 在末位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S=Scos 。由于磁感线从反面穿入，则2=BScos 法二：如图所示，把磁感应强度B沿垂直于面积S和平行于面积S进行分解得B上=Bsin ，B左=Bcos 故1=B上S=BSsin 2=B左S=BScos （2）开始时B与线框平面成角，穿过线框的磁通量1=BSsin 当线框平面按顺时针方向转动时，穿过线框的磁通量减少，当转动时，穿过线框的磁通量减少为零，继续转动至90时，磁通量从另一面穿过，变为“负”值，2=BScos 。所以，此过程中磁通量的变化量为=21=BScos BSsin =BS（cos +sin ）15（1） 向左（2）D 减小【解析】探究电磁感应现象实验电路分两部分，电源、开关、滑动变阻器、原线圈组成闭合电路，灵敏电流计与副线圈组成另一个闭合电路。磁场方向不变，磁通量的变化不变时电流方向不变，电流表指针偏转方向相同，磁通量的变化相反时，电流表指针方向相反；副线圈上的感应电动势，是通过两个线圈间的互感现象产生的，所以原线圈上的电流应该是变化的，应为交流电流，电压为交流电压。副线圈上的感应电流（感应电动势）也应该是交流。（1）探究电磁感应现象实验电路分两部分，要使原线圈产生磁场必须对其通电，故电源、开关、滑动变阻器、原线圈组成闭合电路，灵敏电流计与副线圈组成另一个闭合电路，如图所示：闭合开关瞬间，通过线圈B的磁通量增大，感应电流磁场阻碍原磁场的增大，感应电流方向和圆电流方向相反，电流计向右偏，而把A从B中拔出来时，通过线圈的B的磁通量减小，感应电流的磁场要阻碍原磁场的减小，即感应电流方向和原电流方向相同，故电流计向左偏转。（2）变压器的工作原理是互感现象，故原线圈接交流电压，输出电压也是交流电压，故电表用交流电压挡，故ABC错误，D正确；（2）根据变压比关系可知，保持副线圈的匝数不变，增加原线圈的匝数，观察到副线圈两