2020-2021物理（2019）第三册13-3 电磁感应现象及应用含解析

学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精学必求其心得，业必贵于专精2020-2021学年物理人教版（2019）必修第三册课时作业：13-3电磁感应现象及应用含解析课时作业19电磁感应现象及应用一、单项选择题1.如图所示，将一圆形导线环竖直放置，在圆环所在的空间加上一水平向右的匀强磁场，mn，pq为圆环上两条互相垂直的直径，mn沿水平方向,pq沿竖直方向．则下列选项中能使圆环中产生感应电流的是（D）A．让圆环绕过圆心且垂直于圆环平面的轴转动B．让圆环在竖直面内向右平动C．让圆环以mn为轴转动D．让圆环以pq为轴转动解析：圆环在匀强磁场中运动,磁感应强度B为定值，根据ΔΦ＝B·ΔS知，只要回路中相对磁场的正对面积改变量ΔS≠0，则磁通量一定改变，回路中一定有感应电流产生．当圆环绕过圆心且垂直于圆环平面的轴转动时，圆环相对磁场的正对面积始终为零,即ΔS＝0,因而无感应电流产生，A错误；当圆环在竖直面内向右平动时，同样ΔS＝0，因而无感应电流产生，B错误；当圆环以mn为轴转动时，圆环相对磁场的正对面积改变量ΔS仍为零，回路中仍无感应电流，C错误；当圆环以pq为轴转动时，圆环相对磁场的正对面积发生改变，回路中产生感应电流,D正确．2．如图所示，导线ab和cd互相平行,则下列四种情况下导线cd中无电流的是（D)A．开关S闭合或断开的瞬间B．开关S是闭合的，但滑动触头向左滑C．开关S是闭合的，但滑动触动向右滑D．开关S始终闭合,不滑动触头解析：如果导线cd中无电流产生，则说明通过ab中的电流没有发生变化，显然不是开关S闭合或断开的瞬间;若是开关S闭合，不管滑动触头右移还是左移，ab中的电流都会发生变化，那么cd中都会有感应电流．经以上分析，可知只有D选项不能使cd中产生感应电流．3．如图所示，在匀强磁场中的U形导轨上,有两根等长的平行导线ab和cd，以相同的速度v匀速向右滑动．为使ab中有感应电流产生，对开关S来说（D)A．断开和闭合都可以 B．应断开C．断开和闭合都不行 D．应闭合解析：ab、cd杆以相同的速度同向运动,相对静止,即abcd闭合回路的面积不变,磁通量不变，只有当开关闭合后，构成abNM闭合回路的磁通量发生变化,ab中才能产生感应电流．故A、B、C错，D正确．4.如图所示，面积为S的矩形线圈abcd,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与线圈平面成θ角,当线圈以ab为轴顺时针转过90°时，穿过abcd面的磁通量的变化量的绝对值为（B）A．BScosθ B．BS(sinθ＋cosθ)C．BSsinθ D．BS解析：磁通量是标量，但有正负,若规定磁感线从一侧穿过时磁通量为正值，则从另一侧穿过时就为负值．当线圈处于初位置时，磁感线的竖直分量由下向上穿过线圈平面,设为正，此时磁通量为Φ1＝BSsinθ，当线圈转至竖直位置时，磁通量Φ2＝－BScosθ,那么磁通量的变化量的绝对值为｜ΔΦ｜＝｜－BScosθ－BSsinθ｜＝BS(sinθ＋cosθ)，故选项B正确．5.如图所示，一有限范围的匀强磁场，宽度为d，将一边长为l的正方形导线框以速度为v匀速地通过磁场区域，若d>l，则线圈中不产生感应电流的时间应等于（C)A．eq\f（d，v) B．eq\f(l，v）C．eq\f(d－l，v） D．eq\f（d－2l,v)解析：当线圈刚刚完全进入磁场时至线圈刚刚出磁场时，通过线圈的磁通量不发生变化，线圈中不会产生感应电流．二、多项选择题6。某学校操场上有如图所示的运动器械：两根长金属链条将一根金属棒ab悬挂在固定的金属架上．静止时ab水平且沿东西方向．已知当地的地磁场方向自南向北斜向下跟竖直方向成45°，现让ab随链条荡起来，跟竖直方向最大偏角为45°，则下列说法正确的是（ABC）A．当ab棒自南向北经过最低点时，ab中有感应电流B．当链条与竖直方向成45°时，回路中感应电流为零C．当ab棒自南向北经过最低点时，ab棒受安培力的作用D．在ab棒运动过程中，不断有磁场能转化为机械能解析：A对:由于磁场斜向下跟竖直方向成45°，在最低点ab棒的速度水平向北，ab棒切割磁感线，穿过回路的磁通量发生变化，棒中有感应电流．B对：链条跟竖直方向偏角为45°时，链条的运动速度为0，不切割磁感线，故感应电流为0。C对：ab棒自南向北经过最低点时，棒上有感应电流，电流方向与磁场方向不垂直，也不平行,则ab棒受安培力作用．D错：在ab棒运动过程中，不断有机械能转化为电能．7．如图所示，A、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，下列操作及相应的结果可能的是(AD）A．先闭合S2，后闭合S1的瞬间,电流计指针偏转B．S1、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D．S1、S2闭合后，在断开S1的瞬间，电流计指针偏转解析：回路A中有电源，当S1闭合后，回路中有电流，在回路的周围产生磁场,回路B中有磁通量，在S1闭合或断开的瞬间,回路A中的电流从无到有或从有到无，电流周围的磁场发生变化，从而使穿过回路B的磁通量发生变化，产生感应电动势,此时若S2是闭合的，则回路B中有感应电流,电流计指针偏转．所以选项A、D正确．8．1823年，科拉顿做了这样一个实验，他将一个磁铁插入连有灵敏电流计的螺旋线圈，来观察在线圈中是否有电流产生．在实验时，科拉顿为了排除磁铁移动时对灵敏电流计的影响，他通过很长的导线把连在螺旋线圈上的灵敏电流计放到另一间房里．他想，反正产生的电流应该是“稳定”的(当时科学界都认为利用磁场产生的电流应该是“稳定”的)，插入磁铁后,如果有电流,跑到另一间房里观察也来得及．就这样，科拉顿开始了实验．然而，无论他跑得多快，他看到的电流计指针都是指在“0”刻度的位置，科拉顿失败了．以下关于科拉顿实验的说法中正确的是(BCD）A．实验中根本没有感应电流产生B．实验中有感应电流产生C．科拉顿的实验装置是完全正确的D．科拉顿实验没有观察到感应电流是因为在插入磁铁的过程中会有感应电流产生，但当跑到另一间房观察时，电磁感应过程已经结束，不会看到电流计指针的偏转解析：感应电流是在磁通量变化的过程中产生的，这种变化一旦停止，感应电流也就不存在了．三、非选择题9．弹簧上端固定，下端悬挂一根磁铁．将磁铁托起到某一高度后放开，磁铁能上下振动较长时间才停下来．如果在磁铁下端放一个固定的闭合线圈,使磁铁上下振动时穿过它（如图）,磁铁就会很快地停下来，解释这个现象，并说明此现象中能量转化的情况．答案:见解析解析：当磁铁穿过固定的闭合线圈时,在闭合线圈中会产生感应电流,感应电流的磁场会阻碍磁铁和线圈靠近或离开,也就使磁铁振动时除了空气阻力外,还有线圈的磁场力作为阻力，克服阻力需要做的功较多,弹簧振子的机械能损失较快，因而会很快停下来．10．如图所示，磁感应强度大小为B的匀强磁场仅存在于边长为2L的正方形范围内，且左右各一半面积的范围内磁场方向相反．有一个电阻为R、边长为L的正方形导线框ABCD,沿垂直磁感线方向以速度在v匀速通过磁场，从AB边进入磁场算起，画出穿过线框的磁通量随时间变化的图象．答案：如图所示解析：线框穿过磁场的过程可分为三个阶段：进入磁场阶段(只有AB边在磁场中),在磁场中运动阶段（AB、CD两边都在磁场中），离开磁场阶段（只有CD边在磁场中)．线框内的磁通量以垂直纸面向里为正方向，则:（1)线框进入磁场阶段：t为0～eq\f(L，v），线框进入磁场中的面积线性增加，S＝Lvt，最后为Φ＝BS＝BL2。（2)线框在磁场中运动阶段：t为eq\f（L,v)～eq\f（3L，2v），穿过线框的磁通量逐渐减少,最后为0。(3）线框在磁场中运动阶段：t为eq\f（3L,2v)～eq\f(2L，v），穿过线框的磁通量反向增加，最后为－BL2.（4）线框穿出磁场阶段：t为eq\f（2L,v）~eq\f（3L,v),穿过线框的磁通量逐渐减少，最后为0。11．如图所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动．t＝0时，磁感应强度为B0，此时MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为l的正方形．为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0开始，磁感应强度B应随时间t怎样变化?请推导这种情况下B与t的关系式．答案：B＝eq\f(B0l,l＋vt)解析：要使MN棒中不产生感应电流，则闭合