13.3 电磁感应现象及应用 【练习】2024-2025学年高二物理 同步练（ 人教版2019必修第三册）（原卷版）

13.3电磁感应现象及应用学习目标学习目标课程标准物理素养3.3.3通过实验，了解电磁感应现象，了解产生感应电流的条件。知道电磁感应现象的应用及其对现代社会的影响。物理观念：知道感应电流的产生条件。科学思维：学会通过现象分析归纳事物本质特征的科学思维方法，认识实验观察能力与逻辑思维能力在科学探究过程中的重要作用。科学探究：经历感应电流产生条件的探究活动，提高分析论证能力。通过模仿法拉第的实验，归纳得出产生感应电流的条件。科学态度与责任：了解电磁感应现象曲折的发现过程，学习法拉第坚持理想信念、不畏艰辛、勇于探索的科学精神。了解电磁感应现象发现的重大历史意义和电磁感应现象的广泛应用，体会科学、技术对人类文明的推动作用。002思维导图1．磁通量大小及其变化分析(1)定量计算：通过公式Φ＝BS来定量计算，计算磁通量时应注意的问题：①明确磁场是否为匀强磁场，知道磁感应强度的大小。②平面的面积S应为磁感线通过的有效面积。当平面与磁场方向不垂直时，应明确所研究的平面与磁感应强度方向的夹角，准确求出有效面积。③穿过线圈的磁通量及其变化与线圈匝数无关，即磁通量的大小不受线圈匝数的影响。(2)定性判断：磁通量是指穿过线圈面积的磁感线的“净条数”，当有不同方向的磁场同时穿过该面积时，此时的磁通量为各磁场穿过该面积磁通量的代数和。2．判断感应电流有无的方法3.常见的三种产生感应电流的情况003知识梳理课前研读课本，梳理基础知识：一、电磁感应现象(1)当穿过闭合导体回路的发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫作电磁感应．二、感应电流产生的条件1.导体回路；2.发生变化。说明：穿过电路的磁通量发生变化产生，如果电路闭合，则有感应电流．如果电路不闭合，则只有而无感应电流．三、电磁感应现象的应用1.发电机2.变压器、电磁炉等004题型精讲【题型一】物理史实【典型例题1】史料记载“1831年8月29日这一天，法拉第在接通电池的一刹那，偶然看到检流计指针动了一下，接着便回到了原位，然后就一直停住不动。……”法拉第因此发现了电磁感应现象，图4-1-1是这个实验的示意图。又有史料记载“瑞士物理学家科拉顿设计了一个利用磁铁在闭合线圈中获取电流的实验：将一块磁铁在螺线管中移动，使导线中产生感应电流。为了排除磁铁移动对检流计指针偏转的影响，他把检流计放到隔壁房间中去，用长导线把检流计和螺线管连接起来。实验开始了，科拉顿把磁铁插到线圈中去以后，就跑到隔壁房间中去，但他十分痛心地看到检流计的小磁针静止在原位。”科拉顿没能发现电磁感应现象，他的实验示意图见图4-1-2。请你分析一下，科拉顿没能看到电磁感应现象的原因是什么？【典型例题2】在物理学的发展过程中，许多科学家做出了突出贡献，下列关于科学家和他们的贡献的说法正确的是()A．牛顿开创了实验与逻辑推理相结合的研究方法，并用这种方法研究了力与运动的关系B．库仑通过研究得出了电荷间的相互作用规律，并测出了自然界的最小带电单位C．安培提出了分子电流假说，成功解释了所有磁现象来源于运动电荷这一本质D．法拉第通过大量实验发现了电磁感应现象，并总结出法拉第电磁感应定律【对点训练1】从1822年至1831年的近十年时间里，英国科学家法拉第心系“磁生电”．在他的研究过程中有两个重要环节：(1)敏锐地觉察并提出“磁生电”的闪光思想；(2)通过大量实验，将“磁生电”(产生感应电流)的情况概括为五种：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体．结合你学过的相关知识，试判断下列说法正确的是()A．环节(1)提出“磁生电”思想是受到了麦克斯韦电磁场理论的启发B．环节(1)提出“磁生电”思想是为了对已经观察到的“磁生电”现象做出合理解释C．环节(2)中五种“磁生电”的条件都可以概括为“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”D．环节(2)中“在磁场中运动的导体”这种情况不符合“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”这一条件【对点训练2】奥斯特的实验证实了电流的周围存在磁场，法拉第经过10年的努力终于发现了利用磁场产生电流的途径，法拉第认识到必须在变化、运动的过程中才能利用磁场产生电流。法拉第当时归纳出五种情形，请说出这五种情形各是什么？【题型二】产生感应电流的条件【典型例题3】下列各图所描述的物理情境中，没有感应电流的是()【典型例题4】(多选)用如图所示装置探究感应电流产生的条件，线圈A通过滑动变阻器和开关S1连接到电源上，线圈B通过开关S2连接到电流计上，将线圈A套在线圈B的里面。下列说法中正确的是()A．该装置可用于探究线圈B中感应电流产生的条件B．S2处于闭合状态，在S1闭合瞬间，电流表的指针会发生偏转C．S1处于闭合状态，在S2闭合瞬间，电流表的指针会发生偏转D．两开关均处于闭合状态，电路稳定后匀速移动滑动变阻器的滑片，电流表的指针会发生偏转【对点训练3】在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是()A．将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表的变化B．在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，然后观察电流表的变化C．将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表的变化D．绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表的变化【对点训练4】如图所示，在“探究感应电流产生的条件”的实验中，电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电表及开关已部分连接。（1）请使用两根导线，将电路补充完整。（2）此实验中使用的电表是_______。A.灵敏电流计 B.倍率适宜的欧姆表（3）正确选择电表和连接电路后，开始实验探究，下列说法正确的是_________。A.开关闭合后，线圈A插入线圈B或从线圈B中拔出，都会引起电表指针偏转B.线圈A插入线圈B后，开关闭合和断开的瞬间电表指针均不会偏转C.线圈A插入线圈B中，开关闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使电表指针静止在中央零刻度D.线圈A插入线圈B中，开关闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电表指针才能偏转【题型三】电磁感应现象的应用 【典型例题5】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其左右振动的衰减最有效的方案是()【典型例题6】物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”。如图所示，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环。闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起。某同学另找来器材再探究此实验。他连接好电路，经重复实验，线圈上的套环均未动。对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是()A．线圈接在了直流电源上B．电源电压过高C．所选线圈的匝数过多D．所用套环的材料与老师的不同【对点训练5】(多选)高考考生入场时，监考老师要用金属探测器对考生进行安检后才允许其进入考场，如图所示。探测器内有通电线圈，当探测器靠近任何金属材料物体时，就会引起探测器内线圈中电流变化，报警器就会发出警报；靠近非金属物体时则不发出警报。关于探测器工作原理，下列说法正确的是()A．金属探测器利用的是电磁感应现象B．金属探测器利用的是磁场对金属的吸引作用C．金属探测器利用的是静电感应现象D．金属探测器利用的是当探测器靠近金属物体时，能在金属中形成涡流，进而引起线圈中电流的变化【对点训练6】（多选）我国已经制定了登月计划,假如航天员登月后想探测月球表面是否有磁场,他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈。下列推断中正确的是()A.直接将电流表放于月球表面,看是否有示数来判断磁场有无B.将电流表与线圈组成闭合电路,使线圈沿某一方向运动,若电流表无示数,则判断月球表面无磁场C.将电流表与线圈组成闭合电路,使线圈沿某一方向运动,若电流表有示数,则判断月球表面有磁场D.将电流表与线圈组成闭合电路,使线圈分别绕两个互相垂直的轴转动,月球表面若有磁场,则电流表至少有一次示数不为零00501强化训练【基础强化】1．法拉第“磁生电”这一伟大的发现，引领人类进入了电气时代．关于下列实验说法正确的是()A．甲图中条形磁体插入螺线管中静止不动时，电流计指针稳定且不为零B．乙图中无论滑动变阻器滑片向下移动还是向上移动的过程中，金属圆环中都有感应电流C．丙图中闭合开关时电流计指针偏转，断开开关时电流计指针不偏转D．丁图中导体棒AB在磁场中运动时一定能产生感应电流2.如图所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab.磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，其方向与竖直方向的夹角为θ(0<θ<90°)．在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是()A．ab向右运动，同时使θ减小B．使磁感应强度B减小，θ角同时也减小C．ab向左运动，同时增大磁感应强度BD．ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角3.闭合电路的一部分导线ab处于匀强磁场中，若导线分别按照下图中各情况在纸面内运动，能在电路中产生感应电流的情形是（）A．都会产生感应电流B．都不会产生感应电流C．甲、丙会产生感应电流，乙、丁不会产生感应电流D．甲、乙不会产生感应电流，丙、丁会产生感应电流4.如图所示，一有限范围的匀强磁场，宽度为d，将一边长为的正方形导线框以速度v向右匀速地通过磁场区域，若，则导线框通过磁场过程中，导线框中不产生感应电流的时间应等于()A. B. C. D.5.下列现象中，属于电磁感应现象的是()A．电流周围产生磁场B．磁场对电流产生力的作用C．变化的磁场使闭合导体中产生感应电流D．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化而带磁性6.如图所示，导线MON在中点O弯折成一定角度，OO′为其角平分线，在导线MON内通以恒定电流I，由均匀导线制成的正方形小线框L中线与OO′重合，则能在L中产生感应电流的办法是()A．增大电流IB．将L沿OO′向右匀速移动C．将L沿OO′向右加速移动D．将L向上快速移动【素养提升】7.（多选）如图所示，线圈M和线圈N绕在同一铁芯上。线圈M与电源、开关滑动变阻器相连，P为滑动变阻器的滑片，恰好处在滑动变阻器的中间位置，开关S处于闭合状态。线圈N与电阻R相连。下列说法正确的是（）A．当P向右移动，电阻R中有电流通过B．当P向左移动，电阻R中有电流通过C．将线圈N从铁芯上向右拉使其离开铁芯，电阻R中有电流通过D．断开S的瞬间，电阻R中无电流通过8．（多选）下列四副图中，闭合线圈能产生感应电流的是()A. B.C. D.9.下列四种情境中说法中正确的是（）A．图甲中，奥斯特利用该装置发现了电磁感应现象 B．图乙中，线圈穿过磁铁从M运动到L的过程中，穿过线圈的磁通量先减小后增大 C．图丙中，闭合线框绕垂直于磁场方向的轴转动的过程中，线框中没有感应电流产生 D．图丁中，线框在与通电导线在同一平面内向右平移的过程中，线框中有感应电流产生10．（多选）下列各图线圈中能产生感应电流的是（）A. B.C. D.11．探究产生感应电流条件的实验步骤如图甲、乙、丙所示。（1）本实验中，我们通过观察________来判断电路中是否有感应电流。（2）通过比较图甲和丙可知，产生感应电流的一个条件是电路要________，通过比较图________可知，产生感应电流的另一个条件是导体要在磁场中做切割磁感线运动。（3）若图甲中AB棒不动，磁铁左右水平运动，电路中________（选填“有”或“无”）感应电流。12.如图所示的闭合铁芯上绕有一组线圈，与滑动变阻器、电池构成闭合电路，a、b、c为三个闭合金属圆环，假定线圈产生的磁场全部集中在铁芯内，则当滑动变阻器的滑片左、右滑动时，能产生感应电流的金属圆环是()A．a、b两个环 B．b、c两个环C．a、c两个环 D．a、b、c三个环13.（多选）奥斯特利用如图所示实验装置研究电流的磁效应。一个可自由转动的小磁针放在白金丝导线正下方，导线两端与一伏打电池相连。接通电源瞬间，小磁针发生了明显偏转。奥斯特采用控制变量法，继续研究了导线直径、导线材料、电池电动势以及小磁针位置等因素对小磁针偏转情况的影响。他能得到的实验结果有（）A.减小白金丝直径，小磁针仍能偏转 B.用铜导线替换白金丝，小磁针仍能偏转C.减小电源电动势，小磁针一定不能偏转 D.小磁针的偏转情况与其放置位置无关14.以下四幅图所示的实验中，下列说法正确的是（）A．图（a）通电后小磁针将会发生偏转，说明了电流周围存在磁场B．图（b）电键闭合后电流计的指针将会发生偏转，说明了回路产生了感应电流C．图（c）闭合电键后金属棒会在导轨上运动，说明了回路产生了感应电流D．图（d）电键闭合后线框会转动，说明了磁场对电流可以产生力的作用【能力培优】15.制造电阻箱时，要用双线绕法，如图所示。当电流变化时双线绕组（）A．回路中一定有自感电动势产生 B．回路中一定没有自感电动势产生C．