2024-2025版高中物理第四章电磁感应12划时代的发现探究感应电流的产生条件课时练习含解析新人教版选修3-2

PAGE8-划时代的发觉探究感应电流的产生条件(25分钟·60分)一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)1.关于感应电流的产生,下列说法中正确的是()A.导体相对磁场运动,导体内肯定会产生感应电流B.导体做切割磁感线运动,导体内肯定会产生感应电流C.穿过闭合电路的磁通量发生改变,电路中肯定会产生感应电流D.闭合电路在磁场中做切割磁感线运动,电路中肯定会产生感应电流【解析】选C。导体相对磁场运动,若没有切割磁感线,则导体内不会产生感应电流,故选项A不符合题意;导体做切割磁感线运动时,能产生感应电动势,若导体所在电路不闭合,则导体中就没有感应电流,故选项B不符合题意;穿过闭合电路的磁通量发生改变,则闭合电路中就有感应电流,故选项C符合题意;导体做切割磁感线运动,不肯定有感应电流产生,只有当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时才有感应电流产生,故选项D不符合题意。2.条形磁铁竖直放置,闭合圆环水平放置,条形磁铁中心穿过圆环中心,如图所示。若圆环为弹性环,其形态由Ⅰ扩大到Ⅱ,那么圆环内磁通量的改变状况是 ()A.磁通量不变B.磁通量增大C.磁通量减小 D.条件不足,无法确定【解析】选C。磁感线是闭合曲线,磁铁内部穿过线圈的磁感线条数等于外部全部磁感线的总和,图中内部磁感线比外部多,外部的磁感线与内部的磁感线方向相反,外部的磁感线将内部的磁感线抵消,Ⅰ位置磁铁外部磁感线条数少,将内部磁感线抵消的少,则Ⅰ位置磁通量大,而Ⅱ位置磁铁外部磁感线条数多,将内部磁感线抵消的多,则Ⅱ位置磁通量小,故选C。3.如图所示,正方形金属线圈a和b的边长分别为l和2lA.1∶1B.1∶2C.1∶3D.1∶4【解析】选A。由于线圈平面与磁场方向垂直,故穿过该面的磁通量为:Φ=BS,边长为l的正方形金属线圈范围内有匀强磁场,所以磁场的区域面积为:S=l2,结合图可知,穿过两个线圈的磁感线的条数是相等的,所以磁通量都是:Φ=Bl2。与线圈的大小无关,故A正确,B、C、D错误。4.如图所示,无限大的水平匀强磁场B中,有一面积为S的矩形线圈,可绕竖直轴MN转动。关于穿过此线圈的磁通量,下列说法正确的是()A.当线圈平面与磁感线垂直时,磁通量为零B.当线圈平面与磁感线平行时,磁通量最大C.线圈绕轴MN转过90°的过程中,磁通量保持不变D.线圈绕轴MN转过90°的过程中,磁通量会发生改变【解析】选D。当线圈平面与磁感线垂直时,穿过线圈的磁通量最大,故A错误;当线圈平面与磁感线平行时,没有磁感线穿过线圈,穿过线圈的磁通量为零,故B错误;线圈在转动过程中,与磁感线垂直的有效面积在不断改变,所以磁通量在不断改变,故C错误,D正确。5.如图所示,条形磁铁竖直放置,闭合的金属线框从离磁铁较远的正上方,自上向下竖直地移动至N极上方旁边,此过程中穿过线框的磁通量的改变状况()A.始终变大 B.始终变小C.先变大后变小 D.先变小后变大【解析】选A。线圈在N极和S极旁边时,磁场较强,磁感线较密,穿过线圈的磁感线较多,磁通量较大,因此闭合的金属线框从离磁铁较远的正上方,自上向下竖直地移动至N极上方旁边,此过程中穿过线框的磁通量是始终增大,故A正确,B、C、D错误。【加固训练】如图所示,套在条形磁铁外的三个线圈,其面积S1>S2=S3,“1”和“2”在同一平面内,“3”线圈在磁铁的正中间。设各线圈中的磁通量依次为Φ1、Φ2、Φ3,则它们的大小关系是()A.Φ1>Φ2>Φ3 B.Φ1>Φ2=Φ3C.Φ1<Φ2<Φ3 D.Φ1<Φ2=Φ3【解析】选C。在条形磁铁内外都有磁场,套在条形磁铁外的三个线圈的磁通量为内部向左的磁通量减去外部向右的磁通量。而内部向左的磁通量相同,外部向右的磁通量越大,抵消越多,总磁通量越少,1、2在同一位置,1的外部面积大,则向右的磁通量大,故Φ2>Φ1,2、3面积一样,3位置外部B小,则外部向右磁通量小;则Φ3>Φ2;可知:Φ1<Φ2<Φ3,故C正确,A、B、D错误。6.(2024·西安高二检测)如图为一种早期发电机原理示意图,该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成,两磁极相对于线圈平面对称,在磁极绕转轴匀速转动过程中,磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧XOY运动(O是线圈中心)。则 ()A.从X到O,电流由E经G流向F,线圈的面积有收缩的趋势B.从X到O,电流由F经G流向E,线圈的面积有扩张的趋势C.从O到Y,电流由F经G流向E,线圈的面积有收缩的趋势D.从O到Y,电流由E经G流向F,线圈的面积有扩张的趋势【解析】选D。磁极绕转轴从X到O匀速转动时,穿过线圈平面的磁通量向上增大,从上往下看线圈中产生顺时针方向的感应电流,电流由F经G流向E,线圈的每部分受到指向圆心的安培力,线圈的面积有缩小的趋势,故A、B错误;磁极绕转轴从O到Y匀速转动时,穿过线圈平面的磁通量向上减小,从上往下看线圈中产生逆时针方向的感应电流,电流由E经G流向F,线圈的每部分受到背离圆心的安培力,所以线圈的面积有扩大的趋势,故C错误,D正确。【加固训练】如图所示,直导线MN竖直放置并通以向上的电流I,矩形金属线框abcd与MN处在同一平面,边ab与MN平行,则 ()A.线框向左平移时,线框中有感应电流B.线框竖直向上平移时,线框中有感应电流C.线框以MN为轴转动时,线框中有感应电流D.MN中电流突然改变时,线框中无感应电流【解析】选A。由于导线中有恒定的I,由距导线越远的地方磁场越弱,则穿过线框的磁通量越小,故当线框向左平移时,由于靠近导线,穿过线框的磁通量增加,线框中将产生感应电流,故A正确;当线框竖直向上平移时,由于线框与导线的距离没有发生改变,故穿过线框的磁通量没有发生改变,线框中不会产生感应电流,故B错误;线框以MN为轴转动时,由于线框距导线的距离没有发生改变,则线框中磁通量也没有随之改变,故没有感应电流产生,故C错误;当MN中电流改变时,由电流产生的磁场随之发生改变,所以穿过线框的磁通量发生改变,线框中产生感应电流,故D错误。二、非选择题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)7.(12分)法拉第把两个线圈绕在一个铁环上,如图甲所示,线圈A的电路在开关S接触或断开的瞬间,线圈B中产生瞬时电流。法拉第发觉,铁环并不是必需的,拿走铁环,再做这个试验,电磁感应现象仍旧发生。只是线圈B中的电流弱些,如图乙所示。思索:(1)为什么在开关断开和闭合的瞬间线圈B中有感应电流产生?(2)开关断开或者闭合以后线圈B中还有电流产生吗?(3)你能否由此总结出产生感应电流的条件?【解题指南】(1)铁环的作用是使磁通量及其改变大。(2)产生感应电流的条件是电路闭合和穿过电路的磁通量改变。【解析】(1)开关断开和闭合时,A电路中电流发生改变,从而使A线圈产生的磁场发生改变,穿过B线圈的磁通量发生改变,从而使B中产生感应电流。(2)当开关断开或闭合后,A电路稳定,四周的磁场不发生改变,穿过B线圈的磁通量不改变,B线圈中无感应电流产生。(3)产生感应电流需两个条件:①闭合电路;②磁通量发生改变。答案:见解析8.(12分)边长为10cm、匝数为10的正方形线圈,垂直于磁感应强度B的方向置于0.2T的匀强磁场中。试求:(1)图示位置时,穿过线圈的磁通量为多少?(2)若将线圈以一边为轴转过60°,则穿过线圈的磁通量为多少?(3)若将线圈以一边为轴转过180°,则穿过线圈的磁通量改变了多少?【解析】(1)正方形线圈的面积S=L2=10-2m图示位置时,磁场与线圈垂直,穿过线圈的磁通量Φ1=BS=2×10-3Wb。(2)将线圈以一边为轴转过60°,磁场与线圈夹角为30°,穿过线圈的磁通量Φ2=BScos60°=1×10-3Wb。(3)将线圈以一边为轴转过180°,则穿过线圈的磁通量改变ΔΦ=2BS=4×10-3Wb。答案:(1)2×10-3Wb(2)1×10-3Wb(3)4×10-3Wb(15分钟·40分)9.(6分)如图,在同一竖直平面内,彼此绝缘的长直通电导线与椭圆形线圈的长轴重合,直导线中电流恒定。下列运动中,线圈内有感应电流产生的是 ()A.直导线水平向外平移B.直导线以椭圆的中心为轴顺时针旋转C.椭圆形线圈向下平移D.椭圆形线圈向左平移【解析】选C。由题可知,通电直导线将椭圆线圈平分,所以线圈中的磁通量为0,当直导线水平向外平移时,线圈中的磁通量还是0,磁通量没有发生改变,所以不会产生感应电流,故A错误;同理,直导线以椭圆的中心为轴顺时针旋转过程中,始终平分椭圆线圈,所以线圈的磁通量为0,磁通量没有发生改变,所以不会产生感应电流,故B错误;当椭圆形线圈向下平移时,线圈上半部分面积减小,下半部分面积增大,导致线圈磁通量发生改变,所以会产生感应电流,故C正确;当椭圆形线圈向左平移时,线圈的磁通量还是0,即磁通量没有发生改变,所以不会产生感应电流,故D错误。10.(6分)(多选)足够大的桌面有垂直桌面对下的匀强磁场B,一L×2L的线圈一半在桌面上,AB(长L)边和桌边平行,以AB边为轴旋转线圈,关于线圈的说法正确的有 ()A.线圈没有旋转时的磁通量等于BL2B.线圈旋转60°时的磁通量等于BL2C.线圈从起先到旋转120°的过程中磁通量没有改变D.线圈从起先到旋转180°的过程中磁通量的改变量等于3BL2【解析】选A、B、D。依据Φ=BS可知,线圈没有旋转时的磁通量等于BL2,选项A正确;线圈旋转60°时的磁通量:B∙L∙2Lcos60°=BL2,选项B正确;线圈从起先到旋转120°的过程中磁通量改变了:B∙L∙2Lcos60°-(-BL2)=2BL2,选项C错误;线圈从起先到旋转180°的过程中磁通量的改变量等于B∙L∙2L-(-BL2)=3BL2,选项D正确;故选A、B、D。【加固训练】如图所示,矩形线圈abcd放置在水平面内,磁场方向与水平方向成α角,sinα=,cosα=,回路面积为S,匀强磁场的磁感应强度为B,则通过线框的磁通量为 ()A.BSB.BSC.BSD.BS【解析】选C。矩形线圈abcd水平放置,匀强磁场方向与水平方向成α角向上,因此可将磁感应强度沿水平方向与竖直方向分解,所以B⊥=Bsinα=B,则穿过矩形线圈的磁通量是Φ=B⊥S=BS,因此A、B、D错误;C正确。11.(6分)如图所示,弹簧上端固定,下端悬挂一个磁铁,磁铁正下方有一固定的闭合线圈。现将磁铁托起到某一高度后放开,使磁铁上下振动时穿过它,磁铁会很快停下来。关于此现象,下列说法正确的是 ()A.磁铁上下振动过程中,线圈中会产生感应电流B.磁铁上下振动过程中,线圈中不会产生感应电流C.磁铁上下振动过程中,磁铁与弹簧组成的系统机械能不变D.磁铁上下振动过程中,磁铁与弹簧组成的系统机械能增加【解析】选A。磁铁上下振动过程中,穿过线圈的磁通量发生改变,则线圈中会产生感应电流,选项A正确,选项B错误;磁铁上下振动过程中,由于有电能产生,可知磁铁与弹簧组成的系统机械能减小,选项C、D错误。12.(22分)矩形线框abcd的边长分别为l1、l2,可绕它的一条对称轴OO′转动,匀强磁场的磁感应强度为B,方向与OO′垂直,初位置时线框平面与B平行,如图所示(1)初位置时穿过线框的磁通量Φ0为多少?(2)当线框沿如图所示方向绕过60°时,磁通量Φ2为多少?这一过程中磁通量的改变ΔΦ1为多少?(3)当线框绕轴沿图示方向由(2)问中的位置再转过60°位置时,磁通量Φ3为多少?这一过程中ΔΦ2=Φ3-Φ2为多少?【解析】本题的关键是分析矩形线框的平面是否与B垂直,只有垂直时才能应用Φ=B·S,不垂直时S为面积沿与B垂直方向投影,为能清楚地视察面积与B夹角的状况,可作