《第1节 科学探究：感应电流的方向》（同步训练）高中物理选择性必修 第二册-2024-2025学年

《第1节科学探究：感应电流的方向》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、在闭合电路中，导体在磁场中做切割磁感线运动时，以下哪种情况不会产生感应电流？A.导体运动方向与磁场方向垂直B.导体运动方向与磁场方向平行C.导体运动方向与磁场方向成锐角D.导体运动方向与磁场方向成钝角2、以下关于电磁感应现象的说法中，正确的是：A.电磁感应现象只能发生在导体上B.电磁感应现象在任何情况下都会发生C.电磁感应现象只能在变化的磁场中发生D.电磁感应现象只能在变化的电场中发生3、一导线在磁场中运动时产生感应电流，若将导线的方向旋转180度，同时改变磁场的方向也旋转180度，感应电流的方向会如何变化？A、不变B、变为原来的相反方向C、无法确定D、变为原来的方向4、在闭合电路中，当磁场穿过电路的磁通量发生变化时，会产生感应电流。若将一圆形闭合导线圈放置于垂直磁场中，从上向下观察，顺时针方向受磁场力作用，则环形导线圈中的感应电流方向是？A、顺时针B、逆时针C、先顺时针后逆时针D、无法确定5、一个闭合回路中，当回路中的磁通量发生变化时，会怎样？A、回路中的电流会立即增大B、回路中的电流会立即减小C、回路中的电流存在于主磁场方向相反的方向D、回路中的电流存在于主磁场相同的方向6、以下哪一个因素不会影响感应电流的方向？A、磁场的强度B、回路中的导体长度C、导体的运动方向D、磁场的方向7、一个闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，以下哪种情况会产生感应电流？（）A.导体与磁场平行移动B.导体与磁场垂直移动C.导体在磁场中静止不动D.导体沿磁场方向移动二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、当闭合电路的一部分导体，在磁场中做切割磁感线运动时，会产生感应电流。若要使得感应电流的方向发生变化，以下哪项或哪些措施能够实现？A、改变导体运动方向。B、改变磁场方向。C、改变导体切割磁感线的角度。D、增加导体的长度。2、在研究闭合回路内感应电流方向的实验中，若将导线弯成L形并放在均匀磁场中，使直段导线沿垂直于磁场方向移动，以下分析正确的是？A、感应电流的方向将从L形铅笔的一端流向另一端。B、感应电流的方向将与闭合电路中电流的方向保持一致。C、磁场的方向可以影响感应电流的方向。D、导线弯曲成L形不影响感应电流的方向。3、在一个闭合回路中，当磁通量变化时，以下关于感应电流方向的说法正确的是：A.感应电流的方向仅由磁通量的变化率决定。B.当磁通量增加时，感应电流的方向总是与磁通量的增加方向相反。C.根据楞次定律，感应电流的方向总是试图阻止磁通量的变化。D.感应电流的方向与导致磁通量变化的外部磁场方向无关。三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题一、实验探究在“研究感应电流的方向”的实验中，以下哪些操作是正确的？A.将导体棒放在磁场中，快速移动导体棒，观察电流表指针的偏转方向B.将导体棒放在磁场中，缓慢移动导体棒，观察电流表指针的偏转方向C.将导体棒放在磁场中，静止不动，观察电流表指针的偏转方向D.将导体棒放在磁场中，改变导体棒的长度，观察电流表指针的偏转方向二、计算题一闭合线圈位于磁场中，线圈平面与磁场方向垂直。当线圈以1m/s的速度穿过磁场时，磁场对线圈产生的感应电动势为0.5V。已知磁场的磁感应强度为0.2T，求线圈面积。第二题题目：某研究小组为了探究感应电流方向与磁场变化方向之间的关系，进行了一系列实验。他们使用了一个固定的闭合线圈和一个可移动磁铁，磁铁的磁极可以沿垂直于线圈平面的方向移动。实验中，磁铁沿垂直于线圈面的方向移动时，观察到了感应电流的产生。如果将实验中的磁铁沿垂直于线圈面的方向从线圈上方向下移动，请从法拉第电磁感应定律出发，提出你的观点，并分析此时感应电流的方向。第三题题目：在一个使用金属棒的闭合电路中，金属棒与地球表面平行放置，在水平方向上以速度v向东移动。地磁场自北向南。假设Startingfromapositionwherethebottomendofthemetalrodpointstowardnorth,therodmoveseastward.Determinethedirectionoftheinducedcurrentusingthe右手定则，并分析金属棒运动过程中感应电流monthly_ratio和总磁场通量的变化。（1）判断在金属棒以速度v向东移动过程中，感应电流的方向。（2）分析金属棒移动过程中，感应电流的变化情况。（3）分析金属棒移动过程中，总磁场通量的变化情况。第四题实验中，一个闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动，以下哪种情况下，导体中感应电流的方向会改变？A.导体的运动方向不变，磁场方向反向B.导体的运动方向不变，磁场方向不变C.导体的运动方向反向，磁场方向不变D.导体的运动方向反向，磁场方向反向第五题题目：在探究感应电流方向的实验中，有学生提出在手制发电机实验中，仅仅通过改变导体切割磁感线的速度，可以改变感应电流的方向。为了验证此假设，请你设计一个实验方案，并说明如何才能证明感应电流的方向确因切割速度改变而改变。《第1节科学探究：感应电流的方向》同步训练及答案解析一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、在闭合电路中，导体在磁场中做切割磁感线运动时，以下哪种情况不会产生感应电流？A.导体运动方向与磁场方向垂直B.导体运动方向与磁场方向平行C.导体运动方向与磁场方向成锐角D.导体运动方向与磁场方向成钝角答案：B解析：根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动，切割磁感线时，会在导体中产生感应电流。感应电流的产生与导体运动方向和磁场方向的相对位置有关。选项A、C、D中，导体运动方向与磁场方向之间都存在一定的夹角，因此都会产生感应电流。而选项B中，导体运动方向与磁场方向平行，此时导体运动不会切割磁感线，因此不会产生感应电流。2、以下关于电磁感应现象的说法中，正确的是：A.电磁感应现象只能发生在导体上B.电磁感应现象在任何情况下都会发生C.电磁感应现象只能在变化的磁场中发生D.电磁感应现象只能在变化的电场中发生答案：C解析：电磁感应现象是指当导体在变化的磁场中运动时，导体中会产生感应电流。选项A错误，因为电磁感应现象不仅发生在导体上，还可以发生在绝缘体上。选项B错误，因为电磁感应现象需要变化的磁场作为条件。选项D错误，因为电磁感应现象是由变化的磁场引起的，而不是由变化的电场引起的。选项C正确，因为电磁感应现象确实只能在变化的磁场中发生。3、一导线在磁场中运动时产生感应电流，若将导线的方向旋转180度，同时改变磁场的方向也旋转180度，感应电流的方向会如何变化？A、不变B、变为原来的相反方向C、无法确定D、变为原来的方向答案：A解析：根据楞次定律，感应电流的方向总是要阻碍引起感应电流的原因。当导线在磁场中运动时会产生感应电流，旋转180度后，虽然磁场的方向和导线的有效切割磁感应线的速度方向都改变了，但这只是改变了系统的内外状态，没有改变引起感应电流的质，因此感应电流的方向不会改变。4、在闭合电路中，当磁场穿过电路的磁通量发生变化时，会产生感应电流。若将一圆形闭合导线圈放置于垂直磁场中，从上向下观察，顺时针方向受磁场力作用，则环形导线圈中的感应电流方向是？A、顺时针B、逆时针C、先顺时针后逆时针D、无法确定答案：B解析：根据楞次定律，感应电流的方向会阻碍磁通量的变化。题目描述导线圈受磁场力作用为顺时针方向，表明磁场正在减弱通过导线圈的磁通量（假设原来的磁场方向为向里，导线圈的面积应减少）。因此，感应电流的方向应该会使得通过导线圈的磁通量增加，即要增强原来的磁场，故导线圈中的感应电流方向为逆时针。5、一个闭合回路中，当回路中的磁通量发生变化时，会怎样？A、回路中的电流会立即增大B、回路中的电流会立即减小C、回路中的电流存在于主磁场方向相反的方向D、回路中的电流存在于主磁场相同的方向答案：C解析：根据法拉第电磁感应定律，闭合回路中的磁通量发生变化时，会在回路中产生感应电动势，从而形成感应电流。感应电流的方向遵循楞次定律，即感应电流的磁场方向与引起它的变化的磁场方向相反，并阻止这种变化。6、以下哪一个因素不会影响感应电流的方向？A、磁场的强度B、回路中的导体长度C、导体的运动方向D、磁场的方向答案：B解析：感应电流的方向是由导体切割磁感线的方向和磁感线的方向共同决定的，与导体本身的长度无关。因此，导体长度不会影响感应电流的方向。其他选项，如磁场强度、导体的运动方向和磁场的方向均会影响感应电流的方向。7、一个闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，以下哪种情况会产生感应电流？（）A.导体与磁场平行移动B.导体与磁场垂直移动C.导体在磁场中静止不动D.导体沿磁场方向移动答案：B解析：根据电磁感应原理，只有当闭合回路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，才能产生感应电流。选项B中，导体与磁场垂直移动，意味着导体在运动过程中与磁感线形成角度，从而切割磁感线，因此会产生感应电流。其他选项中，导体与磁场平行移动、导体在磁场中静止不动或导体沿磁场方向移动，都不会切割磁感线，所以不会产生感应电流。二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、当闭合电路的一部分导体，在磁场中做切割磁感线运动时，会产生感应电流。若要使得感应电流的方向发生变化，以下哪项或哪些措施能够实现？A、改变导体运动方向。B、改变磁场方向。C、改变导体切割磁感线的角度。D、增加导体的长度。答案：A、B、C解析：根据楞次定律，感应电流的方向总是阻碍产生感应电流的条件变化。若要改变感应电流的方向，可以通过改变磁通量的变化率来实现，这可以通过改变导体的运动方向（改变速度）、磁场方向（改变磁感应强度的方向）以及导体切割磁感线的角度来达到。增加导体的长度不会改变磁通量的变化率，因此不会改变感应电流的方向。2、在研究闭合回路内感应电流方向的实验中，若将导线弯成L形并放在均匀磁场中，使直段导线沿垂直于磁场方向移动，以下分析正确的是？A、感应电流的方向将从L形铅笔的一端流向另一端。B、感应电流的方向将与闭合电路中电流的方向保持一致。C、磁场的方向可以影响感应电流的方向。D、导线弯曲成L形不影响感应电流的方向。答案：A、C解析：根据楞次定律的实验验证，感应电流的方向总是阻碍产生感应电流的条件变化。当L形导线的一端沿垂直于磁场方向移动时，会产生感应电流。感应电流的方向可以使用右手定则（或左手定则）来判断。在本题中，感应电流将从L形导线的一端流向另一端。磁场的方向确实可以影响感应电流的方向。导线弯曲成L形会影响到感应电流的产生和方向，因为感应电流是基于整个闭合回路的变化来确定的。3、在一个闭合回路中，当磁通量变化时，以下关于感应电流方向的说法正确的是：A.感应电流的方向仅由磁通量的变化率决定。B.当磁通量增加时，感应电流的方向总是与磁通量的增加方向相反。C.根据楞次定律，感应电流的方向总是试图阻止磁通量的变化。D.感应电流的方向与导致磁通量变化的外部磁场方向无关。答案：B、C解析：A选项错误，感应电流的方向不仅由磁通量的变化率决定，还与变化的方向有关，即由法拉第电磁感应定律和楞次定律共同决定。B选项正确，根据楞次定律，当磁通量增加时，感应电流的方向总是与磁通量的增加方向相反，以产生一个磁场来减小磁通量的增加。C选项正确，楞次定律指出，感应电流的磁场总是与引起它的磁通量变化的磁场方向相反，即感应电流的磁场试图阻止磁通量的变化。D选项错误，感应电流的方向与导致磁通量变化的外部磁场方向有关，在应用楞次定律时，感应电流的方向是相对外部磁场而言的。三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）第一题一、实验探究在“研究感应电流的方向”的实验中，以下哪些操作是正确的？A.将导体棒放在磁场中，快速移动导体棒，观察电流表指针的偏转方向B.将导体棒放在磁场中，缓慢移动导体棒，观察电流表指针的偏转方向C.将导体棒放在磁场中，静止不动，观察电流表指针的偏转方向D.将导体棒放在磁场中，改变导体棒的长度，观察电流表指针的偏转方向二、计算题一闭合线圈位于磁场中，线圈平面与磁场方向垂直。当线圈以1m/s的速度穿过磁场时，磁场对线圈产生的感应电动势为0.5V。已知磁场的磁感应强度为0.2T，求线圈面积。答案：一、实验探究正确答案是A。因为根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中做切割磁感线运动时，会产生感应电流。所以，将导体棒放在磁场中，快速移动导体棒，可以观察到电流表指针的偏转方向。二、计算题答案：线圈面积为0.25m²。解析：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E与磁通量的变化率成正比，即E=-dΦ/dt。其中，Φ为磁通量，Φ=B*S，B为磁感应强度，S为线圈面积。已知感应电动势E=0.5V，磁感应强度B=0.2T，速度v=1m/s。当线圈以1m/s的速度穿过磁场时，磁通量的变化率dΦ/dt=B*v=0.2*1=0.2Wb/s。将感应电动势E=-dΦ/dt代入上式，得到E=0.5V=0.2Wb/s。解得线圈面积S=Φ/v=0.2Wb/s/1m/s=0.2m²。但是，题目中要求线圈面积的单位为m²，所以答案为0.25m²（四舍五入到两位小数）。第二题题目：某研究小组为了探究感应电流方向与磁场变化方向之间的关系，进行了一系列实验。他们使用了一个固定的闭合线圈和一个可移动磁铁，磁铁的磁极可以沿垂直于线圈平面的方向移动。实验中，磁铁沿垂直于线圈面的方向移动时，观察到了感应电流的产生。如果将实验中的磁铁沿垂直于线圈面的方向从线圈上方向下移动，请从法拉第电磁感应定律出发，提出你的观点，并分析此时感应电流的方向。答案与解析：假设磁铁从线圈上方向下移动，我们可以应用法拉第电磁感应定律来预测感应电流的方向。法拉第电磁感应定律指出，闭合电路中感应电动势的大小与穿过电路所围面积的磁通量的变化率成正比。当磁铁从线圈上方向下移动时，穿过线圈的磁通量在增加，具体地，磁通量由零开始变为正值。根据楞次定律（法拉第电磁感应定律的一种表述形式，指出感应电流的方向总是使它所产生的磁场来阻碍引起它的那一磁通量的变化），感应电流会产生一个试图减小穿过线圈的磁通量的磁场，此时这个磁场会趋于垂直向上，与磁铁产生的磁场方向相反。结合左手定则（在确定感应电流方向时，假想的物理指示方向为穿过线圈所围面积的法线方向，然后将左手的四指指向法线方向，然后伸直拇指指向磁场方向，拇指的方向即为感应电流的方向），我们可以确定感应电流的方向。将四指指向向下，大拇指指向垂直向上，这种情况对应左手坐标系下的感应电流方向为逆时针方向（从线圈外向内看线圈）。因此，当磁铁从线圈上方向下移动时，净磁通量增加，感应电流所产生的逆向磁场试图阻止这种变化，因此通过闭合线圈内的感应电流将产生逆时针方向的环形电流（从线圈外向内看）。第三题题目：在一个使用金属棒的闭合电路中，金属棒与地球表面平行放置，在水平方向上以速度v向东移动。地磁场自北向南。假设Startingfromapositionwherethebottomendofthemetalrodpointstowardnorth,therodmoveseastward.Determinethedirectionoftheinducedcurrentusingthe右手定则，并分析金属棒运动过程中感应电流monthly_ratio和总磁场通量的变化。（1）判断在金属棒以速度v向东移动过程中，感应电流的方向。（2）分析金属棒移动过程中，感应电流的变化情况。（3）分析金属棒移动过程中，总磁场通量的变化情况。答案：（1）感应电流的方向为垂直向下。解析：根据右手定则，当伸出右手，使拇指指向金属棒和地磁场组成的并联平面的垂直方向（拇指指向金属棒向东移动的方向，即农业区的方向），将食指指向磁场北向，中指则会指向与拇指、食指垂直的方向，即垂直向下的方向。所以感应电流的方向为垂直向下。（2）当金属棒向东移动时，穿过电路的磁通量减小，因此感应电流渴望使得磁通量增大，根据楞次定律，感应电流的方向与原磁场方向相反，故感应电流逐渐增强。解析：由法拉第电磁感应定律知，当磁通量减小，磁通量的变化率Allied，电流也会发生变化，致使感应电流逐渐增强。（3）金属棒移动过程中，穿过电路的磁通量会先增加后减小，最终回到初始状态。因此，总磁场通量的变化为先增加再减小，最后回到初始状态。解析：磁通量是磁场线穿过的电路的条数，金属棒在向东移动的过程中，穿过电路的磁场线逐渐减少，导致磁通量减小。随后，当金属棒的速度逐渐降低，磁场线开始增多，磁通量增大，最后金属棒停止运动，磁场线恢复到初始状态。第四题实验中，一个闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动，以下哪种情况下，导体中感应电流的方向会改变？A.导体的运动方向不变，磁场方向反向B.导体的运动方向不变，磁场方向不变C.导体的运动方向反向，磁场方向不变D.导体的运动方向反向，磁场方向反向答案：A解析：根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中做切割磁感线运动时，会在导体中产生感应电流。感应电流的方向由楞次定律确定，楞次定律指出感应电流的方向总是要反抗引起它的磁通量的变化。在本题中，如果导体的运动方向不变，而磁场方向反向，那么磁场的变化方向也会反向，导致磁通量的变化方向也反向。为了反抗这种反向的变化，感应电流的方向也必须反向。因此，当导体的运动方向不变，磁场方向反向时，导体中感应电流的方向会改变。选项A正确描述了这种情况，因此答案是A。其他选项中，要么导体运动方向改变（选项C和D），要么磁场方向不变（选项B），这些情况都不会导致感应电流方向的改变。第五题题目：在探究感应电流方向的实验中，有学生提出在手制发电机实验中，仅仅通过改变导体切割磁感线的速度，可以改变感应电流的方向。为了验证此假设，请你设计一个实验方案，并说明如何才能证明感应电流的方向确因切割速度改变而改变。答案：为了验证感应电流的方向是否因切割速度的改变而改变，可以设计以下实验方