2022年高中物理 第1章 第1、2节 电磁感应的发现 感应电流产生的条件课时作业 教科版选修3-2

2022年高中物理 第1章 第1、2节 电磁感应的发现 感应电流产生的条件课时作业 教科版选修3-21法拉第把引起电流的原因概括为五类，它们都与变化和运动相联系，即：变化中的电流、变化中的磁场、运动中的恒定电流、运动中的磁铁、运动中的导体2感应电流的产生条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化时，这个闭合电路中就有感应电流产生3在物理学的发展过程中，许多物理学家的科学发现推动了人类历史的进步，在对以下几位物理学家所做科学贡献的叙述中，不正确的说法是()A库仑发现了电流的磁效应B爱因斯坦创立了相对论C法拉第发现了电磁感应现象D牛顿提出了万有引力定律奠定了天体力学的基础答案A解析奥斯特发现电流的磁效应，A错误，B、C、D项正确4关于磁通量，下列说法中正确的是()A磁通量不仅有大小，而且有方向，所以是矢量B磁通量越大，磁感应强度越大C通过某一面的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零D磁通量就是磁感应强度答案C解析磁通量是标量，故A不对；由BS可知由B和S两个因素决定，较大，有可能是由于S较大造成的，所以磁通量越大，磁感应强度越大是错误的，故B不对；由BS可知，当线圈平面与磁场方向平行时，S0，0，但磁感应强度B不为零，故C对；磁通量和磁感应强度是两个不同的物理量，故D不对5如图所示，用导线做成圆形或正方形回路，这些回路与一直导线构成几种位置组合(彼此绝缘)，下列组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生的是()答案CD解析利用安培定则判断直线电流产生的磁场，其磁感线是一些以直导线为轴的无数组同心圆，即磁感线所在平面均垂直于导线，且直线电流产生的磁场分布情况是：靠近直导线处磁场强，远离直导线处磁场弱所以，A中穿过圆形线圈的磁场如图甲所示，其有效磁通量为A出进0，且始终为0，即使切断导线中的电流，A也始终为0，A中不可能产生感应电流B中线圈平面与导线的磁场平行，穿过B的磁通量也始终为0，B中也不能产生感应电流C中穿过线圈的磁通量如图乙所示，进出，即C0，当切断导线中电流后，经过一定时间，穿过线圈的磁通量C减小为0，所以C中有感应电流产生；D中线圈的磁通量D不为0，当电流切断后，D最终也减小为0，所以D中也有感应电流产生【概念规律练】知识点一磁通量的理解及其计算1如图1所示，有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L0.20 m的正方形，放在磁感应强度为B0.50 T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形(横截面的周长不变)，在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？图1答案5.5103 Wb解析线圈横截面为正方形时的面积S1L2(0.20)2 m24.0102 m2.穿过线圈的磁通量1BS10.504.0102 Wb2.0102 Wb横截面形状为圆形时，其半径r4L/22L/.截面积大小S2(2L/)2 m2穿过线圈的磁通量2BS20.504/(25) Wb2.55102 Wb.所以，磁通量的变化21(2.552.0)102 Wb5.5103 Wb点评磁通量BS的计算有几点要注意：(1)S是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积；B是匀强磁场中的磁感应强度(2)磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响同理，磁通量的变化量21也不受线圈匝数的影响所以，直接用公式求、时，不必去考虑线圈匝数n.2如图2所示，线圈平面与水平方向成角，磁感线竖直向下，设磁感应强度为B，线圈面积为S，则穿过线圈的磁通量_.图2答案BScos 解析线圈平面abcd与磁场不垂直，不能直接用公式BS计算，可以用不同的分解方法进行可以将平面abcd向垂直于磁感应强度的方向投影，使用投影面积；也可以将磁感应强度沿垂直于平面和平行于平面正交分解，使用磁感应强度的垂直分量解法一：把面积S投影到与磁场B垂直的方向，即水平方向abcd，则SScos ，故BSBScos .解法二：把磁场B分解为平行于线圈平面的分量B和垂直于线圈平面的分量B，显然B不穿过线圈，且BBcos ，故BSBScos .点评在应用公式BS计算磁通量时，要特别注意BS的条件，应根据实际情况选择不同的方法，千万不要乱套公式知识点二感应电流产生的条件3下列情况能产生感应电流的是()图3A如图甲所示，导体AB顺着磁感线运动B如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时C如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时D如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时答案BD解析A中导体棒顺着磁感线运动，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化无感应电流，故A错；B中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加，拔出时线圈中的磁通量减少，都有感应电流，故B正确；C中开关S一直接通，回路中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，线圈中不产生感应电流，故C错；D中开关S接通滑动变阻器的阻值变化使闭合回路中的电流变化，螺线管A的磁场变化，螺线管B中磁通量变化，线圈中产生感应电流，故D正确点评电路闭合，磁通量变化，是产生感应电流的两个必要条件，缺一不可电路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过电路的磁通量尽管很大但不变化，那么无论有多大，都不会产生感应电流4如图4所示，线圈与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈与电流计G相连，线圈与线圈绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计G中有示数的是()图4A开关闭合瞬间B开关闭合一段时间后C开关闭合一段时间后，来回移动变阻器滑动端D开关断开瞬间答案ACD解析A中开关闭合前，线圈、中均无磁场，开关闭合瞬间，线圈中电流从无到有形成磁场，穿过线圈的磁通量从无到有，线圈中产生感应电流，电流计G有示数故A正确B中开关闭合一段时间后，线圈中电流稳定不变，电流的磁场不变，此时线圈虽有磁通量但磁通量稳定不变，线圈中无感应电流产生，电流计G中无示数故B错误C中开关闭合一段时间后，来回移动滑动变阻器滑动端，电阻变化，线圈中的电流变化，电流形成的磁场也发生变化，穿过线圈的磁通量也发生变化，线圈中有感应电流产生，电流计G中有示数故C正确D中开关断开瞬间，线圈中电流从有到无，电流的磁场也从有到无，穿过线圈的磁通量也从有到无发生变化，线圈中有感应电流产生，电流计G中有示数故D正确点评变化的电流引起闭合线圈中磁通量的变化，是产生感应电流的一种情况【方法技巧练】一、磁通量变化量的求解方法5面积为S的矩形线框abcd，处在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框平面成角(如图5所示)，当线框以ab为轴顺时针转90时，穿过abcd面的磁通量变化量_.图5答案BS(cos sin )解析磁通量由磁感应强度矢量在垂直于线框面上的分量决定开始时B与线框面成角，磁通量为BSsin ；线框面按题意方向转动时，磁通量减少，当转动90时，磁通量变为“负”值，2BScos .可见，磁通量的变化量为21BScos BSsin BS(cos sin )实际上，在线框转过90的过程中，穿过线框的磁通量是由正向BSsin 减小到零，再由零增大到负向BScos .方法总结磁通量虽是标量，但有正、负，正、负号仅表示磁感线从不同的方向穿过平面，不表示大小6如图6所示，通电直导线下边有一个矩形线框，线框平面与直导线共面若使线框逐渐远离(平动)通电导线，则穿过线框的磁通量将()图6A逐渐增大 B逐渐减小C保持不变 D不能确定答案B解析当矩形线框在线框与直导线决定的平面内逐渐远离通电导线平动时，由于离开导线越远，磁场越弱，而线框的面积不变，则穿过线框的磁通量将减小，所以B正确方法总结引起磁通量变化一般有四种情况(1)磁感应强度B不变，有效面积S变化，则t0BS(如知识点一中的1题)(2)磁感应强度B变化，磁感线穿过的有效面积S不变，则t0BS(如此题)(3)线圈平面与磁场方向的夹角发生变化时，即线圈在垂直于磁场方向的投影面积SSsin 发生变化，从而引起穿过线圈的磁通量发生变化，即B、S不变，变化(如此栏目中的5题)(4)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化的情况，则t0BS二、感应电流有无的判断方法7如图7所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是()图7A线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动B线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动C线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动D线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动答案C解析四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，磁通量为零，按A、B、D三种情况线圈移动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流C中线圈转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以产生感应电流，C项正确方法总结(1)判断有无感应电流产生的关键是抓住两个条件：电路是否为闭合电路；穿过电路本身的磁通量是否发生变化，其主要内涵体现在“变化”二字上电路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，如果穿过电路的磁通量很大但不变化，那么不论有多大，也不会产生感应电流(2)分析磁通量是否变化时，既要弄清楚磁场的磁感线分布，又要注意引起磁通量变化的三种情况：由于线框所在处的磁场变化引起磁通量变化；由于线框所在垂直于磁场方向的投影面积变化引起磁通量变化；有可能是磁场及其垂直于磁场的面积都发生变化8下列情况中都是线框在磁场中切割磁感线运动，其中线框中有感应电流的是()答案BC解析A中虽然导体“切割”了磁感线，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流B中导体框的一部分导体“切割”了磁感线，穿过线框的磁感线条数越来越少，线框中有感应电流C中虽然与A近似，但由于是非匀强磁场运动过程中，穿过线框的磁感线条数增加，线框中有感应电流D中线框尽管是部分切割，但磁感线条数不变，无感应电流，故选B、C.方法总结在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：导体是否将磁感线“割断”，如果没有“割断”就不能说切割如下图所示，甲、乙两图中，导线是真“切割”，而图丙中，导体没有切割磁感线即使导体真“切割”了磁感线，也不能保证就能产生感应电流例如上题中A、D选项情况，如果由切割不容易判断，还是要回归到磁通量是否变化上去1下列现象中，属于电磁感应现象的是()A小磁针在通电导线附近发生偏转B通电线圈在磁场中转动C因闭合线圈在磁场中运动而产生的电流D磁铁吸引小磁针答案C解析电磁感应是指“磁生电”的现象，而小磁针和通电线圈在磁场中转动，反映了磁场力的性质，所以A、B、D不是电磁感应现象，C是电磁感应现象2在电磁感应现象中，下列说法正确的是()A导体相对磁场运动，导体内一定产生感应电流B导体做切割磁感线运动，导体内一定会产生感应电流C闭合电路在磁场内做切割磁感线运动，导体内一定会产生感应电流D穿过闭合电路的磁通量发生变化，在电路中一定会产生感应电流答案D解析本题的关键是理解产生感应电流的条件首先是“闭合电路”，A、B两项中电路是否闭合不确定，故A、B两项错误；其次当电路闭合时，只有一部分导体切割磁感线才产生感应电流，C项错误；当闭合电路中磁通量发生变化时，电路中产生感应电流，D项正确故正确答案为D.3一个闭合线圈中没有感应电流产生，由此可以得出()A此时此地一定没有磁场B此时此地一定没有磁场的变化C穿过线圈平面的磁感线条数一定没有变化D穿过线圈平面的磁通量一定没有变化答案D解析磁感线条数不变不等于磁通量不变4如图8所示，通电螺线管水平固定，OO为其轴线，a、b、c三点在该轴线上，在这三点处各放一个完全相同的小圆环，且各圆环平面垂直于OO轴则关于这三点的磁感应强度Ba、Bb、Bc的大小关系及穿过三个小圆环的磁通量a、b、c的大小关系，下列判断正确的是()图8ABaBbBc，abcBBaBbBc，abBbBc，abcDBaBbBc，abc答案C解析根据通电螺线管产生的磁场特点可知BaBbBc，由BS可得abc.故C正确4如图8所示，通电螺线管水平固定，OO为其轴线，a、b、c三点在该轴线上，在这三点处各放一个完全相同的小圆环，且各圆环平面垂直于OO轴则关于这三点的磁感应强度Ba、Bb、Bc的大小关系及穿过三个小圆环的磁通量a、b、c的大小关系，下列判断正确的是()图9ABS B4BS/5C3BS/5 D3BS/4答案B解析通过线框的磁通量BSsin BS.6如图10所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电导线ef，已知ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，电流产生的磁场穿过圆面积的磁通量将()图10A逐渐增大 B逐渐减小C始终为零 D不为零，但保持不变答案C解析导线ef周围的磁场是以ef为圆心的一系列同心圆，水平面上的圆上的不同点到ef的距离不同，相当于在半径不同的圆周上，由于efab，且ef与ab在同一竖直平面内，因而ef产生的磁场方向正好在ab两侧且对称地从一边穿入从另一边对称穿出，净剩磁感线条数为零，因而穿过圆的磁通量为零，当ef向上平移时，穿过圆的磁通量仍为零7如图11所示，矩形闭合导线与匀强磁场垂直，一定产生感应电流的是()图11A垂直于纸面平动B以一条边为轴转动C线圈形状逐渐变为圆形D沿与磁场垂直的方向平动答案BC8在如图所示的各图中，闭合线框中能产生感应电流的是()答案AB解析感应电流产生的条件是：只要穿过闭合线圈的磁通量变化，闭合线圈中就有感应电流产生A图中，当线圈转动过程中，线圈的磁通量发生变化，线圈中有感应电流产生；B图中离直导线越远磁场越弱，磁感线越稀，所以当线圈远离导线时，线圈中磁通量不断变小，所以B图中也有感应电流产生；C图中一定要把条形磁铁周围的磁感线空间分布图弄清楚，在图示位置，线圈中的磁通量为零，在向下移动过程中，线圈的磁通量一直为零，磁通量不变，线圈中无感应电流产生；D图中，线圈中的磁通量一直不变，线圈中无感应电流产生故正确答案为A、B.9如图12所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列办法中不可行的是()图12A将线框向左拉出磁场B以ab边为轴转动(小于90)C以ad边为轴转动(小于60)D以bc边为轴转动(小于60)答案D解析将线框向左拉出磁场的过程中，线框的bc部分做切割磁感线运动，或者说穿过线框的磁通量减少，所以线框中将产生感应电流当线框以ab边为轴转动时，线框的cd边的右半段在做切割磁感线运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流当线框以ad边为轴转动(小于60)时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框中会产生感应电流如果转过的角度超过60(60300)，bc边将进入无磁场区，那么线框中将不产生感应电流当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60，则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积)10A、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13所示)，下列操作及相应的结果可能实现的是()图13A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，电流计指针偏转答案AD11线圈A中接有如图14所示的电源，线圈B有一半的面积处在线圈A中，两线圈平行但不接触，则在开关S闭合的瞬间，线圈B中有无感应电流？图14答案见解析解析有，将S闭合的瞬间，与线圈A组成的闭合电路有电流通过，线圈A产生的磁场要穿过线圈B.线圈A中有环形电流，其磁场不仅穿过线圈自身所包围的面积，方向向外，也穿过线圈外的广大面积，方向向里但线圈A所包围的面积内磁通密度大，外围面积上的磁通密度小线圈B与A重合的一半面积上向外的磁通量大于另一半面积上向里的磁通量，因此线圈B所包围的总磁通量不为零，而且方向向外也就是说，在开关S闭合的瞬间，穿过线圈B的磁通量增加，所以有感应电流12匀强磁场区域宽为L，一正方形线框abcd的边长为l，且lL，线框以速度v通过磁场区域，如图15所示，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多少？图15答案解析ad边和bc边都在磁场外时，线框中的磁通量不变，没有感应电流线圈中没有感应电流的时间为t.13匀强磁场的磁感应强度B0.8 T，矩形线圈abcd的面积S0.5 m2，共10匝，开始B与S垂直且线圈有一半在磁场中，如图16所示(1)当线圈绕ab边转过60时，线圈的磁通量以及此过程中磁通量的改变量为多少？(2)当线圈绕dc边转过60时，求线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的改变量图16答案见解析解析(1)当线圈绕ab转过60时，BSBScos 600.80.5 Wb0.2 Wb(此时的S正好全部处在磁场中)在此过程中S没变，穿过线圈的磁感线条数没变，故磁通量变化量0.(2)当线圈绕dc边转过60时，BS，此时没有磁场穿过S，所以0；不转时1B0.2 Wb，转动后20，210.2 Wb，故磁通量改变了0.2 Wb.