2021-2022学年粤教版(2019)必修第三册
6.3电磁感应现象
课时练(解析版)
1.如图所示,相距为d的两水平虚线L1和L2分别是水平向里的匀强磁场的上下两个边界,磁场的磁感应强度为B,正方形线框abcd边长为L(L<
d),质量为m,将线框在磁场上方高h处由静止释放。如果ab边进入磁场时的速度为v0,刚好匀速进入磁场。cd边刚穿出磁场时的速度也为v0,则从ab边刚进入磁场到cd边刚穿出磁场的整个过程中( )
A.线框中一直有感应电流
B.线框有一阶段做减速运动
C.线框进、出磁场的时间相等
D.线框中产生的热量为mg(d+h+L)
2.把一条大约10m长电线的两端连在一个灵敏电流表的两个接线柱上,形成闭合导体回路。位于赤道附近的两个同学迅速摇动这条电线,可以发电。你认为两个同学沿哪个方向站立时发电的可能性最大( )
A.南北方向
B.东西方向
C.西北-东南方向
D.东北-西南方向
3.在匀强磁场中,a、b是两条平行金属导轨,而c、d为连接有电流表、电压表的两金属棒,如图所示,两棒以相同的速度向右匀速运动,则以下结论正确的是( )
A.电压表有读数,电流表没有读数
B.电压表有读数,电流表也有读数
C.电压表无读数,电流表有读数
D.电压表无读数,电流表也无读数
4.下列给出了与感应电流产生条件相关的四幅情景图,其中判断正确的是( )
A.图甲金属圆形线圈水平放置在通电直导线的正下方,增大电流,圆线圈中有感应电流
B.图乙正方形金属线圈绕竖直虚线转动的过程中,正方形线圈中持续有感应电流
C.图丙正电荷q顺时针做减速圆周运动过程中,同心共面金属圆圈中感应电流沿逆时针
D.图丁金属杆在F作用下向右运动过程中,若磁场减弱,回路不一定会产生感应电流
5.在探究影响感应电流方向的因素实验中,小明设计了下表来记录实验结果并完成了第一次实验,如图所示,下列分析中错误的是( )
线圈内磁通量增加时的情况
实验序号
磁体磁场方向
感应电流的方向
①
—
②
③
④
A.①处应填写:感应电流的磁场方向
B.②处应填写:向下
C.③处应填写:顺时针(俯视)
D.④处应填写:向上
6.关于磁通量及其变化,下列说法正确的是( )
A.磁通量和磁通量的变化都有正负,所以它们是矢量
B.穿过线框的磁通量一定等于磁感应强度与线框面积的乘积
C.当金属线框的磁通量发生变化时,金属线框中一定有感应电流
D.当金属线框的磁通量发生变化时,金属线框中一定有感应电动势
7.如图所示,固定于水平面上的金属架处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒AB沿框架以速度v向右做匀速运动,且金属棒AB与金属架组成闭合回路。时,磁感应强度为,为使电流计示数为零,从开始,磁感应强度B随时间t变化图像为( )
A.
B.
C.
D.
8.某实验装置如图所示,在铁芯P上绕着两个线圈A和B。如果线圈A中电流i随时间t的关系有图所示的A、B、C、D四种情况,那么在到这段时间内,哪种情况线圈B中没有感应电流( )
A.
B.
C.
D.
9.如图所示,一正方形导线框处于范围足够大的匀强磁场中,下列四幅图中,线框的运动能产生感应电流的是( )
A.将正方形导线框绕竖直轴匀速转动
B.将正方形导线框绕水平轴匀速转动
C.将正方形导线框平行于磁场向左平移
D.将正方形导线框平行于磁场向上平移
10.用导线将灵敏电流表与金属棒连接成一个磁生电的实验电路,如图所示,则下列哪种操作能使指针偏转( )
A.使导体ab向左(或向右)移动
B.使导体ab向上(或向下)移动
C.使导体ab沿a→b的方向移动
D.使导体ab沿b→a的方向移动
11.我国已经制订了登月计划,假如航天员登月后想探测一下月球表面是否有磁场。他手边有一只灵敏电流计和一个线圈,则下列推断中正确的是( )
A.用导线将灵敏电流计连成闭合回路并放于月球表面,若无示数则月球表面无磁场
B.将灵敏电流计与线圈组成闭合回路,使线圈沿某一方向运动,如灵敏电流计无示数,则月球表面无磁场
C.将灵敏电流计与线圈组成闭合回路,使线圈沿某一方向运动,如灵敏电流计有示数,则月球表面有磁场
D.将灵敏电流计与线圈组成闭合回路,使线圈绕某一轴转动,若灵敏电流计无示数,则月球表面无磁场
12.如图所示,同在一个平面内的彼此绝缘的两个圆环、,大圆环中通有方向如图所示的电流I,小圆环的一半面积在环内、一半面积在环外,则下列说法正确的是( )
A.穿过小圆环B的磁通量为0
B.穿过小圆环B的磁通量不为0,且磁通量指向纸面内
C.穿过小圆环B的磁通量不为0,且磁通量指向纸面外
D.以上判断均错误
13.在科学研究的道路上经常会出现令人惋惜的遗憾。1825年日内瓦年轻物理学家科拉顿一个人在研究电磁现象时,其类似的实验装置如图所示,示意图如图。为避免磁铁的磁场对小磁针的作用,他把实验装置放在两个房间,在右边房间里把磁铁反复插入线圈,然后科拉顿跑到左边房间里观察,结果没有看到小磁针偏转。下列说法中正确的
( )
A.该实验过程中没有感应电流的产生
B.观察到小磁针没有偏转是因为墙壁把磁场隔离了
C.观察到小磁针没有偏转是因为线圈电阻太大
D.将磁铁插入线圈后跑去隔离房间观察小磁针,错过了感应电流产生的时机
14.为探讨磁场对脑部神经组织的影响及临床医学应用,某小组查阅资料得知:“将金属线圈放置在头部上方几厘米处,给线圈通以上千安培、历时约几毫秒的脉冲电流,电流流经线圈产生瞬间的高强度脉冲磁场,磁场穿过头颅对脑部特定区域产生感应电场及感应电流,而对脑神经产生电刺激作用,其装置如图所示。”同学们讨论得出的下列结论正确的是( )
A.脉冲电流流经线圈会产生高强度的磁场是电磁感应现象
B.脉冲磁场在线圈周围空间产生感应电场是电流的磁效应
C.若将脉冲电流改为恒定电流,可持续对脑神经产生电刺激作用
D.若脉冲电流最大强度不变,但缩短脉冲电流时间,则在脑部产生的感应电场及感应电流会增强
15.从1820年到1831年,许多著名的科学家纷纷投身于探索磁与电的关系中,图为瑞士科学家科拉顿的实验场景,关于科拉顿实验的说法正确的是( )
A.实验过程没有感应电流的产生
B.观察到电流计指针没有偏转是因为墙壁把磁场隔离了
C.观察到电流计指针没有偏转是因为线圈电阻太大
D.将磁铁插入线圈后跑去隔离房间观察电流计,错过了感应电流产生的时机
16.某些物质在低温下会发生“零电阻”现象,这被称为物质的超导电性,具有超导电性的材料称为超导体。根据超导体的“零电阻”特性,人们猜测:磁场中的超导体,其内部的磁通量必须保持不变,否则会产生涡旋电场,导致超导体内的自由电荷在电场力作用下不断加速而使得电流越来越大不可控制。但是,实验结果与人们的猜测是不同的:磁场中的超导体能将磁场完全排斥在超导体外,即内部没有磁通量,超导体的这种特性叫做“完全抗磁性”(迈斯纳效应)。现在有两个实验方案:(甲)如图所示,先将一个金属球放入匀强磁场中,等稳定后再降温使其成为超导球并保持低温环境,然后撤去该磁场;(乙)先将该金属球降低温度直至成为超导球,保持低温环境加上匀强磁场,待球稳定后再将磁场撤去。根据以上信息,试判断上述两组实验中球内磁场的最终情况是下图中的哪一组?( )
A.
B.
C.
D.
17.如图所示,闭合的矩形线圈abcd水平放在范围足够大的匀强磁场中,下列哪种情况下线圈中能产生感应电流( )
A.线圈以ab边为轴转动
B.线圈向上平移
C.线圈以bc边为轴转动
D.以垂直于线圈平面的轴逆时针转动
18.如图所示,U形金属导轨水平放置,其上放有一根金属导体棒ab,有一匀强磁场斜向上穿过轨道平面,且与竖直方向的夹角为。在下列各过程中,一定能在轨道回路中产生感应电流的是( )
A.导体棒ab不动,只增大磁场的磁感应强度
B.导体棒ab不动,保持磁场的磁感应强度大小不变,角减小
C.磁场的磁感应强度不变,金属导体棒ab垂直导轨向上运动
D.磁场的磁感应强度不变,金属导体棒ab沿导轨向右运动
19.如图是验证楞次定律实验的示意图,竖直放置的线圈固定不动,将磁铁从线圈上方插入或拔出,线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流,各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况,其中表示正确的是( )
A.
B.
C.
D.
参考答案
1.B
【详解】
A.线框进入磁场的过程,穿过线框的磁通量增加,有感应电流,线框离开磁场的过程,磁通量减少,有感应电流,线框完全进入磁场在磁场中运动过程,穿过线框的磁通量不变,没有感应电流,A错误。
B.线框刚进入磁场时的速度是v0,完全进入磁场后做匀加速直线运动,刚离开磁场时的速度也是v0,由此可判断线框离开磁场的过程做减速运动,B正确。
C.因线框是减速穿出磁场且末速度等于v0,所以出磁场过程的平均速度大于v0,又因为进出磁场的过程中位移相等,所以进入磁场的时间大于穿出磁场的时间,C错误。
D.从ab边刚进入磁场到cd边刚穿出磁场的整个过程中,动能不变,重力势能减少,重力势能转化为内能,则有
所以D错误。
故选B。
2.B
【详解】
由于地球的周围存在磁场,且磁感线的方向是从地理的南极指向地理的北极,所以当两个同学朝东西方向站立,并迅速摇动电线时,导线就会做切割磁感线运动,则电路中就产生了感应电流,同时电流表的指针发生偏转,故B正确,ACD错误;
故选择:B。
3.D
【详解】
以a、b、c、d四根导线围成的回路为研究对象,在两棒匀速运动时,回路磁通量没有变化,故电流表A、电压表V中没有电流,均无读数。
故选D。
4.D
【详解】
A.图甲金属圆形线圈水平放置在通电直导线的正下方,则直线电流产生的磁场穿过线圈的磁通量为零,即使增大通过导线电流,圆线圈中也不会有感应电流产生,故选项A错误;
B.图乙正方形金属线圈绕竖直虚线转动的过程中,在图示位置穿过线圈磁通量的变化率为零,所以正方形线圈中无感应电流,选项B错误;
C.图丙正电荷q顺时针做减速圆周运动过程中,产生的等效电流顺时针减小,穿过金属圆圈的磁通量向里减小,根据楞次定律可知同心共面金属圆圈中感应电流沿顺时针,选项C错误;
D.图丁金属杆在F作用下向右运动过程中,闭合线圈面积增大,若磁场减弱,则穿过闭合线圈的磁通量不一定改变,回路中不一定会产生感应电流,故选项D正确。
故选D。
5.C
【详解】
A.由于本实验是探究影响感应电流方向的因素,首先要弄清原来磁场即磁体磁场的方向和感应电流磁场方向,总结两个磁场方向的关系,得到相应的规律;故①处应填写:感应电流的磁场方向,故A正确,不符合题意;
B.根据条形磁铁的磁场方向,在磁铁的外部是由N极指向S极,在磁铁内部是由S极指向N极,故表格中②处所填的磁体磁场的方向向下,故B正确,不符合题意;
C.由于穿过线圈的原磁铁的磁场的磁通量向下增大,根据楞次定律可知,感应电流的磁场方向与原来磁体的磁场方向相反,故感应电流的方向为逆时针(俯视),故③处应填写:逆时针(俯视),故C错误,符合题意;
D.根据C中分析可知,感应电流的磁场方向与原来磁体的磁场方向相反,故感应电流的磁场方向向上,故④处应填写:向上,故D正确,不符合题意。
故选C。
6.D
【详解】
A.磁通量和磁通量的变化都有正负,但它们是标量,A错误;
B.当线框平面与磁场垂直时,穿过线框的磁通量才等于磁感应强度与线框面积的乘积,B错误;
CD.当闭合金属线框的磁通量发生变化时,金属线框中才会有感应电流,若线框不闭合,则金属线框只有感应电动势,没有感应电流,C错误,D正确。
故选D。
7.C
【详解】
开始时,根据磁通量计算公式可得
Φ=B0S=B0Lx0
为使MN棒中不产生感应电流,则回路的磁通量不变,则B应该随时间减小;则有
B0L
x0=BL(x0+vt)
解得
故选C。
8.A
【详解】
由图示可知,通过A的电流发生变化,电流产生的磁感应强度发生变化,穿过B的磁通量发生变化,才能产生感应电流,由图示可知,在到这段时间内,BCD图中线圈A中的电流发生变化,线圈B中会产生感应电流,而A图中电流不变,在在线圈B上不产生感应电流。
故选A。
9.A
【详解】
A.将正方形线框绕竖直轴匀速转动时,通过线框的磁通量变化,所以线框中有感应电流;故A正确;
B.将正方形导线框绕水平轴匀速转动时,通过线框的磁通量不变,线框中没有感应电流,故B错误;
CD.无论将正方形导线框平行于磁场向左平移还是平行于磁场向上平移,通过线框的磁通量都不变,所以线框中不会有感应电流,故CD错误。
故选A。
10.A
【详解】
A.使导体ab向左(或向右)移动会切割磁感线,产生感应电流,使电流计指针偏转,A正确;
B.使导体ab向上(或向下)移动、沿a→b的方向移动或沿b→a的方向移动均没有切割磁感线,不会产生感应电流,电流计指针不偏转,BCD错误。
故选A。
11.C
【详解】
该同学是利用电磁感应来检验月球表面是否存在磁场的。
A.如果回路不动,就算有磁场,回路中的磁通量也不变,回路中没有感应电流,所以不能判断。A错误;
B.线圈沿某一方向运动,如果磁场与该方向平行,电流计也是没有示数的,但是存在磁场。B错误;
C.如果灵敏电流计有示数,则说明回路中磁通量发生了变化,当然存在磁场。C正确;
D.如果线圈绕着磁感线转动,线圈中的磁通量不变,灵敏电流计无示数,但是存在磁场。D错误。
故选C。
12.B
【详解】
小圆环在环内外部分的磁场强弱不同。根据安培定则可知整个环上的电流在其内部的磁场均向里,磁场在环内左半圆环向里、右半圆环向外,则小圆环在环内部分的磁场比外部强,应用磁通量概念可知小圆环在环内部分的磁通量(向里)大于环外部分的磁通量(向外),总体表现环内的磁通量,故ACD错误,B正确。
故选B。
13.D
【详解】
该实验过程中电路闭合且穿过线圈的磁通量发生了变化,产生了感应电流,因电流周围存在磁场,故小磁针会发生偏转,但当他跑到另一个房间时,线圈中产生的感应电流已经消失,小磁针也停止偏转,错过了感应电流产生的时机。
故选D。
14.D
【详解】
A.脉冲电流流经线圈会产生高强度的磁场是电流的磁效应,故A错误;
B.脉冲磁场在线圈周围空间产生感应电场是电磁感应现象,故B错误;
C.若将脉冲电流改为恒定电流,线圈将会产生恒定磁场,脑部特定区域不会产生持续的感应电场及感应电流,对脑神经不会持续产生电刺激作用,故C错误;
D.脉冲磁场对脑部特定区域产生感应电场及感应电流,满足
若脉冲电流最大强度不变,但缩短脉冲电流时间,则脑部特定区域的磁通量改变量大小不变,但磁通量改变的时间缩短,所以感应电场及感应电流增大,故D正确。
故选D。
15.D
【详解】
A.实验过程有感应电流产生,只是时间较短,没有观察到,故A错误;
BCD.科拉顿用条形磁铁在线圈中进行插进和抽出的实验时,线圈中的磁通量发生了变化,电流表的回路中有感应电流产生,当他跑到另一个房间时,由于磁铁在线圈中不动,此时没有感应电流,所以他无法观察到,故BC错误,D正确。
故选D。
16.C
【详解】
题目中两个球最后均通过降温变为超导体,由于迈斯纳效应,小球的磁通量为零,考虑球的立体特性,内部没有磁感线穿过,故A、B、D错误,C正确;
故选C。
17.AC
【详解】
A.线圈以ab边为轴转动,穿过线圈的磁通量不断变化,能产生感应电流,A正确;
B.线圈向上平移,穿过线圈的磁通量不变,不能产生感应电流,B错误;
C.线圈以bc边为轴转动,穿过线圈的磁通量不断变化,能产生感应电流,C正确;
D.以垂直于线圈平面的轴逆时针转动,穿过线圈的磁通量不变,不能产生感应电流,D错误。
故选AC。
18.ABD
【详解】
A.导体棒ab不动,只增大磁场的磁感应强度,则穿过闭合回路的磁通量增加,回路中有感应电流产生,选项A正确;
B.导体棒ab不动,保持磁场的磁感应强度大小不变,角减小,则穿过闭合回路的磁通量增加,回路中有感应电流产生,选项B正确;
C.磁场的磁感应强度不变,金属导体棒ab垂直导轨向上运动,则导体棒与导轨断开,不能产生感应电流,选项C错误;
D.磁场的磁感应强度不变,金属导体棒ab沿导轨向右运动,则穿过闭合回路的磁通量增加,回路中有感应电流产生,选项D正确;
故选ABD。
19.CD
【详解】
A.当磁铁N极向下运动时,线圈的磁通量变大,由增反减同可知,则感应磁场与原磁场方向相反。再根据安培定则,可判定感应电流的方向为沿线圈盘旋而上,故A错误;
B.当磁铁S极向上运动时,线圈的磁通量变小,由增反减同可知,则感应磁场与原磁场方向相同。再根据安培定则,可判定感应电流的方向为沿线圈盘旋而上,故B错误;
C.当磁铁S极向下运动时,线圈的磁通量变大,由增反减同可知,则感应磁场与原磁场方向相反。再根据安培定则,可判定感应电流的方向为沿线圈盘旋而下,故C正确;
D.当磁铁N极向上运动时,线圈的磁通量变小,由增反减同可知,则感应磁场与原磁场方向相同。再根据安培定则,可判定感应电流的方向为沿线圈盘旋而下,故D正确。
故选CD。