必修第三册5.2电磁感应现象及其应用（word版含答案）

鲁科版 （2019）必修第三册 5.2 电磁感应现象及其应用
一、单选题
1．单位为Wb/m2的物理量是（　　）
A．磁通量 B．电场强度 C．自感系数 D．磁感应强度
2．下列现象中属于电磁感应现象的是（　　）
A．磁场对电流产生力的作用
B．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化
C．变化的磁场使闭合电路中产生电流
D．电流周围产生磁场
3．如图所示，在矩形导线框abcd的对称轴OO'的左侧存在一垂直纸面向外的匀强磁场，线框以ad边为轴，从图示位置以逆时针开始转动，转动周期为T，关于线框在前内产生感应电流的情况，以下说法正确的是（　　）
A．0~内始终有感应电流
B．0~内始终没有感应电流
C．0~内没有感应电流，~内有感应电流
D．0~内有感应电流，~内没有感应电流
4．如图甲所示，线圈、绕在同一软铁芯上，若线圈中电流i与时间t的关系图线如图乙所示，则在这段时间内，下列关于线圈中产生的感应电流与时间t的关系图线，正确的是（　　）
A． B．
C． D．
5．“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置如图所示，某实验小组在实验中判断出电流从电流计正极（右）流入时，指针向右偏转。现将磁铁从线圈上方某位置向上拔出线圈时，发现电流计的指针向右偏转，则（　　）
A．条形磁铁上极是N极
B．线圈内磁通量逐渐减小，感应电流的磁场与原磁场的方向相反
C．磁铁在竖直拔出过程中，感应电流在线圈内部磁场的方向向下
D．若将磁铁竖直向下插入线圈，电流计指针仍向右偏转
6．在“探究电磁感应产生的条件”实验中，正确连线后（如甲图所示），开关突然闭合的瞬间，灵敏电流计的指针偏转的最大角度如乙图所示。从小螺线管中抽出铁芯，待指针稳定后，再将开关突然断开的瞬间，指针偏转的最大角度最有可能是丙图中的（　　）
A． B．
C． D．
7．发电的基本原理之一是电磁感应，发现电磁感应现象的科学家是（　　）
A．安培 B．赫兹 C．法拉第 D．麦克斯韦
8．下列选项中能产生感应电流的是（　　）
A．图甲中使导体棒AB以平行于磁感线竖直向下运动
B．图乙中使条形磁铁插入或拔出线圈
C．图丙中开关保持断开，将小螺线管A从大螺管B中拔出
D．图丙中开关保持闭合，A，B螺线管相对静止一起在水平桌面上平移
9．英国物理学家狄拉克在1931年就从理论上预言：存在只有一个磁极的粒子，即“磁单极子”美国物理学家卡布莱拉在1982年就设计了一个寻找磁单极子的实验，他设想，如果一个只有极的磁单极子从下向上穿过如图所示的超导线圈，则从上向下看，超导线圈上将出现（　　）
A．顺时针方向的感应电流 B．逆时针方向的感应电流
C．先顺时针方向、后逆时针方向的感应电流 D．先逆时针方向、后顺时针方向的感应电流
10．1931年英国物理学家狄拉克从理论上预言：存在只有一个磁极的粒子，即“磁单极子”。1982年，美国物理学家卡布莱设计了一个寻找磁单极子的实验，他设想，如果一个只有N极的磁单极子从上向下穿过如图所示的超导线圈，从上向下看，导线图中出现的感应电流方向是（　　）
A．先逆时针，后顺时针 B．先顺时针，后逆时针
C．一直顺时针 D．一直逆时针
11．下列选项中能产生感应电流的是（　　）
A．如图（1）磁铁靠近有缺口的铝环
B．如图（2）在水平圆形金属环直径正上方有一不断增大的电流
C．如图（3）两平行金属棒在导轨上沿反方向运动
D．如图（4）闭合金属框在磁场中匀速运动
12．下列说法正确的是（　　）
A．一段通电导线放在磁场中，一定受到安培力
B．闭合线圈在磁场中匀速转动，一定产生正余弦交流电
C．穿过闭合线圈的磁通量变化率越大，其感应电动势一定越大
D．闭合线圈在磁场中做切割磁感线运动，线圈中一定有感应电流
二、填空题
13．右手定则内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线______的方向，这时四指所指的方向就是______的方向。
14．如图所示，条形磁铁A沿竖直方向插入线圈B的过程中，电流表G的指针________（选填“不偏转”或“偏转”）；若条形磁铁A在线圈B中保持不动，电流表G的指针________。（选填“不偏转”或“偏转”）
15．上海的交通线路上使用“非接触式IC卡”，应用了电磁感应原理。电磁感应现象的最早发现者是____________，产生感应电流的条件是_______________________________。
16．当一段导线在磁场中做切割磁感线运动时，则导线中一定有感应电流。( )
17．如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力的作用下运动时，MN将在__________的作用下向右运动，由此可知PQ所做的运动是__________。
三、解答题
18．如图所示，线圈平面与水平方向夹角θ=60°，线圈平面面积S=0.4m2。匀强磁场磁感线竖直向下，磁感应强度B=0.6T，求：
（1）穿过线圈的磁通量；
（2）把线圈以cd为轴逆时针转过60°，通过线圈磁通量的变化量。
19．把两个线圈绕在同一个铁环上，如图所示，一个线圈A连接电池与开关，另一个线圈B闭合并在其中一段直导线附近放置小磁针。开关闭合瞬间，磁针偏转了一下，随即复原；开关断开瞬间，磁针反向偏转，随即复原。磁针偏转的原因是什么 请作出解释。
20．在图中，线圈M和线圈P绕在同一个铁芯上。
（1）当闭合开关S的一瞬间，线圈P里有没有感应电流？
（2）当线圈M里有恒定电流通过时，线圈P里有没有感应电流？
（3）当断开开关S的一瞬间，线圈P里有没有感应电流？
（4）在上面三种情况里，如果线圈P里有感应电流，感应电流沿什么方向？
21．匀强磁场的方向垂直矩形金属线框abcd。在矩形线框平面内有一相切的圆形金属环。现使圆环向右运动，如图所示，则圆环中是否有电流？如果有电流，方向如何？
22．生活中经常会看到流体（如空气、水等）的旋涡现象。例如风由于旗杆的阻碍而产生旋涡，旋涡又引起空气、旗帜、旗杆在垂直于风速方向上的振动，风速越大这种振动就越快。
（1）利用旋涡现象可以测定液体的流速。如图甲所示（为截面图），旋涡发生体垂直于管道放置，在特定条件下，由于旋涡现象，液体的振动频率f与旋涡发生体的宽度D、液体的流速v有简单的正比或反比的关系。请结合物理量的单位关系写出频率f与v、D之间的关系式（比例系数可设为k，k是一个没有单位的常量）
（2）液体的振动频率可利用电磁感应进行检测。如图乙所示，将横截面直径为d的圆柱形金属信号电极垂直于流体流动方向固定于管道中，其所在区域有平行于信号电极、磁感应强度为B的匀强磁场，图丙为俯视的截面图。流体振动时带动信号电极在垂直于流速的方向上振动，若信号电极上的感应电动势e随时间t的变化规律如图丁所示，图中的Em和T均为已知量。求流体的振动频率f以及信号电极振动的最大速率vm；
（3）为了探测电极产生的信号，关于检测元件的设计，有人设想：选用电阻率为ρ的某导电材料制成横截面积为S、半径为r的闭合圆环，某时刻在圆环内产生一瞬时电流，由于自感该电流会持续一段短暂的时间，以便仪器检测。已知电流在环内产生的磁场可视为均匀磁场，磁感应强度的大小与电流成正比，方向垂直于圆环平面。若圆环内的瞬时电流恰好经减为零（T为流体的振动周期），且此过程中电流的平均值与初始时刻的电流成正比。结合（1）问的结果，请推导r与v、ρ、D以及S之间的关系。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．D
【详解】
Wb是磁通量的单位，m2是面积的单位，根据可知单位为Wb/m2的物理量是磁感应强度。
故选D。
2．C
【详解】
A．磁场对电流产生力的作用属于电流在磁场中受力，故A不符合题意；
B．软铁棒可被磁场磁化而带磁性属于铁磁性物质的磁化过程，故B不符合题意；
C．变化的磁场使闭合电路中产生电流是因磁通量的变化，从而产生感应电动势，形成感应电流的现象，属于电磁感应现象，故C符合题意；
D．电流的周围能产生磁场属于电流的磁效应，故D不符合题意。
故选C。
3．C
【详解】
线框以ad边为轴，从图示位置以逆时针开始转动，0~内线框垂直磁场方向有效面积不变，磁通量不变，没有感应电流，~内线框垂直磁场方向有效面积变化，磁通量变化，有感应电流，故C正确，ABD错误。
故选C。
4．D
【详解】
由图乙可知，在时刻，图线的斜率最大，即线圈中的电流变化最快，电流产生的磁场变化最快，线圈中的磁通量变化最快，所以此时在线圈中产生的感应电流最大；时，图线的斜率为零，即线圈中的电流变化为零，电流产生的磁场变化为零，线圈中的磁通量变化为零，所以此时在线圈中无感应电流；之后，感应电流改变方向；到时间内、线圈产生的感应电流为零，
由上述分析可知， D正确．
故选D。
5．C
【详解】
ABC．电流计的指针向右偏转，根据螺线管的绕向，说明螺线管中电流顺时针方向（俯视），根据安培定则，螺线管产生的感应电流磁场方向是向下的，磁铁向上拔出线圈，磁通量减小，根据楞次定律，感应电流磁场方向要与原磁场方向相同，说明原磁场方向（磁铁在螺线管中的磁场）向下，所以条形磁铁下极是N极。故AB错误，C正确；
D．若将磁铁竖直向下插入线圈，磁通量向下增大，感应电流磁场方向向上，螺线管中电流逆时针方向（俯视），则电流从电流计负极（左）流入，指针向左偏转，故D错误。
故选C。
6．D
【详解】
由于从小螺线管中抽出铁芯，则稳定后小螺线管产生的磁场变弱，故将开关突然断开的瞬间，穿过大线圈的磁通量变化率小于开关突然闭合瞬间的磁通量变化率，根据法拉第电磁感应定律，可知此时产生的感应电动势小于开关突然闭合的瞬间的感应电动势，即此时的感应电流较小，故偏转角度小于开关突然闭合的瞬间的偏转角度，由于此时的磁通量是减小的，而开关突然闭合的瞬间的磁通量是增加的，故此时电流的方向与开关突然闭合的瞬间电流的方向相反，故D可能，ABC不可能。
故选D。
7．C
【详解】
发现电磁感应现象的科学家是法拉第。
故选C。
8．B
【详解】
A．图甲中使导体棒AB以平行于磁感线竖直向下运动，电流表所在的闭合回路的磁通量不变，不能产生感应电流，A错误；
B．图乙中使条形磁铁插入或拔出线圈，电流表所在的闭合回路的磁通量发生变化，能产生感应电流，B正确；
C．图丙中开关保持断开，将小螺线管A从大螺管B中拔出，电流表所在的闭合回路没有磁场，不能产生感应电流，C错误；
D．图丙中开关保持闭合，A，B螺线管相对静止一起在水平桌面上平移，电流表所在的闭合回路的磁通量不发生变化，不能产生感应电流，D错误。
故选B。
9．A
【详解】
CD．当磁单极子位于超导线圈下方时，超导线圈中原磁场的方向向上，磁通量增加，则感应电流的磁场方向向下，由安培定则可知，产生顺时针（俯视）方向的感应电流；在磁单极子运动的过程中，当磁单极子位于超导线圈上方时，超导线圈中原磁场的方向向下，磁通量减少，则感应电流的磁场方向向下，由安培定则可知，产生顺时针（俯视）方向的感应电流。CD错误；
AB．始终有顺时针方向的感应电流，故B错误，A正确。
故选A。
10．D
【详解】
若N磁单极子穿过超导线圈的过程中，当磁单极子靠近线圈时，穿过线圈中磁通量增加，且磁场方向从上向下，所以由楞次定律可知，感应磁场方向从上向下看，再由右手螺旋定则可确定感应电流方向逆时针；当磁单极子远离线圈时，穿过线圈中磁通量减小，且磁场方向从下向上，所以由楞次定律可知，感应磁场方向从下向上，再由右手螺旋定则可确定感应电流方向逆时针。因此线圈中产生的感应电流方向一直逆时针不变。
故选D。
11．C
【详解】
A．磁铁靠近有缺口的铝环，回路没有闭合，则无感应电流产生，故A错误；
B．穿过金属环的磁感线互相抵消，金属环内磁通量恒为零，则无感应电流产生，故B错误；
C．闭合导体回路的面积变大，穿过闭合导体回路的磁通量增大，则有感应电流产生，故C正确；
D．闭合金属框在磁场中匀速运动，但闭合金属框的磁通量没有发生变化，则无感应电流产生，故D错误。
故选C。
12．C
【详解】
A．若电流方向与磁场方向平行，不受安培力作用，故A错误；
B．若转轴方向与磁场方向平行不产生感应电流，故B错误；
C．根据
可知，穿过闭合线圈的磁通量变化率越大，其感应电动势一定越大，故C正确；
D．闭合线圈在磁场中做切割磁感线运动过程中如果磁通量不变则不会产生感应电流，故D错误。
故选C。
13． 运动 电流
【详解】
[1][2]右手定则内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是电流的方向。
14． 偏转 不偏转
【详解】
15． 法拉第 穿过闭合线圈的磁通量发生变化
【详解】
[1][2]电磁感应现象的最早发现者是法拉第，产生感应电流的条件是穿过闭合线圈的磁通量发生变化。
16．错误
【详解】
[1]当闭合电路的部分导线在磁场中做切割磁感线运动时，则导线中一定有感应电流。此说法错误。
17． 安培力 向左加速或向右减速
【详解】
[1]水平放置光滑轨道上的金属棒MN位于磁场中，当线圈L2中产生感应电流时，金属棒MN会受到磁场对它的安培力作用下从而发生运动；
[2]金属棒MN向右运动，据左手定则可得，通过金属棒MN的电流方向是M到N，所以线圈L2中电流的磁场方向由L1指向L2；所以L1中磁场是由L1指向L2的减小或由L2指向L1的增大，通过PQ的电流是Q到P的减小或P到Q的增大，所以PQ所做的运动是向右减速或向左加速。
18．（1）0.12Wb；（2）0.12Wb
【详解】
（1）穿过线圈的磁通量为
（2）通过线圈磁通量的变化量为
19．见解析
【详解】
当闭合开关时，A线圈接通瞬间，在铁环产生顺时针方向的磁场，使得穿过B的磁通量增加，根据楞次定律和安培定则可知，在B中产生逆时针方向感应电流，电流稳定后穿过A、B的磁通量不再发生变化，所以B中不再有感应电流，即小磁针偏转一下随即复原；当开关断开，A线圈中的电流中断瞬间，使得穿过B的磁通量减小，根据楞次定律和安培定则可知，在B中产生顺时针方向感应电流，小磁针会反向偏转，线圈A电流减为零后穿过A、B的磁通量不再变化，所以B中不再有感应电流，小磁针偏转一下后随即复原。
20．（1）有；（2）没有；（3）有；（4）见解析
【详解】
（1）当合上开关的一瞬间，线圈M产生磁场，穿过线圈P的磁通量增加，线圈P里有感应电流。
（2）当线圈M里有恒定电流通过时，产生稳定的磁场，线圈P的磁通量不变，没有感应电流
（3）当断开开关的一瞬间，穿过线圈M的磁通量减小，线圈P里有感应电流
（4）当闭合开关S的一瞬间，线圈M产生磁场，穿过线圈P的磁通量增加，根据安培定则知线圈P中磁场方向向右，根据楞次定律判断可知流经电表的电流方向为a→b
断开开关S瞬间，线圈P的磁通量减少，线圈P里有感应电流，根据安培定则知线圈P中原来磁场方向向右，根据楞次定律判断可知流经电表的电流方向为b→a
21．有电流流过 方向为NeM和NfM
【详解】
本题问的是圆环中有无感应电流，进而问圆环中电流的方向，应该注意到本题中含有多个闭合电路，若我们只考虑圆环这个回路，会从圆环中磁通量没有变化而得出圆环中无感应电流这个错误结论，应该看到在圆环向右运动过程中，MabNe，MabNf以及MeNcd，MfNed等回路中的磁通量都发生了变化，都可产生感应电流，作为这些回路的一部分的圆环也应有电流。根据楞次定律可画出感应电流方向，如下图所示。
当然，我们也可从“切割磁感线”的角度来分析。当圆环向右运动时，MfN和MeN都在切割磁感线，产生感应电动势。应用右手定则可以确定其中的感应电流的方向，即感应电动势的方向，用电池符号代表感应电动势画在图上。这样，就不难看出，整个电路相当于两个相同的电源并联，而MabN和MdcN是两个并联的外电路，形成了一个完整的闭合电路，如下图所示。
可见，电源电路中有电流流过，方向为NeM和NfM。
22．（1）；（2）；；（3）
【详解】
（1）因k无单位，v的单位m/s，D的单位m，f的单位是s-1，则由各物理量的单位关系可得
（2）信号电极做受迫振动，因而其振动频率与流体的振动频率相等，即
由题意可得
则
（3）设圆环电阻为R，圆环的初始电流为I，在时间内的平均电流为，则
①
而
②
且
③
④
由题意可知B=k1I，则有
⑤
由题意可知
⑥
联立①②③④⑤⑥式并代入，整理可得
答案第1页，共2页
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