高中物理教科版选修3-2检测：第一章 1. 电磁感应的发现--2. 感应电流产生的条件 Word版含解析
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| 名称 | 高中物理教科版选修3-2检测：第一章 1. 电磁感应的发现--2. 感应电流产生的条件 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 214.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-10-29 09:57:33 | ||
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文档简介
01第一章电磁感应
1.电磁感应的发现
2.感应电流产生的条件
基础巩固
1.许多科学家在物理学发展中作出了重要的贡献,首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是( )
A.麦克斯韦和法拉第 B.法拉第和密立根
C.奥斯特和法拉第 D.奥斯特和安培
解析:1820年,丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针发生偏转,首次发现了电流的磁效应;1831年,英国物理学家法拉第首次发现了电磁感应现象,选项C正确.麦克斯韦预言了电磁波的存在,密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值,安培发现了磁场对电流的作用规律,选项A、B、D错误.
答案:C
2.1825年,瑞士物理学家德拉里夫的助手科拉顿将一个螺线管与电流计相连,为了避免强磁性磁体的影响,他把电流计放在另外一个房间.当他把磁铁投入螺线管中后,立即跑到另一个房间去观察.关于科拉顿进行的实验,下列说法正确的是( )
A.在科拉顿整个操作过程中,电流计不发生偏转
B.将磁铁投入螺线管瞬间,电流计发生偏转,但科拉顿跑到房间观察时,电流计已不再偏转
C.科拉顿无法观察到电流计偏转的原因是当时电流计灵敏度不够
D.科拉顿无法观察到电流计偏转的原因是导线过长,电流过小
解析:将磁铁放入线圈的过程中,由于线圈切割磁感线而产生了电磁感应现象,从而可以在电路中产生电流,故电流计发生偏转;但由于产生的感应电流很快就消失,所以等他跑过去观察时,电流计已不再偏转了,故B正确.
答案:B
3.两个圆环A、B如图所示放置,且半径RA>RB,一条形磁铁的轴线过两个圆环的圆心处,且与圆环平面垂直,则穿过A、B环的磁通量ΦA和ΦB的关系是( )
A.ΦA>ΦB B.ΦA=ΦB C.ΦA<ΦB D.无法确定
解析:本题考查合磁通量的求解.解题时要注意有两个方向的磁感线穿过线圈,磁通量应用抵消之后所剩余的磁感线的净条数描述.从上向下看,穿过圆环A、B的磁感线如图所示,磁感线有进有出,A、B环中指向纸外的磁感线条数一样多,但A环向里的磁感线条数较多,抵消得多,净剩条数少,所以ΦA<ΦB,选C.
答案:C
4.(多选)如图所示,线框水平向右通过有限匀强磁场的过程中,线框中产生感应电流的情况为(线框宽度小于磁场宽度)( )
A.进磁场时有电流 B.出磁场时有电流
C.在磁场中运动时有电流 D.整个过程中都有电流
解析:当线框进磁场时,磁通量增加,而出磁场时通过线框的磁通量减小,所以进、出磁场时都有感应电流产生,选项A、B正确;线框在磁场中运动时,磁通量不变,没有感应电流产生,选项C、D错误.
答案:AB
5.如图所示,半径为R的圆形线圈共有n匝,其中心位置处半径为r的范围内有匀强磁场,磁场方向垂直线圈平面,若磁感应强度为B,则穿过线圈的磁通量为 ( )
A.πBR2 B.πBr2
C.nπBR2 D.nπBr2
解析:由磁通量的定义式知Φ=BS=πBr2(S为有效面积,且Φ与匝数无关),故B正确.
答案:B
6.如图所示,闭合圆导线线圈放置在匀强磁场中,线圈平面与磁场平行,其中ac、bd分别是平行、垂直于磁场方向的两条直径.试分析线圈做如下运动时,能产生感应电流的是( )
A.使线圈在纸面内平动
B.使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动
C.使线圈以ac为轴转动
D.使线圈以bd为轴转动
解析:本题可根据产生感应电流的条件——穿过闭合电路的磁通量发生变化,来判断能否产生感应电流.题图所示位置线圈与磁场平行,穿过线圈平面的磁通量为零.由于磁场为匀强磁场,线圈在平面内平动或转动时,其磁通量始终为零,没有变化,因此不会产生感应电流,故选项A错误.使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动,或使线圈以ac为轴转动,线圈与磁场保持平行,穿过线圈平面的磁通量一直为零,没有变化,所以不产生感应电流,故选项B、C错误.当线圈以bd为轴转动时,穿过线圈的磁感线条数将发生变化,则磁通量将发生变化,则线圈有感应电流产生,故选项D正确.
答案:D
7.如图所示,将一线圈放在匀强磁场中,线圈平面平行于磁感线,则线圈中有感应电流产生的是( )
A.线圈绕N边转动
B.线圈绕M边转动
C.线圈垂直于磁感线向上运动
D.线圈平行于磁感线向右运动
解析:当线圈绕N边转动时,线圈中的磁通量一直为零,没有发生变化,无感应电流产生,故选项A错误;当线圈绕M边转动时,磁通量增大,发生了变化,有感应电流产生,故选项B正确;当线圈垂直于磁感线运动时,磁通量一直为零,不发生变化,无感应电流,故选项C错误;当线圈平行于磁感线运动时,磁通量一直为零,无感应电流,故选项D错误.
答案:B
8.某同学用如图所示的实验装置探究电磁感应的产生条件,发现将条形磁铁快速插入(或拔出)线圈时,甲图中的电流表发生明显偏转,而乙图中的小灯泡始终不发光(检查电路没有发现问题),试分析小灯泡不发光的原因:? .?
答案:通过小灯泡的电流太小
能力提升
1.水平固定的大环中通过恒定的强电流I,从上向下看为逆时针方向,如图所示,有一小铜环,从上向下穿过大圆环,且保持环面与大环平行且共轴,下落过程中小环中产生感应电流的过程( )
A.只在小环接近大环的过程中
B.只在小环远离大环的过程中
C.只在小环经过大环的过程中
D.在小环下落的整个过程中
解析:由环形电流磁感线的分布可知小环在运动的过程中,无论是接近还是远离大环,穿过小环的磁通量均在变化,所以小环下落的整个过程均能产生感应电流,故选D.
答案:D
2.某学生做观察电磁感应现象的实验,将电流计、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路,当他闭合、断开开关时,电流计的指针都没有偏转,其原因是( )
A.开关位置接错 B.电流计的正、负极接反
C.线圈B的接头3、4接反 D.蓄电池的正、负极接反
解析:本实验是用来研究在开关通断瞬间,磁场发生变化,是否会产生感应电流的情况.题图中所示开关的连接不能控制含有电源的电路中电流的通断,因而图中接法达不到目的.开关应串联到电源和接头1(或接头2)之间.
答案:A
3.(多选)一磁感应强度为B的匀强磁场方向水平向右,一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置,平面abcd与竖直方向成θ角,θ=30°.将abcd绕ad轴转60°角,则穿过线圈平面的磁通量的变化量可能为( )
A.0
B.2BS
C.12BS
D.32BS
解析:开始时穿过线圈平面的磁通量为Φ1=BScos θ,后来穿过平面的磁通量有两种可能:Φ2=0或Φ2'=BScos θ,则磁通量的变化量为ΔΦ=BScos θ=32BS或ΔΦ'=0,选项A、D正确.
答案:AD
4.如图所示,ab是水平面上一个圆线圈的直径,在过ab的竖直平面内有一根通电直导线ef.已知ef平行于ab,当ef竖直向上平移时,电流磁场穿过圆线圈面积的磁通量将( )
A.逐渐增大 B.逐渐减小
C.始终为零 D.不为零,但保持不变
解析:利用安培定则判断电流产生的磁场,作出如图所示俯视图,考虑到磁场具有对称性,可以知道,穿进圆线圈的磁感线的条数与穿出圆线圈的磁感线的条数是相等的,故选C.
答案:C
5.(多选)如图所示,金属导线框abcd放在水平光滑金属导轨上,在磁场中向右运动,匀强磁场垂直于水平面向下,则( )
A.G1表的指针发生偏转
B.G2表的指针发生偏转
C.G1表的指针不发生偏转
D.G2表的指针不发生偏转
解析:ab导线与G1、G2两电表形成回路,导线框向右运动时,回路中磁通量增加,产生感应电流,故两电表的指针均发生偏转.
答案:AB
6.如图所示,有一个100匝的线圈,其横截面是边长l=0.20 m的正方形,放在磁感应强度为B=0.50 T的匀强磁场中,线圈平面与磁场垂直.若将磁场的方向反向或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),求在这两个过程中穿过线圈的磁通量分别改变了多少.
解析:线圈横截面是正方形时的面积
S1=l2=(0.20 m)2=4.0×10-2 m2
穿过线圈的磁通量
Φ1=BS1=0.50×4.0×10-2 Wb=2×10-2 Wb
B变为相反方向后,Φ2=-BS1=-2×10-2 Wb
ΔΦ=Φ2-Φ1=-4×10-2 Wb
线圈横截面形状为圆形时,其半径r=4l2π=2lπ
面积S2=π2lπ2=425π m2
穿过线圈的磁通量
Φ2'=BS2=0.50×425π Wb≈2.55×10-2 Wb
所以磁通量的变化量
ΔΦ'=Φ2'-Φ1=(2.55-2.0)×10-2 Wb=5.5×10-3 Wb.
答案:-4×10-2 Wb 5.5×10-3 Wb
7.如图所示,矩形线圈abcd左半边处在匀强磁场中,右半边在磁场外,磁感应强度为B,线圈一半的面积为S,初始时磁场垂直于线圈平面,求下列情况中线圈中磁通量的变化量:
(1)以ab边为轴线圈转过90°;
(2)以ab边为轴线圈转过60°;
(3)以中线ef为轴线圈转过180°.
解析:(1)线圈初始磁通量Φ1=BS,以ab边为轴转过90°后,Φ2=0,所以ΔΦ=Φ2-Φ1=-BS,大小为BS.
(2)当线圈以ab边为轴转过60°时,矩形线圈恰好全部进入磁场,Φ2=B·2Scos 60°=BS,所以ΔΦ=Φ2-Φ1=0,说明磁通量未发生变化.
(3)因为Φ1=BS,磁感线是垂直于线圈的正前面向里穿过的,当线圈绕中线转过180°时,线圈的正后面转到正前面,磁感线是从原正后面向里穿过的,故Φ2=-BS,所以ΔΦ=Φ2-Φ1=-2BS,大小为2BS.
答案:见解析
8.如图所示,固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动.t=0时,磁感应强度为B0,此时MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为l的正方形.为使MN棒中不产生感应电流,从t=0开始,磁感应强度Bt应怎样随时间t变化?请推导这种情况下Bt与t的关系式.
解析:要使MN棒中不产生感应电流,则闭合回路MDEN中的磁通量Φ必须保持不变.否则Φ一旦变化,则MN棒中就会产生感应电流.整个过程中磁通量Φ保持不变,由Φ=BS知Φ=B0l2=Bt(l2+lvt),解得Bt=B0ll+vt.
答案:Bt=B0ll+vt
1.电磁感应的发现
2.感应电流产生的条件
基础巩固
1.许多科学家在物理学发展中作出了重要的贡献,首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是( )
A.麦克斯韦和法拉第 B.法拉第和密立根
C.奥斯特和法拉第 D.奥斯特和安培
解析:1820年,丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针发生偏转,首次发现了电流的磁效应;1831年,英国物理学家法拉第首次发现了电磁感应现象,选项C正确.麦克斯韦预言了电磁波的存在,密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值,安培发现了磁场对电流的作用规律,选项A、B、D错误.
答案:C
2.1825年,瑞士物理学家德拉里夫的助手科拉顿将一个螺线管与电流计相连,为了避免强磁性磁体的影响,他把电流计放在另外一个房间.当他把磁铁投入螺线管中后,立即跑到另一个房间去观察.关于科拉顿进行的实验,下列说法正确的是( )
A.在科拉顿整个操作过程中,电流计不发生偏转
B.将磁铁投入螺线管瞬间,电流计发生偏转,但科拉顿跑到房间观察时,电流计已不再偏转
C.科拉顿无法观察到电流计偏转的原因是当时电流计灵敏度不够
D.科拉顿无法观察到电流计偏转的原因是导线过长,电流过小
解析:将磁铁放入线圈的过程中,由于线圈切割磁感线而产生了电磁感应现象,从而可以在电路中产生电流,故电流计发生偏转;但由于产生的感应电流很快就消失,所以等他跑过去观察时,电流计已不再偏转了,故B正确.
答案:B
3.两个圆环A、B如图所示放置,且半径RA>RB,一条形磁铁的轴线过两个圆环的圆心处,且与圆环平面垂直,则穿过A、B环的磁通量ΦA和ΦB的关系是( )
A.ΦA>ΦB B.ΦA=ΦB C.ΦA<ΦB D.无法确定
解析:本题考查合磁通量的求解.解题时要注意有两个方向的磁感线穿过线圈,磁通量应用抵消之后所剩余的磁感线的净条数描述.从上向下看,穿过圆环A、B的磁感线如图所示,磁感线有进有出,A、B环中指向纸外的磁感线条数一样多,但A环向里的磁感线条数较多,抵消得多,净剩条数少,所以ΦA<ΦB,选C.
答案:C
4.(多选)如图所示,线框水平向右通过有限匀强磁场的过程中,线框中产生感应电流的情况为(线框宽度小于磁场宽度)( )
A.进磁场时有电流 B.出磁场时有电流
C.在磁场中运动时有电流 D.整个过程中都有电流
解析:当线框进磁场时,磁通量增加,而出磁场时通过线框的磁通量减小,所以进、出磁场时都有感应电流产生,选项A、B正确;线框在磁场中运动时,磁通量不变,没有感应电流产生,选项C、D错误.
答案:AB
5.如图所示,半径为R的圆形线圈共有n匝,其中心位置处半径为r的范围内有匀强磁场,磁场方向垂直线圈平面,若磁感应强度为B,则穿过线圈的磁通量为 ( )
A.πBR2 B.πBr2
C.nπBR2 D.nπBr2
解析:由磁通量的定义式知Φ=BS=πBr2(S为有效面积,且Φ与匝数无关),故B正确.
答案:B
6.如图所示,闭合圆导线线圈放置在匀强磁场中,线圈平面与磁场平行,其中ac、bd分别是平行、垂直于磁场方向的两条直径.试分析线圈做如下运动时,能产生感应电流的是( )
A.使线圈在纸面内平动
B.使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动
C.使线圈以ac为轴转动
D.使线圈以bd为轴转动
解析:本题可根据产生感应电流的条件——穿过闭合电路的磁通量发生变化,来判断能否产生感应电流.题图所示位置线圈与磁场平行,穿过线圈平面的磁通量为零.由于磁场为匀强磁场,线圈在平面内平动或转动时,其磁通量始终为零,没有变化,因此不会产生感应电流,故选项A错误.使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动,或使线圈以ac为轴转动,线圈与磁场保持平行,穿过线圈平面的磁通量一直为零,没有变化,所以不产生感应电流,故选项B、C错误.当线圈以bd为轴转动时,穿过线圈的磁感线条数将发生变化,则磁通量将发生变化,则线圈有感应电流产生,故选项D正确.
答案:D
7.如图所示,将一线圈放在匀强磁场中,线圈平面平行于磁感线,则线圈中有感应电流产生的是( )
A.线圈绕N边转动
B.线圈绕M边转动
C.线圈垂直于磁感线向上运动
D.线圈平行于磁感线向右运动
解析:当线圈绕N边转动时,线圈中的磁通量一直为零,没有发生变化,无感应电流产生,故选项A错误;当线圈绕M边转动时,磁通量增大,发生了变化,有感应电流产生,故选项B正确;当线圈垂直于磁感线运动时,磁通量一直为零,不发生变化,无感应电流,故选项C错误;当线圈平行于磁感线运动时,磁通量一直为零,无感应电流,故选项D错误.
答案:B
8.某同学用如图所示的实验装置探究电磁感应的产生条件,发现将条形磁铁快速插入(或拔出)线圈时,甲图中的电流表发生明显偏转,而乙图中的小灯泡始终不发光(检查电路没有发现问题),试分析小灯泡不发光的原因:? .?
答案:通过小灯泡的电流太小
能力提升
1.水平固定的大环中通过恒定的强电流I,从上向下看为逆时针方向,如图所示,有一小铜环,从上向下穿过大圆环,且保持环面与大环平行且共轴,下落过程中小环中产生感应电流的过程( )
A.只在小环接近大环的过程中
B.只在小环远离大环的过程中
C.只在小环经过大环的过程中
D.在小环下落的整个过程中
解析:由环形电流磁感线的分布可知小环在运动的过程中,无论是接近还是远离大环,穿过小环的磁通量均在变化,所以小环下落的整个过程均能产生感应电流,故选D.
答案:D
2.某学生做观察电磁感应现象的实验,将电流计、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路,当他闭合、断开开关时,电流计的指针都没有偏转,其原因是( )
A.开关位置接错 B.电流计的正、负极接反
C.线圈B的接头3、4接反 D.蓄电池的正、负极接反
解析:本实验是用来研究在开关通断瞬间,磁场发生变化,是否会产生感应电流的情况.题图中所示开关的连接不能控制含有电源的电路中电流的通断,因而图中接法达不到目的.开关应串联到电源和接头1(或接头2)之间.
答案:A
3.(多选)一磁感应强度为B的匀强磁场方向水平向右,一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置,平面abcd与竖直方向成θ角,θ=30°.将abcd绕ad轴转60°角,则穿过线圈平面的磁通量的变化量可能为( )
A.0
B.2BS
C.12BS
D.32BS
解析:开始时穿过线圈平面的磁通量为Φ1=BScos θ,后来穿过平面的磁通量有两种可能:Φ2=0或Φ2'=BScos θ,则磁通量的变化量为ΔΦ=BScos θ=32BS或ΔΦ'=0,选项A、D正确.
答案:AD
4.如图所示,ab是水平面上一个圆线圈的直径,在过ab的竖直平面内有一根通电直导线ef.已知ef平行于ab,当ef竖直向上平移时,电流磁场穿过圆线圈面积的磁通量将( )
A.逐渐增大 B.逐渐减小
C.始终为零 D.不为零,但保持不变
解析:利用安培定则判断电流产生的磁场,作出如图所示俯视图,考虑到磁场具有对称性,可以知道,穿进圆线圈的磁感线的条数与穿出圆线圈的磁感线的条数是相等的,故选C.
答案:C
5.(多选)如图所示,金属导线框abcd放在水平光滑金属导轨上,在磁场中向右运动,匀强磁场垂直于水平面向下,则( )
A.G1表的指针发生偏转
B.G2表的指针发生偏转
C.G1表的指针不发生偏转
D.G2表的指针不发生偏转
解析:ab导线与G1、G2两电表形成回路,导线框向右运动时,回路中磁通量增加,产生感应电流,故两电表的指针均发生偏转.
答案:AB
6.如图所示,有一个100匝的线圈,其横截面是边长l=0.20 m的正方形,放在磁感应强度为B=0.50 T的匀强磁场中,线圈平面与磁场垂直.若将磁场的方向反向或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),求在这两个过程中穿过线圈的磁通量分别改变了多少.
解析:线圈横截面是正方形时的面积
S1=l2=(0.20 m)2=4.0×10-2 m2
穿过线圈的磁通量
Φ1=BS1=0.50×4.0×10-2 Wb=2×10-2 Wb
B变为相反方向后,Φ2=-BS1=-2×10-2 Wb
ΔΦ=Φ2-Φ1=-4×10-2 Wb
线圈横截面形状为圆形时,其半径r=4l2π=2lπ
面积S2=π2lπ2=425π m2
穿过线圈的磁通量
Φ2'=BS2=0.50×425π Wb≈2.55×10-2 Wb
所以磁通量的变化量
ΔΦ'=Φ2'-Φ1=(2.55-2.0)×10-2 Wb=5.5×10-3 Wb.
答案:-4×10-2 Wb 5.5×10-3 Wb
7.如图所示,矩形线圈abcd左半边处在匀强磁场中,右半边在磁场外,磁感应强度为B,线圈一半的面积为S,初始时磁场垂直于线圈平面,求下列情况中线圈中磁通量的变化量:
(1)以ab边为轴线圈转过90°;
(2)以ab边为轴线圈转过60°;
(3)以中线ef为轴线圈转过180°.
解析:(1)线圈初始磁通量Φ1=BS,以ab边为轴转过90°后,Φ2=0,所以ΔΦ=Φ2-Φ1=-BS,大小为BS.
(2)当线圈以ab边为轴转过60°时,矩形线圈恰好全部进入磁场,Φ2=B·2Scos 60°=BS,所以ΔΦ=Φ2-Φ1=0,说明磁通量未发生变化.
(3)因为Φ1=BS,磁感线是垂直于线圈的正前面向里穿过的,当线圈绕中线转过180°时,线圈的正后面转到正前面,磁感线是从原正后面向里穿过的,故Φ2=-BS,所以ΔΦ=Φ2-Φ1=-2BS,大小为2BS.
答案:见解析
8.如图所示,固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中,金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动.t=0时,磁感应强度为B0,此时MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为l的正方形.为使MN棒中不产生感应电流,从t=0开始,磁感应强度Bt应怎样随时间t变化?请推导这种情况下Bt与t的关系式.
解析:要使MN棒中不产生感应电流,则闭合回路MDEN中的磁通量Φ必须保持不变.否则Φ一旦变化,则MN棒中就会产生感应电流.整个过程中磁通量Φ保持不变,由Φ=BS知Φ=B0l2=Bt(l2+lvt),解得Bt=B0ll+vt.
答案:Bt=B0ll+vt