高中物理人教版选修3-2练习 第4章电磁感应4-3a Word版含解析

一、选择题(每小题6分，共60分)
1．关于电磁感应现象，下列说法中正确的是(　　)
A．感应电流的磁场总是与原磁场方向相反
B．闭合线圈放在变化的磁场中就一定能产生感应电流
C．闭合线圈放在匀强磁场中做切割磁感线运动时，一定能产生感应电流
D．感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的磁通量的变化
答案　D
解析　电磁感应现象中，若磁通量减小，则感应电流的磁场与原磁场方向相同，选项A错误。若闭合线圈平面与磁场方向平行，则无论磁场强弱如何变化，穿过线圈的磁通量始终为零，不产生感应电流，选项B错误。若线圈切割磁感线时，穿过线圈的磁通量不发生变化，则不能产生感应电流，选项C错误。只有选项D正确。
2．(多选)如图所示，一轻质绝缘横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，同学们看到的现象及现象分析正确的是(　　)
A．磁铁插向左环，横杆发生转动
B．磁铁插向右环，横杆发生转动
C．磁铁插向左环，左环中不产生感应电动势和感应电流
D．磁铁插向右环，右环中产生感应电动势和感应电流
答案　BD
解析　左环不闭合，磁铁插向左环时，产生感应电动势，但不产生感应电流，环不受力，横杆不转动，故A、C错误；右环闭合，磁铁插向右环时，环内产生感应电动势和感应电流，环受到磁场的作用，横杆转动；根据楞次定律的推论：来拒去留，从上向下看横杆发生逆时针方向转动，故B、D正确。
3．(多选)如图所示，当磁铁运动时，流过电阻的电流由A经R到B，则磁铁的运动可能是(　　)
A．向下运动
B．向上运动
C．向左平移
D．以上都不可能
答案　BC
解析　此题可通过逆向思维应用楞次定律来判定。由感应电流方向A→R→B，应用安培定则知感应电流在线圈内产生的磁场方向应是从上指向下，由楞次定律判得线圈内磁通量的变化应是向下减小或向上增加，由条形磁铁的磁感线分布知线圈内原磁场是向下的，故应是磁通量减小，即磁铁向上运动或向左、右平移，所以B、C正确。
4．如图所示，金属环所在区域存在着匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。当磁感应强度逐渐增大时，内、外金属环中感应电流的方向为 (　　)
A．外环顺时针、内环逆时针
B．外环逆时针，内环顺时针
C．内、外环均为逆时针
D．内、外环均为顺时针
答案　B
解析　首先明确研究的回路由外环和内环共同组成，回路中包围的磁场方向垂直纸面向里且磁通量增加。由楞次定律可知两环之间的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，垂直于纸面向外，再由安培定则判断出感应电流的方向是在外环沿逆时针方向，在内环沿顺时针方向，故选项B正确。
5．扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺寸上的形貌。为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是(　　)
答案　A
解析　根据题意，要使紫铜薄板振动的衰减最有效，所施加的磁场应使得紫铜薄板上下左右振动时，通过板面的磁通量发生变化最显著，产生感应电流，使安培力的作用阻碍紫铜薄板的振动最有效，而B、C、D三项中的薄板左右轻微振动时，均并不会显著引起磁通量的变化，A项中薄板上下、左右振动时，通过板面的磁通量变化最显著，故A项正确。
6．如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是(　　)
A．PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向
B．PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向
C．PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向
D．PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向
答案　D
解析　当金属杆PQ突然向右运动时，回路PQRS垂直于纸面向里的磁通量增大，根据楞次定律，感应电流产生的磁场方向垂直纸面向外，根据安培定则可得感应电流为逆时针方向；感应电流产生的磁场垂直纸面向外，T内部由于垂直纸面向内的磁通量不变，多了感应电流产生的向外的磁场，根据楞次定律，圆环的感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里，根据安培定则可得T中产生的感应电流为顺时针方向，故D项正确。
7. 如图所示，两个相同的铝环套在一根光滑绝缘杆上，将一条形磁铁向左插入铝环的过程中，两环的运动情况是(　　)
A．同时向左运动，间距增大
B．同时向左运动，间距不变
C．同时向左运动，间距变小
D．同时向右运动，间距增大
答案　C
解析　当将一条形磁铁向左插入铝环的过程中，依据楞次定律可得：两个圆环皆阻碍条形磁铁的运动，对条形磁铁施加一个向右的作用力。依据牛顿第三定律可得：条形磁铁对两个圆环皆有一个反作用力，使两个圆环皆向左运动。依据磁场力的大小可知，右边的圆环受到的反作用力较大，运动的平均速度较大，而左边的圆环受到的反作用力较小，运动的平均速度较小，因此它们间的间距逐渐减小。另外，两个圆环产生的感应电流的方向相同，依据安培定则和左手定则可以判断，两个圆环之间是相互吸引的，故间距变小，C正确。
8．(多选)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在磁场力的作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是(　　)
A．向右加速运动 B．向左加速运动
C．向右减速运动 D．向左减速运动
答案　BC
解析　当PQ向右运动时，用右手定则可判定PQ中感应电流的方向是由Q→P，由安培定则可知穿过L1的磁场方向向上；若PQ向右加速运动，则穿过L1的磁通量增加，用楞次定律可以判断流过MN的感应电流是从N→M的，用左手定则可判定MN受到向左的安培力，将向左运动，选项A错误；若PQ向右减速运动，流过MN的感应电流方向、MN所受的安培力的方向均将反向，MN向右运动，所以选项C正确；同理可判断选项B正确，选项D错误。
9．(多选)如图甲所示，圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同的线圈Q，P和Q共轴，Q中通有变化的电流，电流随时间变化的规律如图乙所示，P所受的重力为G，桌面对P的支持力为FN，则(　　)
A．t1时刻，FN>G B．t2时刻，FN>G
C．t3时刻，FN答案　AD
解析　t1时刻线圈Q中电流在增大，电流的磁场增强，穿过线圈P的磁通量增加，P有远离Q的趋势，受到Q的排斥作用，设这个斥力大小为F，则有FN＝F＋G，即FN>G，选项A正确；t2时刻Q中电流恒定，线圈P中无变化的磁场，不产生感应电流，P只受重力G与桌面支持力FN作用而平衡，有FN＝G，选项B错误；同理在t4时刻Q中电流恒定，有FN＝G，选项D正确；t3时刻Q中电流为零，对P无磁场力作用，仍有FN＝G，选项C错误。
10．(多选)如图所示，一块长方形光滑铝板水平放在桌面上，铝板右端拼接一根与铝板等厚的条形磁铁，一个质量分布均匀的闭合铝环以初速度v从板的左端沿中线向右端滚动，则(　　)
A．铝环的滚动速度将越来越小
B．铝环将保持匀速运动
C．铝环的运动将逐渐偏向条形磁铁的N极或S极
D．铝环的运动速率会改变，但运动方向将不会发生改变
答案　AD
解析　由于铝环沿中线向右滚动时，磁通量不断增大，产生感应电动势，从而产生感应电流，出现安培阻力，使其速度越来越小，故A正确、B错误；铝环沿中线运动时受到的安培力与磁场方向垂直，与铝环的运动方向相反，因此铝环不会偏向磁铁的N极或S极，故C错误；铝环的运动速率会改变，但运动方向将不会发生改变，当铝环的速度减为零时，磁通量不变，则没有安培力出现，所以会停止，故D正确。
二、非选择题(共3小题，40分)
11．(12分)如图所示，试判定当开关S闭合和断开瞬间，线圈ABCD 中的感应电流方向。
答案　S闭合时，感应电流方向为A→D→C→B→A；
S断开时，感应电流方向为A→B→C→D→A。
解析　当S闭合的瞬间：
穿过回路的合磁场方向与电流I产生的磁场方向相同，垂直纸面向外(如图所示)，且磁通量增大；
由楞次定律知感应电流磁场方向应和B原相反，即垂直纸面向里；
由安培定则判知线圈ABCD中感应电流方向是A→D→C→B→A。
当S断开时：
穿过回路的原磁场方向仍与电流I产生的磁场方向相同，垂直纸面向外，但磁通量减小；
由楞次定律得知感应电流磁场方向应和B原相同，即垂直纸面向外；
由安培定则判知感应电流方向是A→B→C→D→A。
12．(12分)在“研究电磁感应现象”的实验中，首先按图甲连接电路，以查明电流计指针的偏转方向与电流方向之间的关系；当闭合开关S时，观察到电流计指针向左偏，不通电时电流计指针停在正中央。然后按图乙所示，将电流计与副线圈B连成一个闭合回路，将原线圈A、电池、滑动变阻器和开关S串联成另一个闭合电路。
(1)S闭合后，原线圈A插入副线圈B的过程中，电流计的指针将如何偏转？
(2)线圈A放在线圈B中不动时，指针如何偏转？
(3)线圈A放在线圈B中不动，将滑动变阻器的滑片P向左滑动时，电流计指针将如何偏转？
(4)线圈A放在B中不动，突然断开S，电流计指针又将如何偏转？
答案　(1)向右偏转　(2)不偏转　(3)向右偏转
(4)向左偏转
解析　由图甲可知当电流从电流计的正接线柱进入时，电流计指针左偏，则电流从负接线柱进入电流计时，指针将向右偏转。由图乙可知，当开关S闭合时，原线圈A中磁场的方向向上。
(1)将原线圈A插入副线圈B的过程中，B中磁场方向向上且磁通量增加，由楞次定律知，B线圈中产生的感应电流的磁场方向应该向下，所以产生的感应电流从电流计负接线柱流入电流计，故电流计的指针将向右偏转。
(2)线圈A放在线圈B中不动时，磁场不变，磁通量不变，无感应电流产生，电流计指针不偏转。
(3)将滑动变阻器的滑片P向左滑动时，线圈A中电流增强，线圈B中磁场方向向上且增强，由楞次定律知，B线圈中产生的感应电流的磁场方向向下，故感应电流从电流计负接线柱流入电流计，所以电流计的指针将向右偏转。
(4)突然断开S，B中磁场方向向上减弱，磁通量减少，由楞次定律知，B线圈中产生的感应电流的磁场方向应向上，所以产生的感应电流从电流计正接线柱流入电表，故电流计的指针将向左偏转。
13．(16分)磁感应强度为B的匀强磁场仅存在于边长为2l的正方形范围内，有一个电阻为R、边长为l的正方形导线框abcd，沿垂直于磁感线方向，以速度v匀速通过磁场，如图所示，从ab进入磁场时开始计时。
(1)画出穿过线框的磁通量随时间变化的图象；
(2)判断线框中有无感应电流。若有，请判断出感应电流的方向；若无，请说明理由。
答案　(1)见解析图
(2)线框进入磁场阶段，线框中感应电流方向为逆时针方向；线框在磁场中运动阶段，线框中无感应电流；线框离开磁场阶段，线框中感应电流方向为顺时针方向。
解析　线框穿过磁场的过程可分为三个阶段：进入磁场阶段(只有ab边切割磁感线)、在磁场中运动阶段(ab、cd两边都切割磁感线)、离开磁场阶段(只有cd边切割磁感线)。
(1)①线框进入磁场阶段：t为0～，线框进入磁场中的面积S＝lvt，与时间成正比，穿过线圈的磁通量Φ＝BS＝Blvt，t＝时，Φ＝BS＝Bl2。
②线框在磁场中运动阶段：t为～，穿过线框的磁通量为Φ＝Bl2，保持不变。
③线框离开磁场阶段：t为
～，穿过线框的磁通量为Φ＝Bl＝3Bl2－Blvt，线性减小，t＝时为零。
故磁通量随时间变化的图象如图所示。
(2)线框进入磁场阶段，穿过线框的磁通量增加，线框中将产生感应电流。由楞次定律可知，感应电流方向为逆时针方向。
线框在磁场中运动阶段，穿过线框的磁通量保持不变，无感应电流产生。
线框离开磁场阶段，穿过线框的磁通量减小，线框中将产生感应电流。由楞次定律可知，感应电流方向为顺时针方向。