高中物理人教版课上随堂练习选修3-2 4.1　划时代的发现4.2探究产生感应电流的条件 Word版含解析

第四章　电磁感应
1　划时代的发现
2　探究感应电流的产生条件
记一记
划时代的发现、探究感应电流的产生条件知识体系
1个实验——奥斯特的电流磁效应实验
1个条件——感应电流产生条件
3种情形——磁通量变化的三种情形
辨一辨
1.电流的磁效应说明电能生磁．(√)
2．奥斯特发现了电流的磁效应；法拉第发现了电磁感应现象．(√)
3．闭合线路中有感应电流时，则通过线路的磁通量一定发生变化．(√)
4．导体在磁场中做切割磁感线运动时，导体中一定产生感应电流．(×)
5．小磁针在通电导线附近发生偏转的现象是电磁感应现象．(×)
想一想
1.哪些情况可以引起磁通量Φ的变化？
提示：磁通量的变化有三种情况，由Φ＝BS可知：
(1)是磁感应强度B不变，有效面积S变化；
(2)是磁感应强度B变化，有效面积S不变；
(3)是磁感应强度B和有效面积S同时发生变化．
2．如何判断是否是电磁感应现象呢？
提示：(1)由磁生电的现象都是电磁感应现象；
(2)所有的电磁感应现象都与变化和运动相联系．
3．只要磁通量发生变化，电路中就一定有感应电流吗？
提示：产生感应电流的条件有两个：一是电路闭合；二是磁通量发生变化，两者缺一不可．当电路不闭合时，即使磁通量发生变化，电路中也没有感应电流产生．
4．磁通量有正负，其正负号表示方向吗？
提示：磁通量是标量，但有正负，其正负分别表示磁感线穿入的方向与规定的方向相同还是相反．
思考感悟：　
　
　
　
练一练
1.关于磁通量的概念，以下说法中正确的是(　　)
A．磁感应强度越大，穿过闭合回路的磁通量也越大
B．磁感应强度越大，线圈面积越大，则磁通量也越大
C．穿过线圈的磁通量为零，但磁感应强度不一定为零
D．磁通量发生变化，一定是磁场发生变化引起的
解析：穿过闭合回路的磁通量大小取决于磁感应强度、闭合回路所围面积以及两者夹角三个因素，所以只了解其中一个或两个因素无法确定磁通量的变化情况，A、B两项错误；同样仅由磁通量的情况，也无法确定某个因素的情况，C项正确，D项错误．
答案：C
2．(多选)下列说法中正确的是(　　)
A．发现电磁感应现象的科学家是奥斯特，发现电流磁效应的科学家是法拉第
B．奥斯特的思维和实践没有突破当时人类对电和磁的认识
C．产生感应电流的原因都与变化或运动有关
D．电磁感应现象的发现使人们找到了“磁生电”的方法，开辟了人类的电气化时代
解析：发现电流磁效应的科学家是奥斯特，发现电磁感应现象的科学家是法拉第；产生感应电流的原因都与变化或运动有关；电磁感应现象的发现，宣告了电磁学的诞生，开辟了人类的电气化时代．综上所述，C、D两项正确．
答案：CD
3．关于感应电流，下列说法中正确的是(　　)
A．只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生
B．穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生
C．线圈不闭合时，即使穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中也没有感应电流
D．以上说法都不正确
解析：对闭合电路而言，磁通量必须变化，闭合电路中才有感应电流，仅有磁通量但不变化，是不会产生感应电流的，故A项错误；如果线圈(或螺线管)不闭合，即使穿过它的磁通量发生变化，线圈中也不会有感应电流，故B、D项错误；C项正确．
答案：C
4．下图中能产生感应电流的是(　　)
解析：根据产生感应电流的条件：A项中，电路没闭合，无感应电流；B项中，面积增大，闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C项中，穿过线圈的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流；D项中，磁通量不发生变化，无感应电流．
答案：B
要点一 磁通量及其变化
1.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．通过某一平面的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零
D．磁通量就是磁感应强度
解析：磁通量是标量，故A项错误；由Φ＝BS⊥可知Φ由B和S⊥两个因素决定，Φ较大，有可能是由于S⊥较大，故B项错误；由Φ＝BS⊥可知，当线圈平面与磁场方向平行时，S⊥＝0，Φ＝0，但磁感应强度B不为零，故C项正确；磁通量和磁感应强度是两个不同的物理量，故D项错误．
答案：C
2．如图所示，两个单匝线圈a、b的半径分别为r和2r.圆形匀强磁场B的边缘恰好与a线圈重合，则穿过a、b两线圈的磁通量之比为(　　)
A．1：1
B．1：2
C．1：4
D．4：1
解析：由题图可知，穿过a、b两个线圈的磁通量均为Φ＝B·πr2，因此磁通量之比为1：1，A项正确．
答案：A
3．如图所示，水平放置的扁平条形磁铁，在磁铁的左端正上方有一金属线框，线框平面与磁铁垂直，当线框从左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的过程中，穿过它的磁通量的变化情况是(　　)
A．先减小后增大 B．始终减小
C．始终增大 D．先增大后减小
解析：线框在磁铁两端的正上方时穿过该线框磁通量最大，在磁铁中央时穿过该线框的磁通量最小，所以该过程中的磁通量先减小后增大，故A项正确．
答案：A
要点二 产生感应电流的条件
4.(多选)下列情况能产生感应电流的是(　　)
A．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
解析：题图甲中导体AB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项错误；题图乙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，都能产生感应电流，故B项正确；题图丙中开关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，不产生感应电流，故C项错误；题图丙中开关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，能产生感应电流，故D项正确．
答案：BD
5．一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
解析：由产生感应电流的条件易知，闭合线圈中没有感应电流产生，则穿过线圈平面的磁通量一定没有变化，D项正确．
答案：D
6．(多选)如图所示装置，在下列各种情况中，能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是(　　)
A．开关S接通的瞬间
B．开关S接通后，电路中电流稳定时
C．开关S接通后，滑动变阻器触头滑动的瞬间
D．开关S断开的瞬间
解析：将开关突然接通的瞬间，螺线管产生的磁场从无到有，穿过铜线圈A的磁通量增大，产生感应电流，故A项正确；螺线管中通以恒定的电流时，螺线管产生稳恒的磁场，穿过铜线圈A的磁通量不变，没有感应电流产生，故B项错误；开关接通后，使变阻器的滑片P滑动时，变阻器接入电路的电阻变化，回路中电流变化，螺线管产生的磁场变化，穿过铜线圈A的磁通量变化，产生感应电流，故C项正确；将开关突然断开的瞬间，螺线管产生的磁场从有到无，穿过铜线圈A的磁通量减小，产生感应电流，故D项正确．
答案：ACD
7．宇航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表和一个小线圈，则下列推断正确的是(　　)
A．直接将电流表放于月球表面，通过观察电流表是否有示数来判断磁场的有无
B．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如果电流表无示数，则可判断月球表面无磁场
C．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如果电流表有示数，则可判断月球表面有磁场
D．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈在某一平面内沿各个方向运动，如果电流表无示数，则可判断月球表面无磁场
解析：当闭合回路的线圈平面与磁场方向平行时，不论向哪个方向移动线圈，穿过线圈的磁通量都不会变化，所以也不会产生感应电流，因此不能判断有无磁场存在；若使闭合线圈沿某一方向移动时有感应电流产生，则一定存在磁场，故C项正确．
答案：C
8．(多选)如图所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直．导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好．金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流通过，则可能(　　)
A．v1＞v2 B．v1＜v2
C．v1＝v2 D．无法确定
解析：只要金属棒ab、cd的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流，故A、B两项正确．
答案：AB
基础达标
1.(多选)下列现象中，能表明电和磁有联系的是(　　)
A．摩擦起电
B．两块磁铁相互吸引或排斥
C．小磁针靠近通电导线时偏转
D．磁铁插入闭合线圈过程中，线圈中产生感应电流
解析：摩擦起电是静电现象；两块磁铁相互吸引或排斥是磁现象；小磁针靠近通电导线时偏转，说明“电生磁”；磁铁插入闭合线圈过程中，线圈中产生感应电流，说明“磁生电”．C、D表明电和磁有联系．
答案：CD
2．1820年4月的一天，丹麦科学家奥斯特在上课时，无意中让通电导线靠近小磁针，突然发现小磁针偏转．这个现象并没有引起在场其他人的注意，而奥斯特却是个有心人，他非常兴奋，紧紧抓住这个现象，接连三个月深入地研究，反复做了几十次实验，关于奥斯特的实验，如图所示，下列操作中一定能够观察到小磁针偏转的是(　　)
A．通电导线AB东西放置，小磁针放在导线正下方，闭合开关
B．通电导线AB南北放置，小磁针放在导线正下方，闭合开关
C．通电导线AB东西放置，小磁针放在导线正下方，改变电流方向
D．通电导线AB南北放置，小磁针放在AB的延长线上，改变电流大小
解析：奥斯特发现电流周围存在磁场，对小磁针有磁场力作用，但地磁场(指向南北)也对小磁针有磁场力作用，所以为了减小地磁场的影响，应将导线南北放置．根据通电导线周围磁场的分布情况可知，小磁针应放在通电导线的下方或上方，不能放在通电导线的延长线上．此时小磁针若偏转，则说明是通电导线的磁场引起的，故选项B正确．
答案：B
3．均匀带负电的塑料圆环绕垂直于圆环平面且过圆心的轴旋转，在环的圆心处有一闭合小线圈，小线圈和圆环在同一平面，则(　　)
A．只要圆环在转动，小线圈内就一定有感应电流
B．不管圆环怎样转动，小线圈内都没有感应电流
C．圆环在做变速转动时，小线圈内一定有感应电流
D．圆环在做匀速转动时，小线圈内有感应电流
解析：带负电的圆环转动时，形成电流．当圆环匀速转动时，等效电流为恒定值，根据电流的磁效应，它产生恒定的磁场，因此通过小线圈的磁通量不变，故小线圈内无感应电流产生，A、D两项错误；当圆环变速转动时，产生的等效电流不恒定，产生的磁场也是变化的，通过小线圈的磁通量不断发生变化，则小线圈内一定有感应电流，B项错误，C项正确．
答案：C
4．如图所示，三个线圈放在匀强磁场中，面积S1A．Φ1＝Φ2　　　　　B．Φ2＝Φ3
C．Φ1＞Φ2 D．Φ3＞Φ2
解析：根据公式Φ＝BS，由题知面积S1＜S2＜S3，所以线圈S3穿过的磁感线条数最多，所以磁通量最大，线圈S1穿过的磁感线条数最小，所以磁通量最小．故A、B、C三项错误，D项正确．
答案：D
5．在如图所示的实验中，能在线圈中产生感应电流的是(　　)
A．磁铁N极停在线圈中
B．磁铁S极停在线圈中
C．磁铁从线圈内抽出的过程
D．磁铁静止在线圈左侧
解析：磁铁停在线圈中，穿过线圈的磁通量不变，不能产生感应电流．故A、B两项错误；磁铁从线圈内抽出的过程，穿过线圈的磁通量减小，能产生感应电流．故C项正确；磁铁静止在线圈左侧，穿过线圈的磁通量不变，不能产生感应电流．故D项错误．
答案：C
6．如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，有一闭合导体环，环面与磁场垂直．当导体环在磁场中完成下述运动时，可能产生感应电流的是(　　)
A．导体环保持水平且在磁场中向上或向下运动
B．导体环保持水平向左或向右加速平动
C．导体环以垂直环面、通过环心的轴转动
D．导体环以一条直径为轴，在磁场中转动
解析：只要导体环保持水平，无论它如何运动，穿过环的磁通量都不变，都不会产生感应电流，只有导体环的有效面积改变时，穿过环的磁通量改变，才会产生感应电流，D项正确．
答案：D
7．如图所示，ab是闭合电路的一部分，处在垂直于纸面向外的匀强磁场中(　　)
A．当ab垂直于纸面向外平动时，ab中有感应电流
B．当ab垂直于纸面向里平动时，ab中有感应电流
C．当ab垂直于磁感线向右平动时，ab中有感应电流
D．当ab垂直于磁感线向左平动时，ab中无感应电流
解析：闭合电路的部分导体做切割磁感线运动时，回路中一定有感应电流，当ab垂直于纸面向外、向里平动时都不切割磁感线，故ab中都没有感应电流，故A、B两项错误．当ab垂直于磁感线向右、向左平动时都切割磁感线，ab中都有感应电流，故C项正确、D项错误．
答案：C
8．如图所示，在条形磁铁的外面套着一个闭合金属弹簧线圈P，现用力从四周拉弹簧线圈，使线圈包围的面积变大，则下列关于穿过弹簧线圈磁通量的变化以及线圈中是否有感应电流产生的说法中，正确的是(　　)
A．磁通量增大，有感应电流产生
B．磁通量增大，无感应电流产生
C．磁通量减小，有感应电流产生
D．磁通量减小，无感应电流产生
解析：
本题中条形磁铁磁感线的分布如图所示(从上向下看)．磁通量是指穿过一个面的磁感线的多少，由于竖直向上的和竖直向下的磁感线要抵消一部分，当弹簧线圈P的面积扩大时，竖直向下的磁感线条数增加，而竖直向上的磁感线条数是一定的，故穿过这个面的磁通量将减小，回路中会有感应电流产生．
答案：C
9．如图所示，一矩形线框从abcd位置移到a′b′c′d′位置的过程中，关于穿过线框的磁通量情况，下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动)(　　)
A．一直增加
B．一直减少
C．先增加后减少
D．先增加，再减少直到零，然后再增加，然后再减少
解析：离导线越近，磁场越强，当线框从左向右靠近导线的过程中，穿过线框的磁通量增大，当线框跨在导线上向右运动时，磁通量减小，当导线在线框正中央时，磁通量为零，从该位置向右，磁通量又增大，当线框离开导线向右运动的过程中，磁通量又减小；故A、B、C三项错误，D项正确．
答案：D
10．如图所示，在匀强磁场中，MN、PQ是两根平行的金属导轨，而ab、cd为串有电压表和电流表的两根金属棒，同时以相同速度向右运动时，下列说法正确的有(　　)
A．电压表有读数，电流表有读数
B．电压表无读数，电流表有读数
C．电压表无读数，电流表无读数
D．电压表有读数，电流表无读数
解析：两棒以相同速度向右运动时，因穿过abcd的磁通量不变，回路中没有感应电流，电流表和电压表均不会有读数，C项正确．
答案：C
11．(多选)下列情况中都是闭合线框在磁场中做切割磁感线运动，其中线框中有感应电流的是(　　)
解析：A中穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流．B中闭合线框的一部分导体“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中闭合线框是在非匀强磁场中运动，穿过线框的磁感线条数增加，线框中有感应电流．D中穿过闭合线框磁感线条数不变，无感应电流，故B、C两项正确．
答案：BC
能力达标
12．如图所示，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(　　)
A．逐渐增大 B．逐渐减小
C．保持不变 D．不能确定
解析：当矩形线框在线框与直导线决定的平面内逐渐远离平动通电导线时，由于距离导线越远，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项正确．
答案：B
13．(多选)如图所示，线圈abcd在磁场区域ABCD中，下列哪种情况下线圈中有感应电流产生(　　)
A．把线圈变成圆形(周长不变)
B．使线圈在磁场中加速平移
C．使磁场增强或减弱
D．使线圈以过ab的直线为轴旋转
解析：选项A中，线圈的面积变化，磁通量变化，故A项正确；选项B中，无论线圈在磁场中匀速还是加速平移，磁通量都不变，故B项错误；选项C、D中，线圈中的磁通量发生变化，故C、D两项正确．
答案：ACD
14．为观察电磁感应现象，某学生将电流表、螺线管A和B、电池组、滑动变阻器、电键接成如图所示的实验电路：
(1)该同学将线圈B放置在线圈A中，闭合、断开电键时，电流表指针都没有偏转，其原因是________．
A．电键的位置接错
B．电流表的正、负接线柱上导线接反
C．线圈B的两个接线柱上导线接反
D．蓄电池的正、负极接反
(2)电路连接的错误改正后，通过实验得出产生感应电流的条件是____________________________________________．
解析：(1)该同学将线圈B放置在线圈A中，再闭合、断开电键，磁通量不变，无感应电流，故电流表指针不偏转；应改为电键闭合后，再将线圈B放置在线圈A中；或者将电键接在B线圈所在回路中，故选A.
(2)通过实验得出产生感应电流的条件是：当闭合电路磁通量发生变化时会产生感应电流．
答案：(1)A　(2)闭合电路磁通量发生变化
15．如图所示，有一个垂直纸面向里的匀强磁场B＝0.8 T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1 cm.现于纸面内先后放上圆形线圈，圆心均在O处，A线圈半径为1 cm,10匝；D线圈半径为2 cm，1匝；C线圈半径为0.5 cm,1匝；问：
(1)在磁感应强度B减少为0.4 T的过程中，A和D中的磁通量改变了多少？
(2)当磁场转过30°角的过程中，C中的磁通量改变了多少？
解析：(1)对A线圈，Φ1＝B1πr，Φ2＝B2πr.
故磁通量减少量：|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2 Wb＝1.256×10－4 Wb.
对D线圈，|Φ2－Φ1|＝1.256×10－4 Wb.
(2)对C线圈，Φ1＝Bπr，磁场转过30°，线圈面积在垂直磁场方向上的投影为πrcos 30°，
则Φ2＝Bπrcos 30°.
故磁通量减少量：|Φ2－Φ1|＝Bπr(1－cos 30°)≈8.4×10－6 Wb.
答案：(1)减少1.256×10－4 Wb　减少1.256×10－4 Wb
(2)减少8.4×10－6 Wb