13.3电磁感应现象及应用—【新教材】人教版（2019）高中物理必修第三册练习Word版含答案

13.3电磁感应现象及应用
题号
一
二
三
总分
得分
一、单选题（本大题共14小题，共56.0分）
如图所示，一有限范围的匀强磁场，宽度为d，将一边长为l的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域，若，则线框中不产生感应电流的时间应等于
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】略
?如图所示，一个矩形线圈与通有相同大小电流的平行直导线在同一平面，而且处在两导线的中央，则
A.
两电流方向相同时，穿过线圈的磁通量为零
B.
两电流方向相反时，穿过线圈的磁通量为零
C.
两电流同向和反向时，穿过线圈的磁通量大小相等
D.
因两电流产生的磁场不均匀，因此不能判断穿过线圈的磁通量是否为零
【答案】A
【解析】略
如图所示，AB是处于水平面内的一个圆的直径，在过AB的竖直面内有一根通电直导线CD，且。当CD竖直向上平移时，电流的磁场穿过圆面积的磁通量将
A.
逐渐增大
B.
逐渐减小
C.
始终为零
D.
不为零，但保持不变
【答案】C
【解析】略
如图所示，大圆导线环A中通有逆时针方向的电流，在导线环所在平面内有一个圆B，它的一半面积在A环内，另一半面积在A环外，则穿过圆B的磁通量
A.
为零
B.
垂直环面向里
C.
垂直环面向外
D.
条件不足，无法判断
【答案】C
【解析】略
磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图所示，通有恒定电流的直导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框由位置1绕cd边翻转到位置2，设前后两次通过线框的磁通量变化分别为和，则???
A.
B.
C.
D.
无法确定
【答案】C
【解析】略
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
【答案】D
【解析】
【分析】
本题考查了电流的磁效应和电磁感应现象，同时需要明确电磁感应现象的条件和决定感应电流的大小的因素。
脉冲电流流经线圈会产生高强度的磁场是电流的磁效应；脉冲磁场在线圈周围空间产生感应电场是电磁感应现象；产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化；根据法拉第电磁感应定律可知，当脉冲电流最大强度不变，即产生的磁场的最大磁感应强度不变，故磁通量的变化量不变，但缩短脉冲电流时间，故产生的感应电动势变大，所以则在脑部产生的感应电场及感应电流会增强。
【解答】
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.产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，当脉冲电流改为恒定电流时，磁场不发生变化，即磁通量不变，所以不会产生感应电动势，故不能持续对脑神经产生电刺激作用，故C错误；
D.根据法拉第电磁感应定律可知，当脉冲电流最大强度不变，即产生的磁场的最大磁感应强度不变，故磁通量的变化量不变，但缩短脉冲电流时间，故产生的感应电动势变大，所以则在脑部产生的感应电场及感应电流会增强，故D正确。
故选D。
下列现象中，属于电磁感应现象的是
A.
小磁针在通电导线附近发生偏转
B.
通电线圈在磁场中受磁场作用力转动
C.
磁铁吸引小磁针
D.
闭合线圈靠近磁铁时产生电流
【答案】D
【解析】
【分析】
解答本题应掌握：电磁感应的现象---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。
本题中的四个选项分别对应了电与磁间关系的四个问题，A为电流的磁效应；B为电流在磁场中受力；C为磁化现象；D为电磁感应。
【解答】
电磁感应指闭合回路中部分导体做切割磁感线运动，或者穿过闭合线圈的磁通量变化，则回路中即可产生感应电流。
A.小磁针在通电导线附近发生偏转，这是电流的磁效应，故A错误；
B.通电线圈在磁场中转动，是由于安培力作用，故B错误；
C.磁铁吸引小磁针，磁性相互作用，故C错误；
D.闭合线圈在磁场中运动而产生电流，是由运动而产生感应电流，故D正确。
故选D。
为寻找“磁生电”现象，英国物理学家法拉第在1831年把两个线圈绕在同一个软铁环上如图所示，一个线圈A连接电池E和开关，另一个线圈B连接开关，并在其中一段直导线正下方放置一小磁针。闭合开关、前，小磁针静止且与直导线平行。则下列说法正确的是
A.
先闭合开关，再闭合开关，小磁针偏转了一下，最终复原
B.
先闭合开关，再闭合开关，小磁针偏转了一下，并一直保持这种偏转状态
C.
先闭合开关，再闭合开关，小磁针偏转了一下，最终复原
D.
先闭合开关，再闭合开关，小磁针偏转了一下，并一直保持这种偏转状态
【答案】C
【解析】
【分析】
先闭合，而此时是断开的，闭合时B线圈不会有感应电流；先闭合使B线圈形成闭合回路，再闭合时B线圈有感应电流，此电流的磁场对小磁针产生作用力。
【解答】
先闭合，A线圈中电流恒定，软铁环内有稳定的磁场，再闭合时B线圈中没有磁通量的变化，不会有感应电流，小磁针不动，故AB错误；
如果先闭合使B线圈形成闭合回路，再闭合时软铁环内磁通量增大，B线圈有感应电流，小磁针偏转一下；稳定时A中电流恒定，软铁环内磁通量无变化，B线圈无感应电流，小磁针将恢复原位，故C正确，D错误。
故选C。
下面所示的实验示意图中，用于探究电磁感应现象的是
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】
【分析】
本题涉及的内容有电流的磁效应，电动机的原理和发电机的原理．注意电磁感应和通电导体在磁场中受力运动的装置的不同，前者外部有没有电源，后者外部有电源。
【解答】
A.该选项是奥斯特实验，该实验证明了通电导线周围存在着磁场，利用电生磁现象制成了电磁铁，故不符合题意；故A错误；
B.磁铁在进入线圈的过程，由于磁通量的变化，产生感应电流；这是用来探究电磁感应现象的；故B正确；
C.闭合开关，线圈中有电流通过时，它就会运动起来，即说明通电导线在磁场中受力的作用，即是电动机的制作原理，故不符合题意；故C错误；
D.闭合开关，导线中有电流通过时，它就会运动起来，即说明通电导线在磁场中受力的作用，即是电动机的制作原理，故不符合题意；故D错误；
故选B。
如图所示，一个边长为2L的等腰直角三角形ABC区域内，有垂直纸面向里的匀强磁场，其左侧有一个用金属丝制成的边长为L的正方形线框abcd，线框以水平速度v匀速通过整个匀强磁场区域，设电流逆时针方向为正．则在线框通过磁场的过程中，线框中感应电流i随时间t变化的规律正确的是
A.
B.
C.
D.
【答案】B
【解析】
【分析】
解答本题的关键是正确利用几何关系弄清线框向右运动过程中有效切割长度的变化，然后根据法拉第电磁感应定律求解，注意感应电流方向的正负；
图象具有形象直观特点，通过图象可以考查学生综合知识掌握情况，对于图象问题学生在解答时可以优先考虑排除法，通过图象形式、是否过原点、方向等进行排除。
【解答】
在时间内，bd边进入磁场，切割有效长度不变，根据楞次定律可以判断电流逆时针，为正值，大小不变；在时间内ac边进入磁场，bd边开始穿出磁场，有效长度从零开始逐渐增大，感应电动势从零开始逐渐增大，电流从零开始逐渐增大，根据楞次定律可以判断电流顺时针，为负值；在时间内ac边开始穿出磁场，有效长度从L逐渐减小到零，感应电动势逐渐减小到零，电流逐渐减小到零，根据楞次定律可以判断电流顺时针，为负值，符合题意的图像是B图，ACD不符合题意；
故选B。
如图所示，一正方形金属线框边长为a，从磁场上方某一高度、自由下落，磁场边界宽为3a，则线框从进入磁场到完全离开磁场的过程中，线框速度随时间变化的图象可能是下图中
A.
B.
C.
D.
【答案】C
【解析】
【分析】
金属框自由下落，进入匀强磁场时，可能做匀速直线运动，可能做加速运动，也可能做减速运动，根据安培力与速度成正比的关系，分析加速度的变化，再选择图象。
解决本题时，关键要注意条件不明时，要考虑各种情况．安培力与速度关系式，在分析电磁感应导体运动情况时经常用到，要在理解的基础上加强记忆。
【解答】
A.金属框进入匀强磁场时，做减速运动，则重力小于所受安培力；根据安培力公式可知，出磁场时的速度大于进入磁场的速度，则出磁场时必定也做减速运动，故A错误；
B.金属框进入匀强磁场时，若重力与所受安培力平衡，做匀速直线运动；出磁场时的速度大于进入磁场的速度，则出磁场时必定做减速运动；由于安培力大于重力，所以速度减小时，线框所受的安培力减小，则合力减小，加速度减小，棒做加速度减小的减速运动，而不是加速度增大的减速运动，故B错误；
C.开始时棒的速度增大，根据安培力公式可知，速度增大时，线框所受的安培力增大，则合力减小，加速度减小，棒做加速度减小的加速运动；出磁场时棒做减速运动，由于安培力大于重力，所以速度减小时，线框所受的安培力减小，则合力减小，加速度减小，棒做加速度减小的减速运动，故C正确；
D.金属框进入匀强磁场时，若重力与所受安培力平衡，做匀速直线运动；出磁场时的速度大于进入磁场的速度，则出磁场时必定做减速运动，故D错误。
故选C。
如图所示，竖直向下的匀强磁场中有一个闭合的正方形线框．保持线框始终完全处于匀强磁场中，在下列情况中，线框中能产生感应电流的是
A.
如图甲，线框在磁场中竖直向下加速移动
B.
如图乙，线框在磁场中水平移动
C.
如图丙，线框绕自身的水平对称轴AB做匀速转动
D.
如图丁，线框绕垂直于自身平面的竖直轴CD做匀速转动
【答案】C
【解析】
【分析】
要使线圈中产生感应电流，则穿过线圈的磁通量要发生变化，回路要闭合，据此解答。
本题主要考查感应电流的产生条件、磁通量。
【解答】
要使线圈中产生感应电流，则穿过线圈的磁通量要发生变化，回路要闭合，则：
A.如图甲，线框在磁场中竖直向下加速移动，磁通量不变，无感应电流，故A错误；
B.如图乙，线框在磁场中水平移动，磁通量不变，无感应电流，故B错误；
C.如图丙，线框绕自身的水平对称轴AB做匀速转动，磁通量周期性地改变，故一定有感应电流，故C正确；
D.如图丁，线框绕垂直于自身平面的竖直轴CD做匀速转动，磁通量不变，无感应电流，故D错误。
故选C。
如图所示，半径为R的光滑半圆形轨道固定在水平面上，轨道的圆心处固定了一条形磁铁。一半径为r、质量为m的金属球从半圆轨道的一端由静止释放金属球紧贴轨道，其球心在半圆轨道的水平直径上，金属球在轨道上来回往复运动，重力加速度大小为g，空气阻力忽略不计。下列说法正确的是
A.
由于没有摩擦，金属球来回往复运动时，每次都能到达相同的高度
B.
金属球第一次到达轨道最低点的速度是，后续每次到达最低点的速度都小于
C.
金属球最终停在轨道最低点，运动过程中系统产生的总热量为
D.
金属球运动过程中有感应电动势产生，但因没有闭合回路，所以没有产生感应电流。
【答案】C
【解析】
【分析】
根据感应电流产生条件判断有无感应电流产生，根据能量守恒确定金属球第一次到达轨道最低点的速度，并分析系统产生的总热量。
本题考查了感应电流产生的条件及能量守恒定律，要知道感应电流产生的条件闭合回路、磁通量变化。要注意本题中感应电流被称为涡流。
【解答】
A.金属球在运动过程中，穿过金属球的磁通量不断变化，在金属球内形成闭合回路，产生涡流，金属球要产生热量，机械能不断地减少，所以金属球能到达的最大高度不断降低，直至金属球停在半圆轨道的最低点，故A错误；
B.从开始到金属球第一次到达轨道最低点的过程，根据能量守恒定律得mv，可知，，由于机械能不断减少，所以，
后续每次到达最低点的速度都小于，故B错误。
C.金属球最终停在轨道最低点，根据能量守恒定律得系统产生的总热量，故C正确。
D.金属球运动过程中有感应电动势产生，在金属球内形成闭合回路，所以能产生感应电流，故D错误。
故选C。
如图所示，在同一水平面内有两根光滑平行金属导轨MN和PQ，在两导轨之间竖直放置通电螺线管，ab和cd是放在导轨上的两根金属棒，它们分别放在螺线管的左、右两侧，保持开关闭合，最初两金属棒处于静止状态．当滑动变阻器的滑片向左滑动时，两根金属棒与导轨构成的回路中感应电流方向俯视图及ab、cd两棒的运动情况是???
A.
感应电流为顺时针方向，两棒相互靠近
B.
感应电流为顺时针方向，两棒相互远离
C.
感应电流为逆时针方向，两棒相互远离
D.
感应电流为逆时针方向，两棒相互靠近
【答案】C
【解析】
【分析】
本题主要考查电磁感应的相关知识点，解题的关键在于熟练的掌握产生感应电流的条件闭合回路以及磁通量发生改变，两者缺一不可。
【解答】
当变阻器滑片向左滑动时，电路的电流大小变大，线圈的磁场增加；根据安培定则由电流方向可确定线圈的磁场方向垂直于导轨向下；由于线圈处于两棒中间，所以穿过两棒所围成的磁通量变大，由楞次定律：增反减同可得，线框adbc?产生逆时针方向感应电流；最后根据左手定则可确定安培力的方向：ab棒处于垂直向上的磁场，且电流方向ab，则安培力方向向左；cd棒处于垂直向上的磁场，且电流方向dc，则安培力方向向右，即两棒相互远离，故ABD错误，故C正确。
故选C
。
二、多选题（本大题共3小题，共12.0分）
?如图所示，在水平面上有两条平行导电导轨MN、PQ，导轨间距离为l，匀强磁场垂直于导轨所在的平面纸面向里，磁感应强度的大小为B，两根金属杆1、2放在导轨上，与导轨垂直，它们分别以速度、做匀速直线运动，下列哪种情形回路中有电流通过???
A.
B.
C.
D.
以上说法都不对
【答案】BC
【解析】略
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小线圈，则下列推断中正确的是
A.
直接将电流计放于月球表面，看是否有示数来判断
B.
将电流计与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流计无示数则判断月球表面无磁场
C.
将电流计与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流计有示数，则判断月球表面有磁场
D.
将电流计与线圈组成闭合回路，使线圈分别绕两个互相垂直的轴转动，月球表面若有磁场，则电流计至少有一次示数不为零
【答案】CD
【解析】略
某同学自制的简易电动机示意图如图所示。矩形线圈由一根漆包线绕制而成，漆包线的两端分别从线圈的一组对边的中间位置引出，并作为线圈的转轴。将线圈架在两个金属支架之间，线圈平面位于竖直面内，永磁铁置于线圈下方。为了使电池与两金属支架连接后线圈能连续转动起来，该同学应将
A.
左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉
B.
左、右转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉
C.
左转轴上侧的绝缘漆刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉
D.
左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉
【答案】AD
【解析】
【分析】
电动机是利用通电导体在磁场中受力的原理，在转动过程中，分析线圈中电流方向和安培力做功情况是解答本题的关键。
线圈中有通电电流时，安培力做功，根据左手定则判断安培力做功情况，由此确定能否连续转动。
【解答】
当左、右转轴下侧的绝缘漆都刮掉或左转轴上下两侧的绝缘漆都刮掉，右转轴下侧的绝缘漆刮掉，通电后根据左手定则可知下边受到的安培力方向向左，线圈开始转动，在前半轴转动过程中，线圈中有电流，安培力做正功，后半周电路中没有电流，安培力不做功，由于惯性线圈能够连续转动，故AD正确；
B.线圈中电流始终存在，安培力先做正功后做负功，但同时重力做负功，因此在转过一半前线圈的速度即减为0，线圈只能摆动，故B错误；
C.左右转轴不能同时接通电源，始终无法形成闭合回路，电路中无电流，不会转动，故C错误。
故选AD。
三、计算题（本大题共1小题，共10.0分）
如图所示，在边长为2
l的正方形区域内存在着磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，有一边长为l的正方形导线框沿垂直磁场的方向以速度v匀速通过磁场区域，从ab刚进入磁场开始计时。
说明哪些时间段内有感应电流产生。
画出磁通量随时间变化的图像。
【答案】解：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边在磁场中、在磁场中运动阶段、cd两边都在磁场中、离开磁场阶段只有cd边在磁场中
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，由右手定则可知，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，由右手定则可知，感应电流方向为顺时针方向。
线框进入磁场阶段：t为，线框进入磁场中的面积与时间成正比，，最后为；
线框在磁场中运动阶段：t为，线框磁通量为，保持不变；
线框离开磁场阶段：t为，线框磁通量线性减小，最后为零；
【解析】略
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