高中物理 第四章 1 划时代的发现 2 探究感应电流的产生条件练习(含解析)新人教版选修3-2

1 划时代的发现
2 探究感应电流的产生条件
1.在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是( D )
A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,然后观察电流表的变化
B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,一段时间后观察电流表的变化
C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接,往线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表的变化
D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表的变化
解析:同时满足电路闭合和穿过电路的磁通量发生变化这两个条件,电路中才会产生感应电流.本题中的A,B选项都不会使得电路中的磁通量发生变化,不满足产生感应电流的条件,故A,B 错误;C选项中磁铁插入线圈时,虽有短暂电流产生,但未能及时观察,C项错误;在给线圈通电、断电瞬间,会引起穿过另一线圈的磁通量发生变化,产生感应电流,因此D项正确.
2.(多选)关于磁通量、磁通密度、磁感应强度,下列说法正确的是( CD )
A.磁感应强度越大的地方,磁通量越大
B.穿过某线圈的磁通量为零时,由B=可知磁通密度为零
C.磁通密度越大,磁感应强度越大
D.磁感应强度在数值上等于1 m2的面积上穿过的最大磁通量
解析:磁感应强度为单位面积上的磁通量,数值上等于垂直穿过1 m2面积上的磁通量,选项C,D 正确.
3.(2018·北京师大附中期中)在如图所示的实验中,能在线圈中产生感应电流的情况是( D )
A.磁铁静止在线圈上方
B.磁铁静止在线圈右侧
C.磁铁静止在线圈里面
D.磁铁插入或抽出线圈的过程
解析:当穿过闭合线圈的磁通量发生变化时,线圈中有感应电流产生,故磁铁插入或抽出线圈的过程,穿过线圈的磁通量发生变化,故有感应电流产生,故D正确.
4.如图所示,A中线圈有一小缺口,B,D中匀强磁场区域足够大,C中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方.其中能产生感应电流的是( B )
解析:图A中线圈没闭合,无感应电流;图B中闭合回路中的磁通量增大,有感应电流;图C中的导线在线圈的正上方,不论电流如何变化,穿过线圈的磁感线都相互抵消,磁通量恒为零,故无电流;图D中回路磁通量恒定,无感应电流,故选项B正确.
5.(多选)如图所示,有一四面体OABC处在Ox方向的匀强磁场中,下列关于穿过各个面的磁通量的说法正确的是( ABD )
A.穿过面AOB的磁通量为零
B.穿过面ABC和面BOC的磁通量相等
C.穿过面AOC的磁通量不为零
D.穿过四面体OABC的磁通量为零
解析:面AOB与磁感应强度B的方向平行,故Φ=0.穿过面ABC与面BOC的磁感线条数相等,故磁通量相等.穿过面AOC的磁通量为零.穿出面ABC的磁感线条数与穿入面BOC的磁感线条数相等,因此穿过四面体OABC的合磁通量为零,故选项A,B,D正确.
6.如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,其方向与水平面的夹角为30°,图中实线位置有一面积为S的矩形线圈处于磁场中,并绕着它的一条边从水平位置Ⅰ转到竖直位置Ⅱ(如图中虚线位置),则此过程中磁通量的改变量为( C )
A.BS
B.BS
C.BS
D.2BS
解析:当线圈处于位置Ⅰ时,磁感线的竖直分量由下向上穿过线圈平面,设为正.则当线圈转至位置Ⅱ时,磁感线的水平分量相当于位置Ⅰ时的“由上向下”(因为此时的上表面已变成了右
侧面)穿过线圈.故Φ1=BSsin 30°=BS,Φ2=-BScos 30°=-BS,则ΔΦ=Φ2-Φ1=-BS,
|ΔΦ|=BS,故C正确.
7.如图所示,a,b,c三个闭合线圈放在同一平面内,当线圈a中有电流I通过时,穿过它们的磁
通量分别为Φa,Φb,Φc,则( B )
A.Φa<Φb<Φc
B.Φa>Φb>Φc
C.Φa<Φc<Φb
D.Φa>Φc>Φb
解析:磁通量可以形象地理解为穿过回路的磁感线的条数;若该回路面积内有磁感线穿进和穿出两种情况,可把磁通量理解为穿过回路的净磁感线的条数.当a中有电流通过时,穿过a,b,c 三个闭合线圈垂直纸面向里的磁感线条数一样多,向外的磁感线的条数c中最多,其次是b 中,a中没有向外的磁感线,因此穿过闭合线圈的净磁感线条数a中最多,b中次之,c中最少,即Φa>Φb>Φc,选项B正确.
8.(多选)我国已经制定了“嫦娥”登月计划.假如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,则下列推断不正确的是( ABD )
A.直接将电流表放于月球表面,看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,如电流表无示数,则可判断月球表面无磁场
解析:直接将电流表放于月球表面,没有闭合回路,不会产生感应电流,根本不可能判定磁场的有无,选项A错误;将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈沿某一方向运动,电流表无示数,但若使线圈沿另一方向运动,电流表可能有示数,故不能说明无磁场,选项B错误;如果线圈沿某一方向运动,电流表有示数,则说明月球表面一定有磁场,选项C正确;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,但有可能在这个平面内磁感线与闭合回路平行,没有磁感线穿过回路,所以不能断定月球表面有无磁场,选项D错误.
9.(2018·广东广州期末)如图所示,有一个100匝的线圈,其横截面是边长为L=0.20 m 的正方形,放在磁感应强度B=0.50 T 的匀强磁场中,线圈平面与磁场垂直.若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),则在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少?
解析:线圈横截面为正方形时的面积
S1=L2=(0.20)2 m2=4.0×10-2 m2.
穿过线圈的磁通量
Φ1=BS1=0.50×4.0×10-2 Wb=2.0×10-2 Wb.
截面形状为圆形时,其半径r==.
截面积大小S2=π()2= m2.
穿过线圈的磁通量
Φ2=BS2=0.50× 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:5.5×10-3 Wb
(教师备用)
1.如图所示,一有限范围的匀强磁场的宽度为d,将一边长为l的正方形导线框由磁场边缘以速度v匀速地通过磁场区域,若d>l,则在线框通过磁场区域的过程中,不产生感应电流的时间为( C )
A. B. C. D.
解析:线框完全进入磁场后,磁通量不变化,线框中无感应电流,当线框进入、离开磁场时,磁通
量变化,都会产生感应电流,故不产生感应电流的距离为d-l,时间为t=,故C正确.
2.(2018·黑龙江哈尔滨三中期末)在研究电磁感应现象的实验中所用的器材如图所示.它们是:①电流计②直流电源③带铁芯的线圈A ④线圈B ⑤开关⑥滑动变阻器
(1)试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线);
(2)怎样才能使线圈B中有感应电流产生?试举出两种方法.
解析:(1)如图所示.
(2)将断开的开关闭合;将闭合的开关断开;闭合开关后,改变滑动变阻器滑片的位置;闭合开
关后,将线圈A插入线圈B;闭合开关后,将线圈A从线圈B中拔出(任选其二).
答案:见解析
3.(2018·河北邢台校级月考)边长L=10 cm的正方形线框,固定在匀强磁场中,磁场方向与线框平面间的夹角θ=30°,如图所示,磁感应强度随时间变化的规律为B=(2+3t) T,则第3 s内穿过线框的磁通量的变化量ΔΦ为多少?
解析:闭合线框的面积S不变,B变化,只要求出第3 s始末的磁通量之差,即可求出ΔΦ.第3 s 内就是从2 s末到3 s末,由于2 s末的磁感应强度为B1=(2+3×2) T=8 T,3 s末的磁感应强度为B2= (2+3×3) T=11 T.
则ΔΦ=ΔBSsin θ=(11-8)×0.12×sin 30° Wb=1.5×10-2 Wb.
答案:1.5×10-2 Wb。