高中物理第4章电磁感应1划时代的发现2探究感应电流的产生条件训练(含解析)新人教版选修3-2

划时代的发现探究感应电流的产生条件
基础达标
一、选择题(在每小题给出的四个选项中，第1～4题只有一项符合题目要求,第5～6题有多项符合题目要求）
1．（2018·佛山名校检测)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．带电体静止不动
D．磁铁插入闭合线圈过程中，线圈中产生感应电流
【答案】D
【解析】摩擦起电是电荷的转移,与磁无关，故A错误．两块磁铁相互吸引或排斥，是磁体通过磁场相互作用,与电无关,故B错误．带电体静止不动，不会产生磁场，故C错误．磁铁插入闭合线圈过程中,线圈中产生感应电流,说明磁能生电．故D正确．2．（2018·保定期末)有关电磁感应的下列说法中正确的是( ）
A．闭合回路在匀强磁场中静止不动，可能会产生感应电流
B．闭合回路在匀强磁场中加速运动，一定会产生感应电流
C．闭合回路内的磁场发生变化,一定会产生感应电流
D．闭合回路的磁通量发生变化,一定会产生感应电流
【答案】D
【解析】感应电流产生的条件：①闭合回路,②穿过闭合回路的磁通量发生变化．闭合回路在匀强磁场中静止不动,一定没有磁通量的变化,不会产生感应电流，故A错误；金属框在匀强磁场中平动，磁通量没有变化，不会产生感应电流，故B错误；闭合回路内的磁场发生变化，但如果穿过闭合回路的磁通量保持不变，则没有产生感应电流，故C错误;穿过闭合回路的磁通量发生变化，则闭合回路中有感应电流，故D正确．
3．(2018·北京名校检测）如图所示，在垂直于纸面的范围足够大的匀强磁场中,有一个矩形线圈abcd,线圈平面与磁场垂直，O1O2、O3O4都是线圈的对称轴．若要使线圈中产生感应电流，下列方法正确的是( ）
A．矩形线圈绕O3O4轴转动
B．矩形线圈沿纸面向上平动
C．矩形线圈沿纸面向左平动
D．矩形线圈绕a点在纸面内转动
【答案】A
【解析】线圈绕轴O3O4转动时，穿过线圈的磁通量将发生变化，则有感应电流产生，故A正确；由于磁场为匀强磁场，无论线圈在平面内如何平动,其磁通量都不变化，因此都不会产生感应电流，故B、C错误；矩形线圈绕a点在纸面内转动，其磁通量都不变化，因此都不会产生感应电流，故D错误．
4．一磁感应强度为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,将abcd绕ad轴转180°角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量为( ）
A．0 B．2BS
C．2BS cos θD．2BS sin θ
【答案】C
【解析】开始时穿过线圈平面的磁通量为Φ1＝BS cos θ.后来穿过线圈平面的磁通量为Φ2＝－BS cos θ,则磁通量的变化量为ΔΦ＝｜Φ2－Φ1｜＝2BS cos θ.
5．（2017·山东潍坊名校期末）如图所示是法拉第在1831年做的一个电磁感应实验的示意图．他把两个线圈绕在一个铁环上,A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路，B 线圈与开关S、电流表G组成另一个回路．通过多次实验,法拉第终于总结出产生感应电流的条件．关于该实验下列说法正确的是（)
A．闭合开关S的瞬间,电流表G中有感应电流
B．闭合与断开开关S的瞬间，电流表G中都没有感应电流
C．闭合开关S后,在增大电阻R的过程中,电流表G中无感应电流
D．闭合开关S后，在增大电阻R的过程中，电流表G中有感应电流
【答案】BD
【解析】闭合与断开开关S的瞬间，穿过线圈B的磁通量都不发生变化，电流表G中均无感应电流．闭合开关S 后,在增大电阻R的过程中，电流减小，则通过线圈B的磁通量减小了,电流表G中有感应电流．故B、D正确，A、C错误．
6．闭合电路的一部分导线ab处于匀强磁场中,如图所示，各情况下导线都在纸面内运
动，能够产生感应电流的是( ）
错误!错误!错误!错误!
【答案】AC
【解析】A、C两图中导线ab都在垂直切割磁感线，又因电路闭合，故产生感应电流；B、D两图中导体不切割磁感线，不会产生感应电流．故A、C正确．
二、非选择题
7．匀强磁场区域宽为L，一正方形线框abcd的边长为l，且l〉L,线框以速度v通过磁场区域，如图所示，从线框进入到完全离开磁场的时间内，线框中没有感应电流的时间是多少？
【答案】错误!
【解析】ad边和bc边都在磁场外时,线框中的磁通量不变，没有感应电流．线圈中没有感应电流的时间为t＝错误!。

8．如图所示的线框,面积为S，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，B的方向与线框平面成θ角，当线框转过90°到如图所示的虚线位置时,试求:
（1）初、末位置穿过线框的磁通量φ1和φ2；
（2）磁通量的变化量Δφ.
【答案】（1）BS sin θ－BS cos θ（2)－BS（cos θ＋sin θ)
【解析】(1)如图所示，把磁感应强度B沿垂直于线框平面和平行于线框平面进行分解,
得B上＝B sin θ，B左＝B cos θ
所以Φ1＝B上S＝BS sin θ
Φ2＝－B左S＝－BS cos θ。

(2）此过程中磁通量的变化量为
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BS cos θ－BS sin θ＝－BS（cos θ＋sin θ）．
能力提升
9．如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，初始位置线框与磁感线平行，则在下列四种情况下,线框中会产生感应电流的是（）
A．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动
B．线框平面始终与磁感线平行,线框在磁场中上下运动
C．线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动
D．线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
【答案】C
【解析】四种情况中初始位置线框均与磁感线平行,磁通量为零,按A、B、D三种情况线框运动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流．C中线框转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化,所以产生感应电流，C项正确．10．（多选)如图所示，用导线做成的圆形回路与一直导线构成几种位置组合,哪些组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生(图A、B、C中直导线都与圆形线圈在同一平面内,O点为线圈的圆心，图D中直导线与圆形线圈垂直，并与中心轴重合)（）
A B C D
【答案】BC
【解析】对图A而言，因为通电直导线位于环形导线所在平面内，且与直径重合，因此穿过圆环的磁通量为零，所以当切断导线中的电流时,磁通量在整个变化过程中必为零，所以闭合回路中不会有感应电流产生；对图B而言，因为磁通量为大小两个部分磁感线条数之差，当切断直导线中的电流时,磁通量为零，即此过程中磁通量有变化,故闭合回路中会有感应电流产生；同理分析可得图C中也有感应电流产生；对图D而言，因为环形导线与直导线产生的磁场的磁感线平行，故磁通量为零．当切断直导线中的电流时,磁通量在整个变化过程中皆为零，所以闭合回路中不会有感应电流产生，所以当切断直导线中的电流时,能产生感应电流的有B、C两种情况．
11．一个单匝矩形线圈abcd,边长ab＝30 cm，bc＝20 cm，如图所示放在O－xyz直角坐标系内，线圈平面垂直于Oxy平面，与Ox轴和Oy轴的夹角分别为α＝30°和β＝60°，匀强磁场的磁感应强度B＝10－2 T．试计算：当磁场方向分别沿Ox,Oy，Oz方向时，
穿过线圈的磁通量各为多少？
【答案】Φx＝3×10－4 Wb Φy＝3错误!×10－4 Wb Φz＝0
【解析】匀强磁场中穿过垂直于磁场方向、面积为S的平面的磁通量为Φ＝BS，题中磁场沿Ox，Oy，Oz方向时，找出矩形线圈在垂直于磁场方向上的投影面积，就可直接用上述公式计算．
矩形线圈的面积
S＝ab×bc＝0。

30×0。

20 m2＝6×10－2 m2
它垂直于三条坐标轴上的投影面积的大小分别为
S x＝S cos β＝6×10－2×错误! m2＝3×10－2 m2
S y＝S cos α＝6×10－2×
3
2
m2＝3错误!×10－2 m2
S z＝0
当磁感应强度B沿Ox方向时,穿过线圈的磁通量
Φx＝BS x＝10－2×3×10－2 Wb＝3×10－4 Wb
当磁感应强度B沿Oy方向时,穿过线圈的磁通量
Φy＝BS y＝10－2×3错误!×10－2 Wb＝3错误!×10－4 Wb
当磁感应强度B沿Oz方向时,穿过线圈的磁通量
Φz＝BS z＝0。

12．如图所示,线圈Ⅰ与电源、开关、滑动变阻器相连，线圈Ⅱ与电流计相连，线圈Ⅰ与线圈Ⅱ绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计中是否有示数？
(1)开关闭合瞬间;
(2）开关闭合稳定后;
(3）开关闭合稳定后,来回移动滑动变阻器滑动端；
（4)开关断开瞬间．
【答案】（1）有(2)无（3）有（4）有
【解析】本题主要考查闭合电路中,电流变化导致磁场变化从而产生感应电流的情况．（1)开关闭合时线圈Ⅰ中电流从无到有，电流的磁场也从无到有,穿过线圈Ⅱ的磁通量
也从无到有，线圈Ⅱ中产生感应电流,电流计G有示数．
(2）开关闭合稳定后，线圈Ⅰ中电流稳定不变，电流的磁场不变，此时线圈Ⅱ中虽有磁通量但磁通量稳定不变,线圈Ⅱ中无感应电流产生，电流计G无示数．
（3)开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器滑动端，电阻变化,线圈Ⅰ中的电流变化,电流形成的磁场也发生变化，穿过线圈Ⅱ的磁通量也发生变化，线圈Ⅱ中有感应电流产生，电流计G有示数．
（4）开关断开瞬间,线圈Ⅰ中电流从有到无，电流的磁场也从有到无，穿过线圈Ⅱ的磁通量也从有到无,线圈Ⅱ中有感应电流产生,电流计G有示数．。