《第七章 电磁感应定律的应用》试卷及答案_高中物理选择性必修第二册_沪科版_2024-2025学年

《第七章电磁感应定律的应用》试卷(答案在后面)
一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）
1、一闭合线圈放置在均匀的磁场中，当线圈平面与磁场方向垂直时，穿过线圈的磁通量为(Φ0)。

若将线圈以与磁场垂直的轴旋转90度，此时线圈中的磁通量为多少？
•A、(Φ0)
•B、0
)
•C、(Φ0
2
•D、无法确定
2、有一段导线ab在均匀磁场中沿垂直于磁场方向做切割磁感线运动，设磁感应强度为(B)，导线长度为(L)，切割速度为(v)，那么会产生感应电动势。

请问产生的感应电动势为多少？
•A、(BLv)
•B、(BV)
BLv)
•C、(1
2
•D、(Lv)
3、一道长直导线通有电流I，旁边有一个圆形线圈。

若将线圈向导线移动，以下说法正确的是（）
A、线圈中的感应电流与线圈半径成正比
B、线圈中的感应电流与导线电流I成正比
C、线圈中的感应电流与线圈与导线之间的距离成反比
D、线圈中的感应电流的大小只取决于线圈的速度
4、一个矩形线圈匝数为n，面积为S，沿着与其侧面垂直的均匀磁感应强度为B 的磁场中匀速转动，角速度为ω。

当线圈转至与磁场方向平行时，以下说法错误的是（）
A、感应电动势ε为0
B、磁通量Φ为0
C、感应电流i达到最大值
D、感应电流i的变化率最大
5、在闭合电路中，当导体棒以速度v垂直切割磁感线时，产生的感应电动势E与下列哪个量成正比？
A. 磁感应强度B
B. 导体棒的长度l
C. 导体棒的速度v
D. 磁通量Φ
6、一个线圈绕在一个铁芯上，当线圈中的电流增加时，下列哪个物理量会增加？
A. 磁感应强度B
B. 磁通量Φ
C. 感应电动势E
D. 电感L
7、在水平放置的匀强磁场中，有一根与磁场方向垂直的直导线，当导线内通过电流时，根据安培定则，该导线会受到磁场力的作用。

如果要使导线受到的磁场力方向向上，则电流的方向应为：
A、向东
B、向西
C、向南
D、向北
二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）
1、下列哪些现象与电磁感应定律有关？（）
A.法的拉第电磁感应定律
B.直流电动机的转动
C.变压器的工作原理
D.电流的热效应
2、一个导体棒在变化的磁场中移动，以下哪些情况会产生感应电动势？（）
A.导体棒垂直于磁场方向移动
B.导体棒平行于磁场方向移动
C.导体棒与磁场方向成角度移动
D.导体棒静止不动
3、以下哪些装置是利用电磁感应原理工作的？（）
A. 发电机
B. 变压器
C. 电动机
D. 电炉
三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）
第一题
题目：一学生在实验室进行电磁感应实验，使用一块面积为0.2平方米的矩形线圈在均匀磁场中移动。

磁场的方向垂直于线圈平面，磁感应强度的大小为0.5特斯拉（T）。

实验过程中，学生以恒定速度移动线圈，来改变线圈的有效面积在磁场中的部分。

当线圈的移动使得线圈的有效面积从0到0.2平方米变化时，要求计算这一过程中所产生的感应电动势。

要求：
1.确定这一过程中所产生的感应电动势的数学表达式。

2.根据给定的数据计算这一感应电动势的具体数值。

3.解释产生感应电动势的物理原理。

第二题
一、选择题（以下每空1分，共4分）
1.以下关于电磁感应现象的描述，正确的是：
A. 只有磁场变化才能产生感应电流
B. 只有闭合回路中的部分导体做切割磁感线运动才能产生感应电流
C. 电磁感应现象是电荷的定向移动
D. 电磁感应现象总是伴随着能量转换
2.一匝圆形线圈在静止磁场中匀速转动，磁场强度为B，线圈的半径为r，转动速度为ω。

当线圈每秒转动π弧度时，通过线圈的磁通量的变化率为（）。

A. Bπr^2
B. Bωr^2
C. 1/2 Bωr^2
D. 1/2 Bπr^2
3.在电磁感应实验中，用相同的小线圈和电阻构成两个电路，分别将其放置于等大的匀强磁场中，通过观察灯泡的亮度来确定电路中的感应电流大小。

以下关于实验操作的说法不正确的是（）。

A. 为了使实验结果更准确，应保证两个电路中的电阻相同
B. 为了获得较大的感应电流，应使线圈面积大一些
C. 进行实验时，线圈平行于磁场放置效果更好
D. 磁场越强，感应电流越大
4.在一个半径为r的圆柱形线圈的截面内，有面积S部分的导体在磁场中做切割磁感线运动，若导体切割磁感线的速度为v，导体在磁场中的运动轨迹为L。

则单位时间内通过面积S的磁通量的变化量ΔΦ为（）。

A. BvL
B. BLvS
C. BvS
D. BLrS
第三题
一电路中有一个线圈，匝数为N=1000匝，线圈自感系数L=0.2H。

当线圈中的电流以0.1A/s的速率减小至零时，求：
（1）线圈中产生的感应电动势的最大值；
（2）线圈中感应电流的变化量。

第四题
题目：一个闭合线圈置于均匀磁场中，线圈的面积为 0.5 m²，线圈的电阻为 0.2 Ω。

磁场的磁感应强度以恒定速度随时间变化，从 0.4 T 变化到 0.8 T，所需时间为 10 秒。

求在这个过程中，线圈中产生的电动势和感应电流的大小。

第五题
(1)导体棒在运动过程中，会不会在P点产生感应电流？为什么？
(2)当导体棒刚好运动到P点时，磁铁和导体棒之间会发生什么现象？
(3)若要避免这种现象，应该如何设计导体棒的角度和运动速度？
《第七章电磁感应定律的应用》试卷及答案
一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）
1、一闭合线圈放置在均匀的磁场中，当线圈平面与磁场方向垂直时，穿过线圈的磁通量为(Φ0)。

若将线圈以与磁场垂直的轴旋转90度，此时线圈中的磁通量为多少？
•A、(Φ0)
•B、0
)
•C、(Φ0
2
•D、无法确定
答案：B
解析：当线圈平面与磁场方向垂直时，穿过线圈的磁通量为(Φ0)。

旋转90度后，线圈平面与磁场方向平行，此时磁通量为0，因为线圈的磁通量与磁场垂直分量的乘积为0。

2、有一段导线ab在均匀磁场中沿垂直于磁场方向做切割磁感线运动，设磁感应强度为(B)，导线长度为(L)，切割速度为(v)，那么会产生感应电动势。

请问产生的感应电动势为多少？
•A、(BLv)
•B、(BV)
BLv)
•C、(1
2
•D、(Lv)
答案：A
解析：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势(E)的计算公式为(E=BLv)，其中(B)是磁感应强度，(L)是导线的有效切割长度，(v)是导线相对于磁场的速度。

3、一道长直导线通有电流I，旁边有一个圆形线圈。

若将线圈向导线移动，以下说法正确的是（）
A、线圈中的感应电流与线圈半径成正比
B、线圈中的感应电流与导线电流I成正比
C、线圈中的感应电流与线圈与导线之间的距离成反比
D、线圈中的感应电流的大小只取决于线圈的速度
答案：D
解析：线圈中的感应电流大小由法拉第电磁感应定律决定，即感应电动势ε与变化磁通量的变化率成正比。

线圈中的感应电流的大小与导线电流I、线圈的半径、距离无关，只与线圈的速度和磁通量的变化率有关。

因此，选项D正确。

4、一个矩形线圈匝数为n，面积为S，沿着与其侧面垂直的均匀磁感应强度为B 的磁场中匀速转动，角速度为ω。

当线圈转至与磁场方向平行时，以下说法错误的是（）
A、感应电动势ε为0
B、磁通量Φ为0
C、感应电流i达到最大值
D、感应电流i的变化率最大
答案：D
解析：线圈转至与磁场方向平行时，线圈与磁场垂直，此时磁通量Φ为0，因为磁通量Φ是磁感应强度B、线圈面积S和磁场与线圈面积法线方向的夹角的余弦值的乘积。

此时，线圈中磁通量变化率最大，因此感应电动势ε和感应电流i也达到最大值。

因此，选项D错误。

5、在闭合电路中，当导体棒以速度v垂直切割磁感线时，产生的感应电动势E与下列哪个量成正比？
A. 磁感应强度B
B. 导体棒的长度l
C. 导体棒的速度v
D. 磁通量Φ
答案：C
解析：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E与导体棒切割磁感线的速度v成正比，公式为E = B * l * v，其中B为磁感应强度，l为导体棒的长度。

题目中给出的选项中，只有速度v与感应电动势E成正比，所以正确答案是C。

6、一个线圈绕在一个铁芯上，当线圈中的电流增加时，下列哪个物理量会增加？
A. 磁感应强度B
B. 磁通量Φ
C. 感应电动势E
D. 电感L
答案：B
解析：当线圈中的电流增加时，根据安培定律，线圈产生的磁场强度B也会增加。

由于磁通量Φ定义为磁感应强度B与线圈面积A的乘积，即Φ = B * A，所以当电流增加时，磁通量Φ也会增加。

感应电动势E与磁通量Φ的变化率成正比，但题目问的是电流增加时哪个物理量增加，所以正确答案是B。

电感L与线圈的自感系数有关，通常与电流变化率有关，但不直接由电流增加而增加。

7、在水平放置的匀强磁场中，有一根与磁场方向垂直的直导线，当导线内通过电流时，根据安培定则，该导线会受到磁场力的作用。

如果要使导线受到的磁场力方向向上，则电流的方向应为：
A、向东
B、向西
C、向南
D、向北
答案：B
解析：安培定则指出，当电流沿右手螺旋管形成的环形线圈方向流通时，弯曲的四指指向电流方向，大拇指的方向即为该点的磁场方向。

在水平放置的匀强磁场中，若要使导线受到的磁场力方向向上，根据左手定则（拇指方向为导体运动方向，其余四指方向为电流方向，大拇指所指方向即为磁场对导体作用力方向），电流方向应向西，因为这样可以使导体的运动方向垂直向上，磁场力方向与导体运动方向相反，从而使导线受到的磁场力方向向上。

故正确答案为B。

二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）
1、下列哪些现象与电磁感应定律有关？（）
A.法的拉第电磁感应定律
B.直流电动机的转动
C.变压器的工作原理
D.电流的热效应
答案：AC
解析：
A项，法的拉第电磁感应定律描述了感应电动势的产生条件以及感应电动势与磁场变化率的关系，与电磁感应定律有关。

B项，直流电动机的转动是由于电流的磁效应，与电磁感应定律无直接关系。

C项，变压器的工作原理是利用电磁互感，即一方的交变电流在另一方产生感应电动势，与电磁感应定律有关。

D项，电流的热效应是指电流通过导体时产生的热量，与电磁感应定律无直接关系。

2、一个导体棒在变化的磁场中移动，以下哪些情况会产生感应电动势？（）
A.导体棒垂直于磁场方向移动
B.导体棒平行于磁场方向移动
C.导体棒与磁场方向成角度移动
D.导体棒静止不动
答案：AC
解析：
A项，当导体棒垂直于磁场方向移动时，导体中会切割磁感线，产生感应电动势。

B项，当导体棒平行于磁场方向移动时，导体中不会切割磁感线，因此不会产生感应电动势。

C项，当导体棒与磁场方向成角度移动时，同时会切割磁感线产生感应电动势。

D项，导体棒静止不动时，不切割磁感线，因此不会产生感应电动势。

3、以下哪些装置是利用电磁感应原理工作的？（）
A. 发电机
B. 变压器
C. 电动机
D. 电炉
答案：A、B
解析：发电机和变压器都是利用电磁感应原理工作的装置。

发电机通过旋转的导体切割磁力线产生电流；变压器通过初级线圈中的交变电流在次级线圈中感应出电压，从而实现电压的升降。

而电动机是利用电磁力驱动的装置，电炉则是利用电流的热效应加热的装置，它们不是利用电磁感应原理工作的。

三、非选择题（前4题每题10分，最后一题14分，总分54分）
第一题
题目：一学生在实验室进行电磁感应实验，使用一块面积为0.2平方米的矩形线圈在均匀磁场中移动。

磁场的方向垂直于线圈平面，磁感应强度的大小为0.5特斯拉（T）。

实验过程中，学生以恒定速度移动线圈，来改变线圈的有效面积在磁场中的部分。

当线圈的移动使得线圈的有效面积从0到0.2平方米变化时，要求计算这一过程中所产生的感应电动势。

要求：
1.确定这一过程中所产生的感应电动势的数学表达式。

2.根据给定的数据计算这一感应电动势的具体数值。

3.解释产生感应电动势的物理原理。

答案与解析：
1.详细推导数学表达式：
感应电动势(ℰ)可以通过法拉第电磁感应定律计算：
[ℰ=−dΦdt
]
其中(Φ)是磁通量，定义为磁通量(Φ)等于磁感应强度(B)与穿过线圈的面积(A)的乘积：
[Φ=BA]
对应于变化过程中，我们可以表达为：
[ℰ=−d(BA)
dt
=−B
dA
dt
]
因为磁感应强度(B)是恒定的，所以我们有：
[ℰ=−B dA dt
]
2.计算具体数值：
结合题目中给出的数据：-(B=0.5 T)
-(A)从 0 平方米变化到 0.2 平方米[ℰ=−0.5×0.2−0
Δt =−0.5×0.2
Δt
]
题目中未给出时间(Δt)，但因为我们是在一个变化过程中求平均感应电动势，故假设在此过程中(Δt)有固定值，这时可以进一步简化。

这里要求的实际是在整个变化过程
中产生的瞬时感应电动势，所以在考察整个过程中的任意一瞬时，平均率为：
[ℰ
=−0.5×0.2/Δt]
瞬时
为了计算具体的数值，如果线圈以恒定速度移动，我们选取(Δt)等于变化的面积刚完成时所需的时间为计算依据，假定这个变化过程历时 1 秒，则：
[ℰ
=−0.5×0.2/1=−0.1 V]
瞬时
所以，感应电动势的大小为 0.1 伏特。

负号表示方向符合楞次定律，但题目只需要求大小。

3.解释物理原理：
产生感应电动势的物理原理是法拉第电磁感应定律。

当穿过闭合线圈的磁场发生变化时（例如线圈的有效面积在磁场中变化时），将产生一个感应电流，以阻碍这种变化的磁通量。

因此，即使没有电流直接通过线圈，磁场的变化也会导致线圈中的电动势产生。

通俗讲，当磁场（或线圈）的变化通过闭合电路时，它会动生电动势，这种电动势使电路中产生了感应电流，从而使得磁场变化受限。

活动在任意要求感应电流的部件中的这种作用日正式解释了这一过程中产生感应电动势的原因。

第二题
一、选择题（以下每空1分，共4分）
1.以下关于电磁感应现象的描述，正确的是：
A. 只有磁场变化才能产生感应电流
B. 只有闭合回路中的部分导体做切割磁感线运动才能产生感应电流
C. 电磁感应现象是电荷的定向移动
D. 电磁感应现象总是伴随着能量转换
2.一匝圆形线圈在静止磁场中匀速转动，磁场强度为B，线圈的半径为r，转动速
度为ω。

当线圈每秒转动π弧度时，通过线圈的磁通量的变化率为（）。

A. Bπr^2
B. Bωr^2
C. 1/2 Bωr^2
D. 1/2 Bπr^2
3.在电磁感应实验中，用相同的小线圈和电阻构成两个电路，分别将其放置于等大的匀强磁场中，通过观察灯泡的亮度来确定电路中的感应电流大小。

以下关于实验操作的说法不正确的是（）。

A. 为了使实验结果更准确，应保证两个电路中的电阻相同
B. 为了获得较大的感应电流，应使线圈面积大一些
C. 进行实验时，线圈平行于磁场放置效果更好
D. 磁场越强，感应电流越大
4.在一个半径为r的圆柱形线圈的截面内，有面积S部分的导体在磁场中做切割磁感线运动，若导体切割磁感线的速度为v，导体在磁场中的运动轨迹为L。

则单位时间内通过面积S的磁通量的变化量ΔΦ为（）。

A. BvL
B. BLvS
C. BvS
D. BLrS
答案：
1.D
2.A
3.C
4.B
解析：
1.磁场变化和闭合回路中的导体做切割磁感线运动都能产生感应电流，所以A错误。

电磁感应现象是由于磁通量的变化产生的，而非电荷的定向移动，所以C错误。

电磁感应现象确实伴随着能量转换，因此D正确。

2.圆形线圈每秒转动π弧度，意味着线圈的角速度ω = π，磁通量的变化率为磁通量变化ΔΦ除以时间间隔Δt。

由于线圈匀速转动，磁通量的变化与角速度成正比，所以变化率为Bωr^2。

3.为了使实验结果更准确，应保证两个电路中的电阻相同，这样可以比较不同条件下灯泡的亮度，所以A正确。

线圈面积越大，感应电流越大，所以B正确。

线圈应垂直于磁场放置，以最大化切割磁感线的导体部分，因此C不正确。

磁场越强，感应电流越大，所以D正确。

4.单位时间内通过面积S的磁通量的变化量ΔΦ等于磁通量变化ΔΦ除以时间间隔Δt。

导体在磁场中的运动轨迹为L，速度为v，那么在单位时间内，导体运动过的距离即为L，因此通过面积S的磁通量的变化量ΔΦ为BLvS。

第三题
一电路中有一个线圈，匝数为N=1000匝，线圈自感系数L=0.2H。

当线圈中的电流以0.1A/s的速率减小至零时，求：
（1）线圈中产生的感应电动势的最大值；
（2）线圈中感应电流的变化量。

答案：
（1）感应电动势的最大值 E = -N * (ΔI/Δt) = -1000 * (0.1 A/s) = -100 V （2）线圈中感应电流的变化量ΔI = -L * (ΔΦ/Δt)
其中，ΔΦ = -N * ΔI（法拉第电磁感应定律）
代入ΔΦ = -N * ΔI和L的值，得到：
ΔI = -L * (ΔΦ/Δt) = -0.2H * (-1000 * ΔI/Δt) ΔI^2 + 0.2 * ΔI = 0 ΔI(ΔI + 0.2) = 0 ΔI = 0 或ΔI = -0.2A
由于电流减小至零，感应电流的变化量为正值，因此：
ΔI = 0.2A
解析：
（1）根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E与磁通量的变化率成正比，即E = -N * (ΔΦ/Δt)。

当电流变化率ΔI/Δt为0.1A/s时，代入公式计算得到感应电动势的最大值为-100V。

负号表示感应电动势的方向与电流变化的方向相反。

（2）根据自感现象，感应电流的变化量ΔI与线圈的自感系数L和磁通量的变化率ΔΦ/Δt有关。

由于ΔΦ = -N * ΔI，代入公式得到ΔI = -L * (ΔΦ/Δt)。

代入L和ΔΦ/Δt的值，解得ΔI = 0.2A，表示线圈中感应电流的变化量为0.2A。

第四题
题目：一个闭合线圈置于均匀磁场中，线圈的面积为 0.5 m²，线圈的电阻为 0.2 Ω。

磁场的磁感应强度以恒定速度随时间变化，从 0.4 T 变化到 0.8 T，所需时间为 10 秒。

求在这个过程中，线圈中产生的电动势和感应电流的大小。

答案：
1.计算磁通量的变化量：
已知磁场的变化是从 0.4 T 变化到 0.8 T，因此磁场的变化量为：
[ΔB=B
终−B
初
=0.8 T−0.4 T=0.4 T]
2.线圈的面积(A)等于0.5 m²。

3.根据法拉第电磁感应定律，线圈中产生的感应电动势(ℰ)为：
[ℰ=−ΔΦ
Δt
=−
ΔB⋅A
Δt
]
其中，(ΔΦ)是磁通量的变化，(Δt)是时间变化量。

[ℰ=−0.4 T⋅0.5 m2
10 s
=−0.02 V]
所以，线圈中产生的电动势大小为 0.02 V。

4.计算线圈中的感应电流(I)：
根据欧姆定律，感应电流为：
[I=ℰR ]
其中，(R)是线圈的电阻。

[I=0.02 V
0.2 Ω
=0.1 A]
所以，线圈中产生的电动势大小为 0.02 V，感应电流的大小为 0.1 A。

解析：本题主要考察了法拉第电磁感应定律和欧姆定律的应用。

法拉第电磁感应定律指出，当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，电路中会产生电动势，从而产生电流。

欧姆定律则用来计算电流与电阻、电动势之间的关系。

通过计算磁通量的变化量和利用上述定律，可以得出所需的电动势和感应电流的大小。

第五题
(1)导体棒在运动过程中，会不会在P点产生感应电流？为什么？
(2)当导体棒刚好运动到P点时，磁铁和导体棒之间会发生什么现象？
(3)若要避免这种现象，应该如何设计导体棒的角度和运动速度？
答案：
(1)会产生感应电流。

因为当导体棒在磁场中运动时，穿过导体棒的磁通量发生变化，
根据法拉第电磁感应定律，当磁通量发生变化时，闭合回路中会产生感应电动势，从而在导体棒中产生感应电流。

(2)当导体棒刚好运动到P点时，由于磁铁N极产生的磁场与导体棒构成一个闭合回
路，根据楞次定律，导体棒会在靠近N极的一侧受到向上的电磁阻力，阻碍其进一步运动，表现为导体棒在P点被挡住。

(3)为避免在P点产生上述现象，可以调整导体棒的角度，使其与P端不垂直。

同时，
可以调整导体棒运动的速度，使其在穿过P点时速度减慢，降低感应电动势，从而减少感应电流强度。

这样的话，电磁阻力会减小，导体棒更顺利地穿过P点。