预习21 电磁感应现象及应用(解析版)-下学期高二物理暑假作业+预习(人教版(2019)必修第三册

预习21 电磁感应现象及应用
一、划时代的发现
1．丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动，这种作用称为电流的磁效应，揭示了电现象与磁现象之间存在密切联系．
2．英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”现象，他把这种现象命名为电磁感应．产生的电流叫作感应电流．
二、感应电流的产生条件
当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流．
三、磁通量的变化
磁通量的变化大致可分为以下几种情况：
(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化．如图(a)所示．
(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化．如图(b)所示．
(3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化．如图(c)所示．
例题1：下面说法中正确的是（）
A．奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发明了第一台发电机
B．处于静电平衡状态下的导体是一个等势体，但内部的场强不为零
C．开普勒提出了万有引力定律，卡文迪什较准确地测出了引力常量
D．匀速圆周运动虽然不是匀变速运动，但任意相等时间内速度的变化仍相同
【答案】A
【解析】A．奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发明了第一台发电机，故A正确；B．处于静电平衡状态下的导体是一个等势体，内部场强为零，故B错误；C．牛顿提出了万有引力定律，卡文迪许较准确地测出
∆=
了引力常量，故C错误；D．匀速圆周运动虽然不是匀变速运动，加速度大小不变，方向时刻改变，根据v at 可知任意相等时间内速度变化量的大小相同，方向不同，故D错误。

故选A。

例题2：如图所示，把一个铜环先后放入甲、乙两个足够大磁场中，甲为匀强磁场，乙为非匀强磁场。

磁场的中心轴AB、''
OO为圆环的竖直对称轴。

下列说法正确的是（）
A B垂直铜环的平面且通过圆心，'
A．将铜环沿AB、''
A B方向移动，甲、乙两图中的铜环都有感应电流
B．将铜环绕'
OO轴翻转，甲、乙两图中的铜环都有感应电流
C．将铜环绕轴AB、''
A B旋转，甲、乙两图中的铜环都有感应电流
D．将铜环沿垂直AB、''
A B方向上下来回移动，甲、乙两图中的铜环都有感应电流
【答案】B
【解析】A．将铜环沿AB、''
A B方向移动，甲图中铜环内的磁通量不变，没有感应电流，乙图中铜环内的磁通量发生变化，有感应电流，故A错误；B．将铜环绕'
OO轴翻转，甲、乙两图中的铜环内磁通量都发生变化，都有感应电流，故B正确；C．将铜环绕轴AB、''
A B旋转，甲、乙两图中的铜环内的磁通量都不变，故都没有感应电流，故C错误；D．将铜环沿垂直AB、''
A B方向上下来回移动，甲图中的铜环内的磁通量不变，没有感应电流，乙图中的铜环内的磁通量变化，有感应电流，故D错误。

故选B。

例题3：下列选项中能产生感应电流的是（）
A．如图（1）磁铁靠近有缺口的铝环
B．如图（2）在水平圆形金属环直径正上方有一不断增大的电流
C．如图（3）两平行金属棒在导轨上沿反方向运动
D．如图（4）闭合金属框在磁场中匀速运动
【答案】C
【解析】A．磁铁靠近有缺口的铝环，回路没有闭合，则无感应电流产生，故A错误；B．穿过金属环的磁感线互相抵消，金属环内磁通量恒为零，则无感应电流产生，故B错误；C．闭合导体回路的面积变大，穿过闭合导体回路的磁通量增大，则有感应电流产生，故C正确；D．闭合金属框在磁场中匀速运动，但闭合金属框的磁通量没有发生变化，则无感应电流产生，故D错误。

故选C。

一、单选题
1．如图所示，A、B两闭合线圈用同样的导线绕成，A有10匝，B有20匝，两线圈半径之比为2∶1。

均匀磁场只分布在B线圈内，当磁场随时间均匀增强时（）
A．A中无感应电流
B．B中无感应电流
C．A中磁通量总是等于B中磁通量
D．A中磁通量总是大于B中磁通量
【答案】C
【解析】AB．当磁场随时间均匀增强时，线圈A、B中磁通量都增大，都将产生感应电流，故AB错误；CD．线圈A、B中磁感线穿过的有效面积相同，所以A中磁通量总是等于B中磁通量，故C正确，D错误。

故选C。

2．动圈式扬声器结构如图所示，圆筒线圈安放在永磁体磁极间的空隙中，能够在空隙中左右运动。

音频电流通入线圈中，线圈会左右移动，与线圈连接的纸盆也随着线圈振动而发声。

这样的扬声器也可以当话筒使用。

关于其两种应用，下列说法正确的是（）
A．作为扬声器使用，其工作原理是电磁感应现象
B．作为扬声器使用，通入线圈的音频电流是变化的
C．作为话筒使用，人对纸盆讲话时线圈中会产生恒定电流
D．作为话筒使用，人对纸盆讲话时线圈受安培力带动纸盆运动
【答案】B
【解析】A．作为扬声器使用，是线圈中变化的电流在磁场作用下，带动纸盆随着线圈振动而发声，A错误；B．作为扬声器使用，纸盆随着线圈振动而发声，说明安培力是变化的，即电流是变化的，B正确；C．作为话筒使用，人对纸盆讲话时，纸盆带动线圈切割磁感线，产生变化的电流，C错误；D．作为话筒使用，人对纸盆讲话时，纸盆带动线圈切割磁感线，D错误．故选B。

3．如图所示，通以电流I的直导线MN固定在竖直位置上，且与导线框abcd在同一平面内，则下列情况下导线框中不能产生感应电流的是（）
A．线框向下平动
B．通过直导线的电流强度减小
C．线框水平向右移动
D．线框水平向左移动
【答案】A
【解析】A．产生感应电流的条件是：闭合回路的磁通量是否发生变化，当线框向下平动时，通过线框的磁
通量没有变化，不产生感应电流，故A正确；B．当通过直导线的电流强度减小时，则直导线在周围空间产生的磁场会减弱，通过线框里的磁通量减小，会产生感应电流，故B错误；C．线框水平向右移动，由于距导线越远其产生的磁感应强度越小，可知通过线框里的磁通量减小，会产生感应电流，故C错误；D．线框水平向左移动时，由于距导线越近其产生的磁感应强度越大，可知通过线框里的磁通量增大，会产生感应电流，故D错误。

故选A。

4．如图，虚线框内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为2T，虚线框的长为3m，宽为2m。

右侧开有一小口的长为1m、宽为0.5m的矩形线框由位置1以2m/s的速度匀速穿过虚线框运动到位置2。

已知矩形线框的总电阻为1 ，则矩形线框在此运动过程中产生的热量为（）
A．3.5J B．0.5J C．1J D．0
【答案】D
【解析】感应电流的产生条件为：形成闭合回路和磁通量发生变化。

矩形线框在进入磁场和离开磁场的过程中虽然磁通量发生了变化，但没有形成闭合回路，所以不会产生感应电流，因此产生的热量为0，故ABC 错误，D正确。

故选D。

5．如图所示，空间中只有矩形虚线框内存在着垂直纸面的匀强磁场，当平行于纸面的闭合线圈水平向右匀速经过图中a、b、c、d四个位置时，线圈中有感应电流的是（）
A．a位置B．b位置C．c位置D．d位置
【答案】B
【解析】线圈中的磁通量发生变化时则有感应电流，由图可知b位置磁通量正在增加，有感应电流；a、c、d位置磁通量均未变化，无感应电流，故ACD不符合题意，B符合题意。

故选B。

6．下列说法中正确的是（）
A．库仑利用扭秤发现了库仑定律，并测定了电子的电荷量
B．法拉第发现了电磁感应现象，并总结得到了法拉第电磁感应定律
C．奥斯特发现了电流的磁效应，并给出了右手螺旋定则
D．戴维提出了分子电流假说，揭示了磁现象的电本质
【答案】B
【解析】A．密立根测定了电子的电荷量，故A错误；B．法拉第发现了电磁感应现象，并总结得到了法拉第电磁感应定律，故B正确；C．奥斯特发现了电流的磁效应，安培给出了右手螺旋定则，故C错误；D．安培提出了分子电流假说，故D错误。

故选B。

7．关于感应电流，下列说法中正确的是（）
A．只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就一定有感应电流
B．只要闭合导线做切割磁感线运动，导线中就一定有感应电流
C．当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中一定有感应电流
D．若闭合电路的一部分导体不做切割磁感线运动，闭合电路中一定没有感应电流
【答案】C
【解析】A．只要穿过闭合线圈的磁通量发生变化，线圈中就一定有感应电流，A错误；B．只要闭合电路的部分导线做切割磁感线运动，导线中就一定有感应电流，B错误；C．当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中一定有感应电流，C正确；D．若闭合电路的一部分导体不做切割磁感线运动，但磁场变化，穿过回路的磁通量就可能发生变化，从而产生感应电流，D错误。

故选C。

8．探究产生感应电流条件的实验装置如图所示，保持线圈不动，在下列情况下，无法产生感应电流的是（）
A．将S极插入线圈B．将S极从线圈中抽出
C．将N极插入线圈D．将N极放在线圈中不动
【答案】D
【解析】ABC．只要磁铁与线圈相对运动（与磁铁的极性无关），线圈中的磁通量发生变化，均可以产生感应电流，故ABC错误；D．将N极放在线圈中不动时，线圈中磁通量不发生变化，故不会产生感应电流，故D正确。

故选D。

9．如图所示，两匀强磁场的磁感应强度B 1和B 2大小相等、方向相反，竖直面内的金属圆环的直径O 1O 2与两磁场的边界重合。

下列变化会在环中会产生感应电流的是（ ）
A ．同时增大
B 1减小B 2
B ．让金属圆环以直径O 1O 2为轴转动90°过程中
C ．向右平移金属圆环
D ．同时以相同的变化率增大B 1和B 2
【答案】A
【解析】A ．同时增大B 1减小B 2，则穿过圆环的磁通量向里增加，会产生感应电流，选项A 正确；B ．让
金属圆环以直径O 1O 2为轴转动90°过程中，穿过线圈的磁通量总是零，无感应电流产生，选项B 错误；C ．向
右平移金属圆环，穿过线圈的磁通量不变，无感应电流，选项C 错误；D ．同时以相同的变化率增大B 1和B 2，穿过线圈的磁通量不变，无感应电流，选项D 错误；故选A 。

10．如选项图所示，A 中线圈有一小缺口，B 中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方，C 、D 中匀强磁场区域足够大12()v v ≠，其中能产生感应电流的是（ ）
A ．
B ．
C ．
D ．
【答案】C
【解析】A ．由于圆环不闭合，即使磁通量增加，也不产生感应电流，A 错误；B ．根据安培定则可知，穿过圆环的磁通量完全抵消，磁通量为零，保持不变，所以不产生感应电流，B 错误；C ．12v v ≠，由图可知，闭合回路的面积变化，磁通量变化，将产生感应电流，C 正确；D ．线框垂直于磁感线运动，穿过线框的磁
通量没有变化，因此不会产生感应电流，D错误；故选C。

二、解答题
11．如图所示，一铝制导体圆环竖直套在一根固定的水平光滑绝缘杆ab上。

（1）当进行以下操作时，圆环中能否产生感应电流？若有感应电流产生，其方向如何？
操作1：圆环固定不动，条形磁铁从圆环中心位置沿竖直方向向下平移；操作2：圆环不固定，条形磁铁N 极向左插入圆环；操作3：去除横杆ab，让圆环和条形磁铁同时从当前位置自由下落；
（2）除了上述操作，还有其他可能让圆环产生感应电流的操作方案吗？如果有，请指出各种方案中感应电流的方向。

【答案】见解析
【解析】(1)操作1：圆环固定不动，条形磁铁从圆环中心向下平移，通过圆环的磁通量减小，所以圆环中能产生感应电流；根据楞次定律：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，可知圆环中的感应电流方向从条形磁铁向圆环看去为顺时针方向；操作2：条形磁铁N极向左插入，穿过圆环的磁通量增加，所以圆环中能产生感应电流；根据楞次定律：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，可知圆环中的感应电流方向从条形磁铁向圆环看去为逆时针方向；操作3：在圆环和条形磁铁自由下落的过程中，二者保持相对静止，穿过圆环的磁通量不变，所以不产生感应电流。

(2)有；可使圆环固定不动，条形磁铁向远离圆环方向移动，此时通过圆环的磁通量减小，所以圆环中能产生感应电流；根据楞次定律：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，可知圆环中的感应电流方向从条形磁铁向圆环看去为顺时针方向。

12．“天宫一号”是中国第一个空间实验室，“天宫一号”空间应用系统开展了太阳与地磁活动指数的中期预测等研究，其成果已成功应用于中国首次载人交会对接任务的空间环境预报。

如图所示，太阳电池帆板可以为空间飞行提供动力和能源，假设“天宫一号”正绕地球做匀速圆周运动，运动方向与太阳帆板两端M、N 的连线垂直，太阳帆板的面积2
=⨯，
B-
38m
S=，在图示位置地磁场与太阳帆板垂直，磁感应强度5
1.010T
太阳帆板和空间站都是通电性能良好的导体。

（1）在太阳帆板上将一个灵敏电流计与M、N相连构成闭合电路，试判断电流计指针能否偏转，并说明理由；
（2）如果在图示位置太阳帆板绕MN 连线转过30°角，则穿过线圈的磁通量是多少？
【答案】（1）不偏转；（2）43.310Wb -⨯
【解析】（1）电流计的指针不偏转，因为穿过闭合回路的磁通量不变，不产生感应电流；（2）根据
cos30BS Φ=°
解得
43.310Wb -Φ≈⨯。