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1、04第四章电磁感应1划时代的发现2探究感应电流的产生条件课时过关能力提升基础巩固1.许多科学家在物理学发展的过程中作出了重要贡献。下列说法正确的是()A.洛伦兹发现了“磁生电”现象B.法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律库仑定律,卡文迪许测出了静电力常量k的值C.丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应,并总结出了右手螺旋定则D.法拉第首先发现电磁感应现象,并总结出产生感应电流的原因解析:奥斯特发现了电流的磁效应,安培总结出右手螺旋定则,法拉第发现了电磁感应现象即“磁生电”现象,选项A、C错误;法国物理学家库仑利用扭秤实验发现了电荷之间的相互作用规律库仑定律,同时又测出了静电力
2、常量k的值,选项B错误;法拉第通过不懈的努力第一个发现了电磁感应现象,并总结出产生感应电流的原因,选项D正确。答案:D2.在法拉第时代,下列验证“磁生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是()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,然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:闭合回路中没有磁通量变化,不可能产生感应电流,A、B两项错误;往闭合线圈中插
3、入条形磁铁会产生感应电流,但它是瞬时电流,到相邻房间观察时,感应电流已经消失,C项错误;接电源的线圈在通电或断电时,会使接电流表的线圈中的磁通量发生变化,产生感应电流,D项正确。答案:D3.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.通电线圈在磁场中转动C.闭合线圈在磁场中运动产生了电流D.磁铁吸引小磁针解析:电磁感应是指“磁生电”的现象,而小磁针和通电线圈在磁场中转动,反映了磁场力的性质,所以A、B、D项不是电磁感应现象,C项是电磁感应现象。答案:C4.(多选)右图是法拉第最初研究电磁感应现象的装置,AB是绕在软铁芯上的线圈,电流表与线圈组成一闭合回路。下列说法正
4、确的是()A.当右边磁铁S极离开B端时,线圈中产生感应电流B.当右边磁铁S极离开B端,并在B端附近运动时,线圈中产生感应电流C.当磁铁保持图中状态不变时,线圈中有感应电流D.当磁铁保持图中状态不变时,线圈中无感应电流解析:当右边磁铁S极离开B端或在B端附近运动时,线圈所处位置磁场变化,穿过线圈的磁通量变化,产生感应电流,选项A、B正确;当磁铁保持题图中状态不变时,穿过线圈的磁通量不变,线圈中无感应电流,选项C错误,选项D正确。答案:ABD5.如图所示,竖直放置的长直导线通以图示方向的电流,有一矩形金属线框abcd与导线在同一平面内。下列情况,矩形线框中不会产生感应电流的是()A.导线中电流变大
5、B.线框向右平动C.线框向下平动D.线框以ab边为轴转动解析:导线中电流变大,则周围的磁感应强度增强,则线框中磁通量增大,故可以产生感应电流,故选项A不符合题意;线框向右平动时,线框中的磁感应强度减小,故磁通量减小,可以产生感应电流,故选项B不符合题意;线框向下平动时,线框中的磁感应强度不变,磁通量不变,故不会产生感应电流,故选项C符合题意;线框以ab边为轴转动时,线框中的磁通量发生变化,故会产生感应电流,故选项D不符合题意。答案:C6.(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,下列哪些组合中,当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
6、圆形线圈在同一平面内,O点为线圈的圆心,D图中直导线与圆形线圈垂直,并与中心轴重合)()解析:对题图A而言,因为通电直导线位于圆形线圈所在平面内,且与直径重合,因此穿过圆形线圈的磁通量为零,所以当切断直导线中的电流时,穿过圆形线圈的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。对题图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后,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。同理分析可得题图C中也有感应电流产生。对题图D而言,因为圆形线圈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,穿过环形导线的磁通量在整个
7、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。答案:BC7.金属矩形线圈abcd在匀强磁场中做如图所示的运动,线圈中有感应电流的是()解析:在选项B、C中,线圈中的磁通量始终为零,不产生感应电流;选项D中磁通量始终最大,保持不变,不发生变化,也没有感应电流;选项A中,在线圈转动过程中,磁通量做周期性变化,产生感应电流,故A正确。答案:A8.如图所示,线圈平面与水平方向成角,磁感线竖直向下,设磁感应强度为B,线圈面积为S,则穿过线圈的磁通量= 。解析:线圈平面abcd与磁感应强度B方向不垂直,不能直接用=BS计算,计算时可以用不
8、同的方法:方法一:把S投影到与B垂直的方向即水平方向,如图中abcd,S=Scos 故=BS=BScos 方法二:把B分解为平行于线圈平面的分量B和垂直于线圈平面的分量B,显然B不穿过线圈,且B=Bcos ,故=BS=BScos 。答案:BScos 9.研究电磁感应现象实验所需的器材如图所示,用实线将带有铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原线圈回路,将小量程电流表和线圈B连接成副线圈回路,并列举出在实验中改变副线圈回路磁通量,使副线圈回路产生感应电流的三种方法:(1) ;(2) ;(3) 。答案:实验连接图如图所示。(1)将原线圈插入副线圈保持静止,闭合(或断开)开关,产生感应电流(2
9、)闭合开关,将原线圈插入副线圈或从副线圈中抽出的过程中,产生感应电流(3)将原线圈插入副线圈保持静止并闭合开关,移动滑动变阻器的滑片时,产生感应电流10.如图所示,线圈A中接有如图所示的电源,线圈B有一半的面积处在线圈A中,两线圈平行但不接触。则在开关S闭合的瞬间,线圈B中有无感应电流?解析:将S闭合的瞬间,与线圈A组成的闭合电路有电流通过,线圈A产生的磁场不仅穿过所包围的面积,方向向外;也穿过线圈外的广大面积,方向向里。所包围的面积内磁通密度大,外围面积上的磁通密度小。对线圈B,与A重合的一半面积向外的磁通量大于另一半面积向里的磁通量,因此线圈B所包围的总磁通量不为零,而是方向向外。也就是说
10、在开关S闭合的瞬间,穿过线圈B的磁通量增加,所以线圈B中有感应电流。答案:有感应电流能力提升1.(多选)自然界的电、热和磁等现象都是相互联系的,很多物理学家为寻找它们之间的联系作出了贡献。下列说法正确的是()A.奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系B.欧姆发现了欧姆定律,说明了热现象和电现象之间存在联系C.法拉第发现了电磁感应现象,揭示了磁现象和电现象之间的联系D.焦耳发现了电流的热效应,定量给出了电能和热能之间的转换关系解析:欧姆定律是关于导体两端电压与导体中电流关系的定律,并没有说明热现象和电现象之间存在联系,选项B错误。答案:ACD2.如图所示,开始时矩形线框与匀强磁
11、场的方向垂直,且一半在磁场内,一半在磁场外。若要使线框中产生感应电流,下列办法中不可行的是()A.将线框向左拉出磁场B.以ab边为轴转动(小于90)C.以ad边为轴转动(小于60)D.以bc边为轴转动(小于60)解析:将线框向左拉出磁场的过程中,线框的bc部分做切割磁感线的运动,或者说穿过线框的磁通量减少,所以线框中将产生感应电流。当线框以ab边为轴转动(小于90)时,穿过线框的磁通量减少,所以线框中将产生感应电流。当线框以ad边为轴转动(小于60)时,穿过线框的磁通量减少,所以在这个过程中,线框中会产生感应电流。如果转过的角度超过60,bc边将进入无磁场区,那么线框中将不产生感应电流(603
12、00)。当线框以bc边为轴转动时,如果转动的角度小于60,则穿过线框的磁通量始终保持不变,线框中不产生感应电流。答案:D3.(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()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=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A、B、D。答
13、案:ABD4.在纸面内放有一条形磁铁和一个位于磁铁正上方的圆形线圈(如图所示),下列情况中能使线圈中产生感应电流的是()A.将磁铁在纸面内向上平移B.将磁铁在纸面内向右平移C.将磁铁绕垂直纸面的轴转动D.将磁铁的N极向纸外转,S极向纸内转解析:将磁铁向上平移、向右平移或绕垂直纸面的轴转动,线圈始终与磁感线平行,磁通量始终为零,没有变化,不产生感应电流,所以A、B、C均不正确;将磁铁的N极向纸外转,S极向纸内转,穿过线圈的磁通量变化,线圈中产生感应电流,所以D项正确。答案:D5.某同学做观察电磁感应现象的实验,将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路。当他闭合、断开开关时
14、,电流表的指针都没有偏转,其原因是()A.开关位置接错B.电流表的正、负极接反C.线圈B的接头3、4接反D.蓄电池的正、负极接反解析:线圈A始终与电源相连,其产生的磁场是恒定的,所以闭合、断开开关时,穿过线圈B的磁通量没有发生变化,不产生感应电流,故电流表指针没有偏转。产生题中所述现象的原因是开关位置接错。答案:A6.(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()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
15、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,就不会产生感应电流,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,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
16、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。答案:ABD7.(多选)如图所示,水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线,以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系。四个相同的圆形闭合线圈在四个象限内完全对称放置,两直导线中的电流大小与变化情况完全相同,电流方向如图所示,当两直导线中的电流都增大时,四个线圈a、b、c、d中感应电流的情况是()A.线圈a中无感应电流B.线圈b中有感应电流C.线圈c中有感应电流D.线圈d中无感应电流解析:根据安培定则可判断出电流产生的磁场方向,线圈a中的磁场方向均垂直于纸面向里,线圈c中的磁场方向均垂直于纸面向外,线圈b、d中的合磁
17、通量始终为零,故增大两直导线中的电流时,线圈a、c中的磁通量发生变化,有感应电流产生,而线圈b、d中无感应电流产生。选项C、D正确,A、B错误。答案:CD8.如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,B的方向与水平方向的夹角为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转到竖直位置(图中虚线位置)。求在此过程中磁通量改变量的大小。解析:取线圈在水平位置穿过线圈的磁通量为正,则1=BSsin 30=12BS。线圈处于竖直位置,磁感线从线圈另一面穿过,磁通量2=-BScos 30=-32BS。故线圈中的磁通量的改变量=2-1=-3+12BS,即改变量大小为|=3+12BS。答案:3+12BS9.如图所示,匀强磁场区域宽度为l,使一边长为d(dl)的矩形线框以恒定速度v向右通过磁场区域,求该过程中有感应电流的时间。解析:线框通过磁场区域的过程中,在矩形线框的右端离开磁场右边缘开始直到线框的左端进入磁场为止(如图所示),穿过线框的磁通量不变化,所以这段时间无感应电流,其他时间磁通量变化,有感应电流。这段运动的距离为d-l,运动时间为t=d-lv。线框通过磁场的总时间为t=d+lv,所以有感应电流的时间为t=t-t=2lv。答案:2lv