【金牌学案】2012年高中物理 课时作业 新人教版选修3-2

1 第四章第四章 电磁感应电磁感应 1 1 划时代的发现划时代的发现 2 2 探究感应电流的产生条件探究感应电流的产生条件 一 单项选择题 1 物理实验都需要有一定的控制条件 做奥斯特电流磁效应实验时就应排除地磁场对 实验的影响 下列关于奥斯特实验的控制条件的说法中正确的是 D A 该实验必须在地球赤道上进行 B 通电直导线必须竖直放置 C 通电直导线应该水平东西方向放置 D 通电直导线可以水平南北方向放置 2 如图 4 1 10 所示 在条形磁铁 N 极附近悬挂一个金属闭合线圈 当磁铁左右运动 时 线圈中 A 图 4 1 10 A 一定产生感应电流 B 不一定产生感应电流 C 不可能产生感应电流 D 无法确定 解析 这属于法拉第总结出的运动的磁场 能够引起感应电流 3 如图 4 1 11 所示 绕在铁芯上的线圈与电源 滑动变阻器和开关组成闭合回路 在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A 下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是 A 图 4 1 11 A 线圈中通以恒定的电流 B 通电时 使变阻器的滑片P匀速移动 C 通电时 使变阻器的滑片P加速移动 D 将开关突然断开的瞬间 解析 当线圈中通以恒定的电流时 线圈中产生的磁场恒定不变 线圈中的磁通量没有 发生变化 铜环A的磁通量没有变化 不会产生感应电流 4 关于产生感应电流的条件 下述说法正确的是 D A 位于磁场中的闭合线圈 一定能产生感应电流 B 闭合线圈和磁场发生相对运动 一定能产生感应电流 C 闭合线圈做切割磁感线运动 一定能产生感应电流 D 穿过闭合线圈的磁感线条数发生变化 一定能产生感应电流 2 二 双项选择题 5 2011 年惠州调研 将一磁铁缓慢或迅速地插到闭合线圈中的同一位置 两次发生变 化的物理量不同的是 BC A 磁通量的变化量 B 磁通量的变化率 C 感应电流的电流强度 D 流过线圈导体横截面中的电量 6 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 可知磁磁感应强度为零 S 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 7 如图 4 1 12 所示 环形金属软弹簧所处平面与某一匀强磁场垂直 将弹簧沿半径 方向向外拉成圆形 则以下措施不能使该金属弹簧中产生电磁感应现象的是 CD 图 4 1 12 A 保持该圆的周长不变 将弹簧由圆形拉成方形 B 保持该圆的周长不变 将弹簧由圆形拉成三角形 C 保持该圆的面积不变 将弹簧由圆形拉成方形 D 保持该圆的面积不变 将弹簧由圆形拉成三角形 8 2008 年年底 我国高温超导磁悬浮高速列车的车速已达到 500 km h 图 4 1 13 是磁悬浮的原理 图中A是圆柱形磁铁 B是用高温超导材料制成的超导圆环 将超导圆环 B放在磁铁A上 它就能在磁力作用下悬浮在磁铁A上方的空中 则下列正确的是 BD A 在B放入磁场过程中 B中将产生感应电流 当稳定后 感应电流消失 B 在B放入磁场的过程中 B中将产生感应电流 当稳定后 感应电流仍存在 C 如果A的 N 极朝上 B中感应电流的方向如图所示 D 如果A的 N 极朝上 B中感应电流的方向与图示方向相反 解析 B进入时 磁通量增加 将产生感应电流 这一电流在超导体中不会消失 B 正 确 它们之间是排斥 由安培定则确定 D 答案正确 图 4 1 13 图 4 1 14 9 如图 4 1 14 所示 A B为大小 形状均相同且内壁光滑 但用不同材料制成的 圆管 竖直固定在相同高度 两个相同的磁性小球 同时从A B管上端的管口无初速释放 穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面 下面对于两管的描述中可能正确的是 AD A A管是用塑料制成的 B管是用铜制成的 B A管是用铝制成的 B管是用胶木制成的 C A管是用胶木制成的 B管是用塑料制成的 D A管是用胶木制成的 B管是用铝制成的 解析 当B管是金属所做 A球是绝缘材料所做时 磁球穿过B使得B管的各环路中磁 通量发生变化 有一部分机械能转化为电能 磁球穿过B与A相比 相同位置处的动能变小 速度变小 平均速度变小 B球下落的时间变大 三 非选择题 3 10 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 4 1 15 所示放置 平面abcd与竖直方向成 角 将abcd绕ad轴转 180 角 则穿过线 圈平面的磁通量的变化量是多少 图 4 1 15 解 转动前的磁通量为 1 BScos 转动后的磁通量为 2 BScos 180 BScos 磁通量的变化量为 1 2 2BScos 11 如图 4 1 16 所示 匀强磁场区域宽度为l 使一边长为d d l 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 图 4 1 16 解 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 1 所示 穿过线框的磁通量不变化 所以这段时间无感应电流 其他通过时间磁通量变化 有感应电 流 这段运动的距离为d l 运动时间为t d l v 线框通过磁场的总时间为t d l v 所以有感应电流的时间为 t t t 2l v 图 1 12 边长l 10 cm 的正方形线框 固定在匀强磁场中 磁场方向与线圈平面垂直 如 图 4 1 17 所示 磁感应强度随时间变化的规律为B 2 3t T 则第 3 s 内穿过线圈的 磁通量的变化量 为多少 图 4 1 17 解 第 3 s 内就是从 2 s 末到 3 s 末 所以 2 s 时磁感应强度为B1 2 3 2 T 8 T 3 s 时的磁感应强度为B2 2 3 3 T 11 T 所以 BS 11 8 0 12 Wb 3 10 2 Wb 13 如图 4 1 18 所示 弹簧上端固定 下端悬挂一根磁铁 磁铁正下方不远处的水 平面上放一个质量为m 电阻为R的闭合线圈 将磁铁慢慢托起到弹簧恢复原长时放开 磁 铁开始上下振动 线圈始终静止在水平面上 不计空气阻力 则以下说法不正确的是 A 4 图 4 1 18 A 磁铁做自由落体运动 B 磁铁最终能静止 C 只要磁铁运动 线圈中一定有感应电流 D 若线圈为超导线圈 磁铁最终也能静止 解析 磁铁将运动所具有的机械能通过电磁感应转化为电能 所以机械能不守恒 磁铁 做的不是自由落体运动 A 选项合题 14 双选 如图 4 1 19 所示 矩形线框abcd位于通电直导线附近 且开始时与导线 在同一平面 线框的两个边与导线平行 欲使线框中产生感应电流 下面做法可行的是 CD 图 4 1 19 A 线框向上移动 B 让ad边与导线重合 绕导线转过一个小角度 C 以bc边为轴转过一个小角度 D 以ab边为轴转过一个小角度 解析 通电导线周围的磁感线是以线上的点为圆心的一系列同心圆 所以 A B 两种情 况线圈中的磁感线条数不变 没有感应电流 C D 两种情况下的线圈中的磁感线条数变化 产生感应电流 15 如图 4 1 20 所示 有一个垂直纸面向里的匀强磁场 B 0 8 T 磁场有明显的 圆形边界 圆心为O 半径为 1 cm 现于纸面内先后放上与磁场垂直的圆线圈A B C 圆 心均在O处 A线圈半径为 1 cm 10 匝 B线圈半径为 2 cm 1 匝 C线圈半径为 0 5 cm 1 匝 问 1 在B变为 0 4 T 的过程中 A和B中磁通量改变多少 2 当磁场转过 30 角的过程中 C中磁通量改变多少 图 4 1 20 解 1 对A线圈 1 B1 r2 2 B2 r2 磁通量改变量 2 1 0 8 0 4 3 14 10 4 Wb 1 256 10 4 Wb 对B线圈 1 B1 r2 2 B2 r2 磁通量改变量 2 1 0 8 0 4 3 14 10 4Wb 1 256 10 4 Wb 2 对C线圈 1 B r2 磁场转过 30 线圈仍全部处于磁场中 线圈面积在垂直 磁场方向的投影为 r2cos 30 则 2 B r2cos 30 5 磁通量改变量 2 1 B r2 1 cos 30 0 8 3 14 5 10 3 2 1 0 866 Wb 8 4 10 6 Wb 3 3 楞次定律楞次定律 一 单项选择题 1 关于楞次定律 下列说法中正确的是 D A 感应电流的磁场总是阻碍原磁场的增强 B 感应电流的磁场总是阻碍原磁场的减弱 C 感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化 D 感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化 解析 感应电流的磁场总是阻碍电路中的原磁通量的变化 不是阻碍原磁场的变化 只 有当磁通量的变化单纯的是由原磁场的变化引起时 才阻碍原磁场的变化 2 如图 4 3 9 所示 导线框abcd与长直导线在同一平面内 直导线通有恒定电流 I 当导线框由左向右匀速通过直导线时 线框中感应电流的方向是 D 图 4 3 9 A 先abcd 后dcba 再abcd B 先abcd 后dcba C 始终dcba D 先dcba 后abcd 再dcba 解析 根据安培定则 直导线两侧的磁场是左出右进 线框从左靠近导线时 线框中的 磁通量在增强 感应电流的磁场向里 由安培定则 线框中的电流方向dcba 当线框过直导 线时 线框中的原磁通向里的加强 向外的减弱 感应电流的磁场向外 由安培定则 线框 中的电流方向abcd 线框越过导线再远离导线时 线框中的原磁通减弱 感应电流的磁场 向里 由安培定则 线框中的电流方向dcba 3 如图 4 3 10 中 虚线右侧存在垂直纸面指向纸内的匀强磁场 半圆形闭合线框与 纸面共面 绕过圆心O且垂直于纸面的轴匀速转动 线框中的感应电流以逆时针方向为正方 向 那么下列选项中哪个图能正确描述线框从图示位置开始转动一周的过程中 线框中感应 电流随时间变化的情况 A 图 4 3 10 解析 当从图示位置进入 相当于一绕O点转动的长为半径的棒在切割磁感线 由右手 定则判断电流方向为正 离开时 也相当于一绕O点转动的长为半径的棒在切割磁感线 由 6 右手定则判断电流方向为负 再进入又为正 4 如图 4 3 11 PQRS为一正方形导线框 它以恒定速度向右进入以MN为边界的匀 强磁场 磁场方向垂直于线框平面 MN线与线框的边成 45 角 E F分别为PS和PQ的中 点 则线圈中感应电流方向描述正确的是 D 图 4 3 11 A P点经过边界MN时顺时针 B E点经过边界MN时顺时针 C F点经过边界MN时顺时针 D 进入过程均是逆时针 二 双项选择题 5 有一弹性闭合线圈处于磁场中 线圈平面与纸面平行 当磁通量发生变化时 发现 线圈的面积增大了 下列说法中正确的是 AC A 若磁场垂直指向纸里 则磁场不断减弱 B 若磁场垂直指向纸里 则磁场不断增强 C 若磁场垂直指向纸外 则磁场不断减弱 D 若磁场垂直指向纸外 则磁场不断增强 解析 线圈中的原磁通减小时 为阻碍减小 面积增大 6 如图 4 3 12 示 螺线管B置于闭合金属环A的轴线上 当B中通过的电流减小时 则 AD 图 4 3 12 A 环A有缩小的趋势 B 环A有扩张的趋势 C 螺线管B有缩短的趋势 D 螺线管B有伸长的趋势 解析 螺线管中的电流减小 螺线管中各环向电流间的吸引力减小 所以变长 D 正确 同时 穿过A环的磁通量减少 为了阻碍磁通量减少 只能缩小 A 环的面积 因为面积越小 磁通量越大 故A环有收缩的趋势 A 正确 7 两个环A B置于同一水平面上 其中A是边缘均匀带电的绝缘环 B是导体环 当 A以如图 4 3 13 所示的方向绕中心转动时 B中产生如图所示方向的感应电流 则 BC 图 4 3 13 A A可能带正电且转速减小 B A可能带正电且转速增大 C A可能带负电且转速减小 D A可能带负电且转速增大 解析 要产生B环的电流方向 如题图 根据楞次定律则A环内部要产生向里加强的或 者向外减弱的磁场 则据安培定则可知 B C 正确 8 如图 4 3 14 足够长的光滑金属导轨MN PQ水平平行固定 置于竖直向上的匀 7 强磁场中 在导轨上放两条金属杆ab cd 两杆平行且与导轨垂直接触良好 设导轨电阻 不计 两杆的电阻为定值 从某时刻起给ab施加一与导轨平行方向向右的恒定拉力F作用 则以下说法正确的是 BD 图 4 3 14 A cd向左做加速运动 B ab受到的安培力始终向左 C ab一直做匀加速直线运动 D cd将向右运动 三 非选择题 9 如图 4 3 15 所示 当开关 S 闭合瞬间 在图中画出线圈ABCD中的电流方向 图 4 3 15 答案 如图 2 所示 图 2 10 如图 4 3 16 所示为 研究电磁感应现象 的实验装置 部分导线已连接 图 4 3 16 1 用笔线代替导线将图中未完成的电路连接好 2 如果在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下 那么闭合电键后 将原线 圈迅速插入副线圈的过程中 电流计指针将向 偏 原线圈插入副线圈后 将滑 动变阻器滑片迅速向右移动时 电流计指针将向 偏 答案 1 如图 3 所示 8 图 3 2 右 左 11 三个闭合矩形线圈 处在同一竖直平面内 在线框的正上方有一条固定的 长直导线 导线中通有自左向右的恒定电流 如图 4 3 17 所示 若三个闭合线框分别做 如下运动 沿垂直长直导线向下运动 沿平行长直导线方向平动 绕其竖直中心轴 OO 转动 1 在这三个线框运动的过程中 哪些线框中有感应电流产生 方向如何 2 线框 转到图示位置的瞬间 是否有感应电流产生 图 4 3 17 解 1 线框 沿垂直于导线方向向下运动 穿过它的磁通量减小 有感应电流产生 电流产生的磁场方向垂直纸面向里 根据楞次定律 感应电流的磁场方向也应垂直纸面向里 再由右手螺旋定则可判断感应电流为顺时针方向 线框 沿平行导线方向运动 与直导线距 离不变 穿过线框 的磁通量不变 因此线框 中无感应电流产生 线框 绕OO 轴转动 过程中 穿过它的磁通量不断变化 在转动过程中线框 中有感应电流产生 其方向是周期 性改变的 2 线框 转到图示位置的瞬间 线框中无感应电流 由于长直导线下方的磁场方向与 纸面垂直 在该位置线框 的两竖直边运动方向与磁场方向平行 不切割磁感线 所以无感 应电流 从磁通量变化的角度考虑 图示位置是线框 中磁通量从增加到最大之后开始减小 的转折点 此位置感应电流的方向要发生变化 故此时其大小必为 0 12 一平面线圈用细杆悬于P点 开始时细杆处于水平位置 释放后让它在如图 4 3 18 所示的匀强磁场中运动 已知线圈平面始终与纸面垂直 当线圈第一次通过位置 和位置 时 顺着磁场的方向看去 线圈中的感应电流的方向分别为 B 图 4 3 18 A 位置 逆时针方向 位置 逆时针方向 B 位置 逆时针方向 位置 顺时针方向 C 位置 顺时针方向 位置 顺时针方向 D 位置 顺时针方向 位置 逆时针方向 解析 线圈第一次经过位置 时 穿过线圈的磁通量增加 由楞次定律 线圈中感应电 流的磁场方向向左 根据安培定则 顺着磁场看去 感应电流的方向为逆时针方向 当线圈 第一次通过位置 时 穿过线圈的磁通量减小 可判断出感应电流为顺时针方向 故选项 B 正确 9 13 双选 如图 4 3 19 所示 在PQ QR区域中存在着磁感应强度大小相等 方向相 反的匀强磁场 磁场方向均垂直于纸面 一正方形导线框abcd位于纸面内 ab边与磁场的 边界P重合 导线框与磁场区域的尺寸如图所示 从t 0 时刻开始 线框匀速横穿两个磁 场区域 以a b c d为线框中的电流i的正方向 向左为导线框所受安培力的正方向 以下i t 和F t关系示意图中正确的是 AC 图 4 3 19 4 4 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律 一 单项选择题 1 关于电磁感应电动势大小的正确表达是 D A 穿过某导体框的磁通量为零 该线框中的感应电动势一定为零 B 穿过某导体框的磁通量越大 该线框中的感应电动势就一定越大 C 穿过某导体框的磁通量变化越大 该线框里的感应电动势就一定越大 D 穿过某导体框的磁通量变化率越大 该线框里的感应电动势就一定越大 解析 根据法拉第电磁感应定律E n 电动势大小与磁通量变化率成正比 当磁 t 通量为零时 不一定为 0 A 项错 越大 不一定越大 B 项错 越大 t t 不一定越大 C 项错 t 2 一闭合圆线圈放在随时间均匀变化的磁场中 线圈平面和磁场方向垂直 若想使线 圈中的感应电流增强一倍 下述方法不可行的是 C A 使线圈匝数增加一倍 B 使线圈面积增加一倍 C 使线圈匝数减小一半 D 使磁感应强度的变化率增大一倍 3 如图 4 4 7 所示 竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路 导线所围区域内有一 垂直纸面向里的匀强磁场 螺线管下方水平桌面上有一导体圆环 为使圆环受到向上的磁场 力作用 导线abcd中的磁感应强度B随时间t的变化是图中的 A 10 图 4 4 7 解析 C D 两种情况 abcd回路中磁通量均匀变化 产生的感应电动势恒定 所以螺 线管中的电流恒定 产生磁场恒定 圆环中的磁通量不变 所以圆环中无感应电流 不受磁 场力 而 A 中的abcd回路中磁通量不均匀变化 磁感应强度的变化率越来越小 产生的感 应电动势越来越小 螺线管中的电流越来越小 穿过圆环的磁通量变小 为阻碍变小 环有 向上运动的趋势 即受到向上的磁力 而 B 所示磁感应强度的变化率越来越大 正好相反 4 如图 4 4 8 所示 MN和PQ是平行的水平光滑金属导轨 电阻不计 ab和cd是两 根质量均为m的导体棒 垂直放在导轨上 导体棒有一定的电阻 整个装置处于竖直向下的 匀强磁场中 原来两导体棒都静止 当ab棒受到瞬时冲击力作用而向右以v0运动 两棒没 有相碰 则 C 图 4 4 8 A cd棒先向右做加速运动 后减速运动 B cd棒向右做匀加速运动 C ab和cd棒最终以共同速度向右匀速运动 D 由于过程中有电能的消耗 两棒最终静止 解析 ab切割磁感线 产生感应电流 使得cd也有感应电流 安培力阻碍他们的运动 所以安培力对ab是阻力 对cd是动力 cd加速 ab减速 同时cd也开始切割磁感线 产 生反电动势 当ab和cd棒速度相等时 cd棒反电动势与ab产生的电动势相等时 电路中 的感应电流为零 两棒所受合外力为零 以共同速度运动 二 双项选择题 5 根据法拉第电磁感应定律的数学表达式 电动势的单位 V 可以表示为 BC A T s B Wb s C T m2 s D Wb m2 s 解析 根据公式E n BS可知 B C 正确 t 6 2011 年广州一模 如图 4 4 9 金属棒ab cd与足够长的水平光滑金属导轨垂直 且接触良好 匀强磁场垂直导轨所在的平面 ab棒在恒力F作用下向右运动 则 BD 图 4 4 9 A 安培力对ab棒做正功 11 B 安培力对cd棒做正功 C abdca回路的磁通量先增加后减少 D F做的功等于回路产生的总热量和系统动能增量之和 7 当线圈中的磁通量发生变化时 BC A 线圈中一定有感应电流 B 线圈中一定有感应电动势 C 线圈中感应电动势大小与电阻无关 D 线圈中感应电流大小与电阻无关 解析 磁通量发生变化 一定有感应电动势 但只有当线圈闭合时才有感应电流 所以 A 错 B 正确 感应电动势E n与电阻无关 而电流I 与电阻有关 C 正确 D 错 t E R 8 闭合回路的磁能量 随时间t变化图象分别如图 4 4 10 所示 关于回路中产生 的感应电动势的论述 其中不正确的是 CD 图 4 4 10 A 图甲的回路中没有感应电动势 B 图乙的回路中感应电动势恒定不变 C 图丙的回路中 0 t1时间内的感应电动势小于t1 t2时间内的感应电动势 D 图丁的回路中感应电动势先变大 再变小 解析 根据法拉第电磁感应定律 E n 在 t图象上 若n 1 图线某点切 t 线的斜率表示电动势的大小 图甲 0 图乙 是一定值 图丙 0 t1斜率比 t t t1 t2大 图丁斜率先变小后变大 三 非选择题 9 如图 4 4 11 所示 在宽为 0 5 m 的平行导轨上垂直导轨放置一个有效电阻为 r 0 6 的直导体 在导轨的两端分别连接两个电阻R1 4 R2 6 其他电阻不 计 整个装置处在垂直导轨向里的匀强磁场中 磁感应强度B 0 1 T 当直导体在导轨上 以v 6 m s 的速度向右运动时 求 直导体棒两端的电压和流过电阻R1和R2的电流大 小 图 4 4 11 解 由题意可画出如图 5 所示的电路图 则感应电动势 图 5 E BLv 0 1 0 5 6 V 0 3 V Uab V 0 24 V ER外 R外 r 0 3 2 4 2 4 0 6 12 I1 0 06 A Uab R1 I2 0 04 A Uab R2 10 如图 4 4 12 所示 圆形金属线框的半径r 0 5 m 圆形线框平面垂直于磁场方 向放置 匀强磁场的磁感应强度B 1 0 T 现把圆形线框翻转 180 所用时间 t 0 2 s 则这段时间内线圈中产生的平均感应电动势为多大 如果金属导线的电阻率 1 0 10 7 m 导线的横截面积S0 1 0 10 7m2 则圆形线框内产生的平均感应电流 为多大 图 4 4 12 解 在时间 t内磁通量的变化量 2 1 B r2 B r2 2 r2B 在 t时间内产生的平均感应电动势 E V 7 85 V t 2 r2B t 2 3 14 0 5 2 1 0 0 2 线圈的电阻 R 3 14 l S 2 r S0 1 0 10 7 2 3 14 0 5 1 0 10 7 所以线圈中的平均电流I A 2 5 A E R 7 85 3 14 11 如图 4 4 13 甲所示的螺线管的匝数n 1500 横截面积S 20 cm2 电阻 r 1 5 与螺线管串联的外电阻R1 10 R2 3 5 若穿过螺线管的磁场的磁感应 强度按图乙所示的规律变化 计算R1上消耗的电功率 图 4 4 13 解 根据法拉第电磁感应定律 螺线管中产生的感应电动势E n nS 6 0 V t B t 整个回路中产生的感应电流为I 0 4 A E R1 R2 r 根据电功率的公式P I2R1 1 6 W 12 如图 4 4 14 所示 让闭合导线框abcd从高处自由下落一定高度后进入水平方向 的匀强磁场 以cd边开始进入到ab边刚进入磁场这段时间内 下列选项中表示线框运动的 速度 时间图象中不可能的是 A 13 图 4 4 14 解析 当框的下边进入磁场时 dc边切割磁感线产生电动势 有了感应电流 受到安 培力 此安培力如果恰好与重力相等 框的进入过程匀速 B 有可能 如果此安培力小于重 力 则框加速 安培力增大 当两者相等时 框匀速 如果此安培力大于重力 则框减速 安培力减小 当两者相等时 框匀速 13 双选 光滑金属导轨宽L 0 4 m 电阻不计 均匀变化的磁场穿过整个轨道平面 如图 4 4 15 中甲所示 磁场的磁感应强度随时间变化的情况如图乙所示 金属棒ab的电 阻为 1 自t 0 时刻起从导轨最左端以v 2 m s 的速度向右匀速运动 则 CD 图 4 4 15 A 1 s 末回路中电动势为 0 8 V B 1 s 末ab棒所受磁场力为 0 64 N C 1 s 末回路中电动势为 1 6 V D 1 s 末ab棒所受磁场力为 1 28 N 解析 1 s 末磁场强度为B 2 T 回路中电动势为E BLv 1 6 V 则 C 对 回路中的 电流为I 1 6 A 杆受的安培力为F BIL 1 28 N 则 D 对 E R 14 如图 4 4 16 所示 匝数N 100 匝 横截面积S 0 2 m2 电阻r 0 5 的圆 形线圈MN处于垂直纸面向里的匀强磁场内 磁感应强度随时间按B 0 6 0 02t T 的规律 变化 处于磁场外的电阻R1 3 5 R2 6 电容C 30 F 开关 S 开始时未闭合 求 1 闭合 S 后 线圈两端M N两点间的电压UMN和电阻R2消耗的电功率 2 闭合 S 一段时间后又打开 S 则 S 断开后通过R2的电荷量为多少 图 4 4 16 解 1 线圈中感应电动势 14 E N NS 100 0 02 0 2 V 0 4 V t B t 通过电源的电流强度 I A 0 04 A E R1 R2 r 0 4 3 5 6 0 5 线圈两端M N两点间的电压 UMN E Ir 0 4 0 04 0 5 V 0 38 V 电阻R2消耗的电功率 P2 I2R2 0 04 0 04 6 W 9 6 10 3 W 2 闭合 S 一段时间后 电路稳定 电容器C相当于开路 其两端电压UC等于R2两端的 电压 即 UC IR2 0 04 6 V 0 24 V 电容器充电后所带电荷量为 Q CUC 30 10 6 0 24 C 7 2 10 6 C 当 S 再断开后 电容器通过电阻R2放电 通过R2的电荷量为 7 2 10 6 C 5 5 电磁感应现象的两类情况电磁感应现象的两类情况 一 单项选择题 1 2011 年惠州调研 在磁感应强度为B 方向如图 4 5 11 所示的匀强磁场中 金属 杆PQ在宽为L的平行金属导轨上以速度v向右匀速滑动 PQ中产生的感应电动势为E1 若 磁感应强度增为 2B 其他条件不变 所产生的感应电动势大小变为E2 则E1与E2之比及通 过电阻R的感应电流方向为 D 图 4 5 11 A 2 1 b a B 1 2 b a C 2 1 a b D 1 2 a b 解析 E1 Blv E2 2Blv 所以E1 E2 1 2 由右手定则得电流是a b 2 在图 4 5 12 中 闭合矩形线框abcd 电阻为R 位于磁感应强度为B的匀强磁场 中 ad边位于磁场边缘 线框平面与磁场垂直 ab ad边长分别用L1 L2表示 若把线圈 沿v方向匀速拉出磁场所用时间为 t 则通过线框导线截面的电量是 B 图 4 5 12 A B C D BL1L2 BL1L2 R t BL1L2 R BL1L2 t 解析 平均感应电动势E 平均感应电流I 再结合q It即可得 t BL1L2 t E R 15 图 4 5 13 3 如图 4 5 13 所示 导线MN可无摩擦地沿竖直的长直导轨滑动 导线位于水平方 向的匀强磁场中 回路电阻R 将MN由静止开始释放后的一小段时间内 MN运动的加速度 可能是 B A 保持不变 B 逐渐减小 C 逐渐增大 D 无法确定 解析 MN运动时切割磁感线 产生感应电动势 通过感应电流 必然受到向上的安培 力 且速度越大 安培力越大 合外力越小 加速度越小 直到安培力与重力平衡时 导体 棒做匀速直线运动 4 一闭合线圈置于磁场中 若磁感应强度B随时间变化的规律如图 4 5 14 所示 则 能正确反映线圈中感应电动势E随时间t变化的图象是 A 图 4 5 14 解析 由磁感应强度的变化图线可知 磁场先正向均匀增大 后反向均匀增大 则电流 先为正 后为负 但大小不变 图 A 正确 二 双项选择题 5 如图 4 5 15 所示 导体AB在做切割磁感线运动时 将产生一个电动势 因而在 电路中有电流通过 下列说法中正确的是 AB 图 4 5 15 A 因导体运动而产生的感应电动势称为动生电动势 B 动生电动势的产生与 洛仑兹力 有关 C 动生电动势的产生与电场力有关 D 动生电动势和感生电动势产生的原因是一样的 6 如图 4 5 16 所示 半径为R的圆形线圈两端A C接入一个平行板电容器 线圈 放在随时间均匀变化的匀强磁场中 线圈所在平面与磁感线的方向垂直 要使电容器所带的 电量增大 可采取的措施是 BC 图 4 5 16 16 A 增大电容器两极板间的距离 B 增大磁感强度的变化率 C 增大线圈的面积 D 改变线圈平面与磁场方向的夹角 解析 在其他条件不变的情况下 两极板距离增大使得电容减小 电压不变 电量减 小 由E n nS可知 增大磁感强度的变化率 增大线圈的面积都会使感应电动势 t B t 增大 即电容两端的电压增大 电容不变 q CU 所以电量增大 改变线圈平面与磁场方 向的夹角 使得每一时刻的磁通量都减小 磁感强度的变化率变小 所以电量变小 7 2011 年广州天河区二模 如图 4 5 17 所示 一有界匀强磁场区域 磁场方向垂 直纸面向外 一个矩形闭合导线框abcd 沿纸面由位置 1 匀速运动到位置 2 则 BD 图 4 5 17 A 导线框进入磁场时 感应电流方向为a b c d a B 导线框离开磁场时 感应电流方向为a b c d a C 导线框离开磁场时 受到的安培力方向水平向右 D 导线框进入磁场时 受到的安培力方向水平向左 解析 由楞次定律可知 导线框进入磁场时受到阻碍其进入方向的力作用 离开磁场时 感应电流方向为逆时针 故 B D 正确 8 如图 4 5 18 所示 甲图中线圈A的a b端加上如图乙所示的电压时 在 0 t0 时间内 线圈B中感应电流的方向及线圈B的受力方向情况是 AD 图 4 5 18 A 感应电流方向不变 B 受力方向不变 C 感应电流方向改变 D 受力方向改变 解析 由图象可知 电流先正向减小 后负向增大 则通过线圈B的磁通量也是先正向 减小 后负向增大 线圈B中的感应电流的方向保持不变 由于线圈A产生的磁场方向的改 变 线圈B所受的安培力的方向改变 9 如图 4 5 19 所示 矩形线框abcd的ad和bc的中点M N之间连接一电压表 整 个装置处于匀强磁场中 磁场的方向与线框平面垂直 当线框向右匀速平动时 以下说法正 确的是 BD 图 4 5 19 A 穿过线框的磁通量不变化 MN间无电势差 17 B MN这段导体做切割磁感线运动 MN间有电势差 C MN间有电势差 所以电压表有读数 D 因为无电流通过电压表 所以电压表无读数 解析 整个线框在磁场中运动时 线框的三条竖边匀做切割磁感线的运动 三条边均产 生感应电动势 选项 A 错 B 正确 但由于整个线框中无感应电流 电压表的指针不会发生 偏转 选项 C 错 选项 D 正确 三 非选择题 10 有一面积为S 100 cm2金属环 电阻为R 0 1 环中磁场变化规律如图 4 5 20 乙所示 且磁场方向垂直环面向里 如图甲 在t1到t2时间内 环中感应电流的 方向如何 通过金属环的电量为多少 图 4 5 20 解 1 由楞次定律 可以判断金属环中感应电流方向为逆时针方向 2 磁感应强度的变化率为 B t B2 B1 t2 t1 线圈中的磁通量的变化率为 S S t B t B2 B1 t2 t1 环中形成感应电流为I E R t R R t 通过金属环的电量为Q I t 由 解得 Q C 0 01 C B2 B1 S R 0 2 0 1 10 2 0 1 11 如图 4 5 21 所示 在竖直向下 磁感应强度为B的匀强磁场中 有两根水平放 置且足够长的平行金属导轨AB CD 在导轨的AC端连接一阻值为R的电阻 一根质量为m 的金属棒ab 垂直导轨放置 导轨和金属棒的电阻不计 金属棒与导轨间的动摩擦因数为 若用恒力F沿水平向右拉导体棒运动 求金属棒的最大速度 图 4 5 21 解 金属棒向右运动切割磁感线 产生动生电动势 由右手定则知 棒中有ab方向的 电流 再由左手定则 安培力向左 导体棒受到的合力减小 向右做加速度逐渐减小的加速 运动 当安培力与摩擦力的合力增大到大小等于拉力F时 加速度减小到零 速度达到最大 此后匀速运动 所以F BIL mg I BLv R 解得v R F mg B2L2 12 如图 4 5 22 三角形线框与长直导线彼此绝缘 线框被导线分成面积相等的两 18 部分 在M接通图示方向电流的瞬间 线框中感应电流的方向是 C 图 4 5 22 A 无感应电流 B A B C C C B A D 条件不足 无法判断 解析 左部分的磁场是垂直纸面出来 右部分垂直纸面进去 但左部分的磁场强于右部 分 总的磁通量是垂直纸面出来 接通瞬间 磁通量增大 所以感应电流的磁场垂直纸面进 去 感应电流是C B A 13 如图 4 5 23 所示 在磁感强度为B的匀强磁场中有一半径为L的金属圆环 已 知构成圆环的电线电阻为 4r0 以O为轴可以在圆环上滑动的金属棒OA电阻为r0 电阻 R1 R2 4r0 当OA棒以角速度 匀速转动时 电阻R1的电功率最小值为P0为多大 其他 电阻不计 图 4 5 23 解 OA棒的感应电动势E 当OA棒A端处于圆环最上端时 即r环 1 r环 2时 BL2 2 圆环的等效电阻最大 等效电路如图 6 所示 其值r r0 r环1 r环2 r环1 r环2 图 6 干路中的最小电流I E r0 r R1R2 R1 R2 BL2 8r0 电阻R1的最小功率P0 2 4r0 1 2I B2L4 2 64r0 6 6 互感和自感互感和自感 一 单项选择题 1 关于线圈中的自感电动势的大小 下列说法正确的是 D A 跟通过线圈的电流大小有关 B 跟线圈中的电流变化大小有关 C 跟线圈中的磁通量大小有关 D 跟线圈中的电流变化快慢有关 解析 自感电动势与引起自感的电流的变化率成正比 19 2 如图 4 6 10 所示 一个圆环形导体线圈a平放在水平面上 在a的正上方固定一 竖直的螺线管b b的铁心与a不接触 a b 的轴线重合 螺线管与电源和滑动变阻器连接 成如图所示的电路 当移动滑动变阻器的触头P时 圆环a中将产生感应电流 同时a 对 水平面的压力N将发生变化 如果要使圆环a中产生图中所示方向的感应电流 则下面的说 法中正确的是 B 图 4 6 10 A P应向上滑 N大于a的重力 B P应向下滑 N大于a的重力 C P应向上滑 N小于a的重力 D P应向下滑 N小于a的重力 解析 由图可知线圈b的磁场方向向下 为使a中产生图示的电流 线圈b的磁场应增 强 所以线圈b中的电流应增大 滑键应向下滑 此时 两磁场方向相反 排斥 N大于a 的重力 3 如图 4 6 11 所示 L为一个自感系数很大的自感线圈 开关闭合后 小灯能正常 发光 那么闭合开关和断开开关的瞬间 能观察到的现象分别是 A 图 4 6 11 A 小灯逐渐变亮 小灯立即熄灭 B 小灯逐渐变亮 小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭 C 小灯立即亮 小灯立即熄灭 D 小灯立即亮 小灯比原来更亮一下再慢慢熄灭 解析 开关闭合瞬间 由于自感作用 灯泡会逐渐变亮 开关断开时 由于自感放电没 有回路 所以灯泡会立即熄灭 4 如图 4 6 12 示装置中 线圈A的左端接在滑线变阻器的中点 当滑动变阻器的滑 动头由a端滑向b端的过程中 通过与线圈B相连的电阻R上的感应电流的方向为 A 图 4 6 12 A 由c经R到d B 先由c经R到d 后由d经R到c C 由d经R到c D 先由d经R到c 后由c经R到d 二 双项选择题 5 下列关于自感现象的说法中 正确的是 AC A 自感现象是由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象 B 线圈中自感电动势的方向总与引起自感的原电流的方向相反 20 C 线圈中自感电动势的大小与穿过线圈的磁通量变化的快慢有关 D 加铁芯后线圈的自感系数比没有铁芯时要小 6 一个线圈中的电流如果均匀增大 则这个线圈的 BD A 自感电动势将均匀增大 B 磁通量将均匀增大 C 自感系数均匀增大 D 自感系数和自感电动势都不变 解析 自感系数是线圈本身性质决定 与电流变化无关 自感电动势与电流的变化率成 正比 7 2011 年佛山一模 如图 4 6 13 所示 质量为m的铜质小闭合线圈静置于粗糙水 平桌面上 当一个竖直放置的条形磁铁贴近线圈 沿线圈中线由左至右从线圈正上方等高 快速经过时 线圈始终保持不动 则关于线圈在此过程中受到的支持力N和摩擦力f的情况 以下判断正确的是 AD 图 4 6 13 A N先大于mg 后小于mg B N一直大于mg C f先向左 后向右 D f一直向左 8 如图 4 6 14 所示 两个线圈A B上下平行放置 分别通以图示电流I1 I2 为 使线圈B中的电流瞬时有所增大 可采用的办法是 BD 图 4 6 14 A 线圈位置不变 增大线圈A中的电流 B 线圈位置不变 减小线圈A中的电流 C 线圈A中电流不变 线圈A向下平移 D 线圈A中电流不变 线圈A向上平移 解析 当线圈A中电流减小或线圈A中电流不变向上平移时 线圈B中向上的磁场减弱 使得它产生感应电流与原电流同向 三 非选择题 9 如图 4 6 15 所示的电路中 电源电动势E 6 V 内电阻不计 L1 L2两灯均标 有 6 V 0 3 A 电阻R与电感线圈的直流电阻RL阻值相等 均为 20 试分析 S 闭合 和断开的瞬间 求 L1 L2两灯的亮度变化情况 图 4 6 15 21 解 当开关闭合的瞬间 电感支路相当于断路 两灯同时亮 L2灯较 L1灯更亮 稳定 后 两灯亮度相同 开关断开时 L1立即熄灭 L2逐渐熄灭 10 如图 4 6 16 所示 电源的电动势为E 10 V 内阻不计 L与R的电阻均为 5 两灯泡的电阻均为RS 10 1 求断开 S 的瞬间 灯泡 L1两端的电压 2 画出断开 S 前后一段时间内通过 L1的电流随时间的变化规律 图 4 6 16 解 1 电路稳定工作时 通过L的电流为IL 1 A E 2R 通过 L1的电流为IS 0 5 A E 2RS 图 7 断开 S 的瞬间 由于线圈要想维持IL不变 而与 L1组成闭合回路 因此通过 L1的最大 电流为 1 A 所以此时 L1两端的电压为U ILRS 10 V 2 断开 S 前 通过 L1的电流为 0 5 A 不变 而断开 S 的瞬间 通过 L1的电流突变为 1 A 且方向也发生变化 然后渐渐减小到零 所以它的图象应为如图 7 所示 t0为断开 S 的时 刻 注 从t0开始 电流持续的时间实际上一般是很短的 11 彩色电视机的电源输入端装有电源滤波器 其电路图如图 4 6 17 所示 元件 L1 L2 是两个电感线圈 它们的自感系数很大 F 是保险丝 R是压敏电阻 正常情况下阻 值很大 但电压超过设定值时 阻值会迅速变小 可以保护与其并联的元件 C1 C2 是电 容器 S 为电视机开关 在电视机正常工作时 若小明在没有断开开关 S 时 就拔去电源插 头 则以下说法正确的是 D 图 4 6 17 A F可能被熔断 B F一定被熔断 C C1可能被损坏 D C2可能被损坏 解析 先拔去电源插头 保险丝不形成回路 不会熔断 开关 S 未断开 由于自感作用 L中电流不会突变 在R两端产生高电压 R阻值迅速变小 C1两端电压迅速变小 C1不会 被损坏 高电压都加在C2上 C2可能被损坏 12 双选 如图 4 6 18 所示是一种延时开关 当 S1闭合时 电磁铁F将衔铁D吸下 C线路接通 当 S1断开时 由于电磁感应作用 D将延迟一段时间才被释放 则 BC 22 图 4 6 18 A 由于A线圈的电磁感应作用 才产生延时释放D的作用 B 由于B线圈的电磁感应作用 才产生延时释放D的作用 C 如果断开B线圈的开关 S2 无延时作用 D 如果断开B线圈的开关 S2 延时将变长 解析 B线圈的 S2闭合时 当 S1断开瞬间 通过B的磁场发生变化 B发生自感现象 磁场不会立即消失 故选 B C 13 D1 D2是两个完全相同的小灯泡 L是一个自感系数很大的线圈 其电阻值与电阻 R相同 如图 4 6 19 所示 在开关 S 接通或断开时 两灯亮暗的情况为 B 图 4 6 19 A S 刚接通时 D2比 D1亮 而后 D1灯亮度增强 最后两灯亮度相同 B S 刚接通时 D2比 D1暗 而后 D1灯亮度减弱 最后两灯亮度相同 C S 断开时 D2灯立即熄灭 D1灯闪亮一下才熄灭 D S 断开时 D1灯和 D2灯立即熄灭 解析 刚开始由于L的阻碍作用 使得L所在支路电流较小 D1中的电流相对较大 D2 中电流相对较小 稳定两并联部分结构相同 灯一样亮 断开时L为D1供电 所以不能立 即熄灭 因为不知道线圈电阻与灯的电阻的大小关系 C 不能确定D1是否更亮一下再熄灭 7 7 涡流 电磁阻尼和电磁驱动涡流 电磁阻尼和电磁驱动 一 单项选择题 1 磁电式仪表的线圈常常用铝框做骨架 把线圈绕在铝框上 而不用塑料做骨架 是 因为 C A 塑料材料的坚硬程度达不到要求 B 塑料是绝缘的 对线圈的绝缘产生不良影响 C 铝框是导体 在铝框和指针一块摆动过程中会产生涡流 使指针很快停止摆动 D 铝框的质量比塑料框的质量大 解析 主要是为了依靠电磁阻尼快速稳定 2 如图 4 7 7 所示 金属球 铜球 下端有通电的线圈 今把小球拉离平衡位置后释 放 此后关于小球的运动情况是 不计空气阻力 B 23 图 4 7 7 A 做等幅振动 B 做阻尼振动 C 振幅不断增大 D 无法判定 解析 小球在通电线圈磁场中运动 小球中产生涡流 故小球要受到安培力作用阻碍它 的相对运动做阻尼振动 3 如图 4 7 8 所示 用丝线悬挂闭合金属环 悬于O点 第一种情况是虚线左边有 匀强磁场 右边没有磁场 第二种情若整个空间都有向外的匀强磁场 金属环的摆动情况是 B 图 4 7 8 A 两种情况都经过相同的时间停下来 B 第一种先停下来 C 第二种先停下来 D 无法确定 解析 只有左边有匀强磁场 金属环在穿越磁场边界时 由于磁通量发生变化 环内一 定会有感应电流产生 根据楞次定律将会阻碍相对运动 所以摆动会很快停下来 这就是电 磁阻尼现象 当然也可以用能量守恒来解释 既然有电流产生 就一定有一部分机械能向电 能转化 最后电流通过导体转化为内能 若空间都有匀强磁场 穿过金属环的磁通量反而不 变化了 因此不产生感应电流 因此也就不会阻碍相对运动 摆动就不会很快停下来 4 弹簧上端固定 下端挂一只条形磁铁 使磁铁上下振动 磁铁的振动幅度不变 若 在振动过程中把线圈靠近磁铁 如图 4 7 9 所示 观察磁铁的振幅将会发现 A 图 4 7 9 A S 闭合时振幅逐渐减小 S 断开时振幅不变 B S 闭合时振幅逐渐增大 S 断开时振幅不变 C S 闭合或断开 振幅变化相同 D S 闭合或断开 振幅都不发生变化 解析 S 断开时 磁铁振动穿过线圈的磁通量发生变化 线圈中无感应电流 振幅不变 S 闭合时有感应电流 有电能产生 磁铁的机械能越来越少 振幅逐渐减少 A 正确 二 双项选择题 5 变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成 而不采用一整块硅钢 这是为了 BD A 增大涡流 提高变压器的效率 B 减小涡流 提高变压器的效率 C 增大涡流 减小铁芯的发热量 D 减小涡流 减小铁芯的发热量 24 解析 选用硅钢并互相绝缘的硅钢片制成铁芯的目的是减小涡流 减小发热 提高效 率 6 一根磁化的钢棒以速度v射入水平放置的固定的铜管内 v的方向沿管中心轴 不 计棒的重力和空气阻力 则在入射过程中 AB A 铜管的内能增加 B 钢棒的速率减小 C 钢棒的速率不变 D 钢棒的速率增大 解析 当磁化的钢棒射入铜管时 铜管中因磁通量增加而产生感应电流 铜管与钢棒 间的磁场力会阻碍其相对运动 使钢棒的机械能向电能转化 进而使铜管的内能增加 所以 答案 A B 正确 7 磁电式仪表的线圈通常用铝框做骨架 把线圈绕在铝框上 这样做的目的是 BC