2020学年高中物理第四章电磁感应课时提升作业一探究感应电流的产生条件

2020学年高中物理第四章电磁感应课时提升作业一探究感应电流的产生条件

课时提升作业 一 划时代的发现　探究感应电流的产生条件 ‎ ‎(40分钟　100分)‎ 一、选择题(本题共8小题,每小题7分,共56分)‎ ‎1.首先发现电流的磁效应和电磁感应的物理学家分别 是 (　　)‎ A.安培和法拉第　 B.法拉第和楞次 C.奥斯特和安培　　 D.奥斯特和法拉第 ‎【解析】选D。1820年,丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应,1831年,英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象,选项D正确。‎ ‎2.如图所示,大圆导线环A中通有电流,方向如图所示,另在导线环A所在的平面内画一个圆B,它的一半面积在A环内,另一半面积在A环外,则穿过B圆内的磁通量 (　　)‎ A.为零　　　 B.垂直向里 C.垂直向外　 D.条件不足,无法判断 ‎【解析】选B。本题实际上是考查环形电流的磁感线分布:中心密,外部稀疏,所以,穿过B圆的总磁通量是向里的,故选B。‎ ‎3.下图中能产生感应电流的是 (　　)‎ ‎【解析】选B。根据产生感应电流的条件:A中,电路没闭合,无感应电流;B中,面积增大,闭合电路的磁通量增大,有感应电流;C中,穿过线圈的磁感线相互抵消,Φ恒为零,无感应电流;D中,磁通量不发生变化,无感应电流。故选B。‎ ‎【补偿训练】‎ ‎(多选)在如图所示的各图中,闭合线框中能产生感应电流的是 (　　)‎ ‎【解析】选A、B。A、B选项中,线框中磁通量发生变化,能产生感应电流。C选项中,线框磁通量一直为零,D选项中,线框磁通量保持不变,故C、D选项中不能产生感应电流。‎ ‎4.在一部小说中描述了这样一种窃听电话的方法:窃贼将并排在一起的电话线分开,在其中一根电话线的旁边铺设一条两端分别与窃听器连接的导线,这条导线与电话线是绝缘的,如图所示,下列说法中正确的是 (　　)‎ A.可以窃听到电话,因为电话中的电流流进了窃听器 B.可以窃听到电话,因为电话中的电流在发生变化,在窃听电路中引起了感应电流 C.不能窃听到电话,因为窃听器的导线没有与电话线连在一起 D.不能窃听到电话,因为窃听器的导线与电话线是绝缘的 ‎【解析】选B。因为电话中的电流在发生变化,在窃听电路中引起了感应电流,故选项B正确,A、C、D错误。‎ ‎5.(多选)如图所示,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,则以下措施使该金属弹簧中产生电磁感应现象的是 (　　)‎ 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 ‎【解析】选A、B。磁场不变,线圈平面与磁场方向的夹角也不变,若面积大小变化,穿过线圈的磁通量就变化,线圈中就会产生电磁感应现象,反之,就不会产生电磁感应现象。周长不变,圆形变成方形或三角形,面积肯定发生变化,就会产生电磁感应现象。故选项A、B正确,C、D错误。‎ ‎【总结提升】引起磁通量变化的途径 ‎(1)磁感应强度B发生变化。‎ ‎(2)线圈的面积S发生变化。‎ ‎(3)磁感应强度B和线圈的面积S都发生变化。‎ ‎(4)磁感应强度B和线圈的面积S的夹角发生变化。‎ ‎6.如图所示为感应式发电机,a、b、c、d是空间四个可用电刷与铜盘边缘接触的点,O1、O2是铜盘轴线导线的接线端,M、N是电流表的接线端。现在将铜盘转动,能观察到感应电流的是 (　　)‎ A.将电流表的接线端M、N分别连接a、c位置 B.将电流表的接线端M、N分别连接O1、a位置 C.将电流表的接线端M、N分别连接O1、O2位置 D.将电流表的接线端M、N分别连接c、d位置 ‎【解析】选B。当铜盘转动时,其切割磁感线产生感应电动势,此时铜盘相当于电源,铜盘边缘和中心相当于电源的两个极,则要想观察到感应电流,M、N分别连接电源的两个极即可,故可知只有B项正确。‎ ‎7.绕在同一铁芯上的线圈Ⅰ、Ⅱ按如图所示方法连接,G为电流计,则(　　)‎ A.保持开关S闭合状态,G的示数不为零 B.开关S闭合瞬间,G的示数不为零 C.保持开关S闭合状态,改变变阻器R0滑动触头的位置,G的示数为零 D.断开开关S的瞬间,G的示数为零 ‎【解析】选B。开关闭合瞬间,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的磁通量从无到有,线圈Ⅱ中产生感应电流,电流计G有示数,B正确;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,A错误;开关闭合稳定后,来回移动滑动变阻器的滑片,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,C错误;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,D错误。‎ ‎8.(多选)如图所示,用导线做成圆形或正方形回路,这些回路与一直导线构成几种位置组合(彼此绝缘),下列组合中,切断直导线中的电流时,闭合回路中会有感应电流产生的是 (　　)‎ ‎【解析】选C、D。利用安培定则判断直线电流产生的磁场,其磁感线是一些以直导线为轴的无数组同心圆,即磁感线所在平面均垂直于导线,且直线电流产生的磁场分布情况是:靠近直导线处磁场强,远离直导线处磁场弱。所以,A中穿过圆形线圈的磁通量如图甲所示,其有效磁通量为ΦA=Φ出-Φ进=0,且始终为0,即使切断导线中的电流,ΦA也始终为0,A中不可能产生感应电流。B中线圈平面与导线的磁场平行,穿过B的磁通量也始终为0,B中也不能产生感应电流。C中穿过线圈的磁通量如图乙所示,Φ进>Φ出,即ΦC≠0,当切断导线中的电流后,经过一定时间,穿过线圈的磁通量ΦC减小为0,所以C中有感应电流产生。D中线圈的磁通量ΦD不为0,当电流切断后,ΦD最终也减小为0,所以D中也有感应电流产生。‎ 二、非选择题(本题共2小题,共44分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要注明单位)‎ ‎9. (10分)如图所示,环形金属软弹簧套在条形磁铁的中心位置,若将弹簧沿半径向外拉,使其面积增大,则穿过弹簧所包围面积的磁通量变化情况是________,环内________(选填“有”或“无”)感应电流。‎ ‎【解析】弹簧所围成面积的磁通量是条形磁铁内部的磁感线的条数与条形磁铁外部(弹簧所围成面积内)的磁感线条数之差,这个差值等于弹簧所围面积的外部磁感线条数。所以当弹簧沿半径向外拉,使其面积增大,则穿过弹簧所包围面积的磁通量减小;‎ 由于环形金属软弹簧是闭合的,穿过弹簧所包围面积的磁通量减小,故有感应电流产生。‎ 答案:减小　有 ‎10. (34分)矩形线框abcd的边长分别为l1、l2,可绕它的一条对称轴OO′转动,匀强磁场的磁感应强度为B,方向与OO′垂直,初位置时线圈平面与B平行,如图所示。‎ ‎(1)初位置时穿过线框的磁通量Φ0为多少?‎ ‎(2)当线框沿如图所示方向绕过60°时,磁通量Φ2为多少?‎ 这一过程中磁通量的变化ΔΦ1为多少?‎ ‎(3)当线框绕轴沿图示方向由(2)问中的位置再转过60°位置时,磁通量Φ2为多少?这一过程中ΔΦ2=Φ3-Φ2为多少?‎ ‎【解析】本题的关键是分析矩形线框的平面是否与B垂直,只有垂直时才能应用Φ=B·S,不垂直时可把面积沿与B垂直方向投影,为能清晰地观察面积与B夹角的情况,可作出其俯视图如图所示。‎ ‎(1)当处于如图所示ad位置时,从俯视图可看出没有磁感线穿过矩形线框,故 Φ0=0。‎ ‎(2)当绕轴(从上往下看)沿逆时针方向转动60°到a′d′位置时,线框与B的夹角θ=60°。‎ 所以Φ2=B·Ssin 60°=Bl1l2‎ ΔΦ1=Φ2-Φ0= Bl1l2。‎ ‎(3)当再由a′d′位置逆时针转60°时,到a″d″,这时线框与B方向成120°角。‎ 所以Φ2=B·Ssin 120°=Bl1l2,‎ ΔΦ2=Φ3-Φ2=Bl1l2-Bl1l2=0。‎ 答案:(1)0　(2)Bl1l2　 Bl1l2　(3)Bl1l2　0‎ ‎【能力挑战区】‎ ‎1.法拉第把两个线圈绕在一个铁环上,如图甲所示,线圈A的电路在开关S接触或断开的瞬间,线圈B中产生瞬时电流。法拉第发现,铁环并不是必需的,拿走铁环,再做这个实验,电磁感应现象仍然发生。只是线圈B中的电流弱些,如图乙所示。思考:‎ ‎(1)为什么在开关断开和闭合的瞬间线圈B中有感应电流产生?‎ ‎(2)开关断开或者闭合以后线圈B中还有电流产生吗?‎ ‎(3)你能否由此总结出产生感应电流的条件?‎ ‎【解题指南】(1)铁环的作用是使磁通量及其变化大。‎ ‎(2)产生关于电流的条件是电路闭合和穿过电路的磁通量变化。‎ ‎【解析】(1)开关断开和闭合时,A电路中电流发生变化,从而使A线圈产生的磁场发生变化,穿过B线圈的磁通量发生变化,从而使B中产生感应电流。‎ ‎(2)当开关断开或闭合后,A电路稳定,周围的磁场不发生变化,穿过B线圈的磁通量不变化,B线圈中无感应电流产生。‎ ‎(3)产生感应电流需两个条件:①闭合电路;②磁通量 发生变化。‎ 答案:见解析 ‎2. 如图所示,线圈A中接有电源,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 产生的磁场要穿过线圈B,线圈A是环形电流,其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,所包围的内面积上的磁感线密度大,外围面积上的磁感线密度小,对线圈B与A重合的一半面积上向外的磁通量大于另一半面积上向内的磁通量,因此线圈B所包围的总磁通量不为零,而是方向向外,也就是说在开关S闭合的瞬间,穿过线圈B的磁通量增加,所以有感应电流。‎ 答案:有感应电流 ‎【补偿训练】‎ 如图所示,要使L1回路中有感应电流,问下列几种情况下是什么原因导致的?‎ ‎(1)接通开关S的瞬间。‎ ‎(2)接通开关S后,将滑片P向左滑动。‎ ‎(3)接通开关S后,将软铁芯插入L2中。‎ ‎【解析】(1)接通开关S的瞬间,L2中的电流从无到有,使L1中的磁通量发生变化,产生感应电流。‎ ‎(2)接通开关S以后,将滑片P向左滑动,使L2电路中的电阻变大,电流减小,线圈L2中的磁场变弱,引起穿过L1中的磁通量减少,产生感应电流。‎ ‎(3)接通开关S后,将软铁芯插入L2中,使L2中的磁场增强,引起L1中的磁通量增加,产生感应电流。‎ 答案:见解析