物理3-2人教版精编习题含详解答案第四章第一节划时代的发现第二节探究感应电流的产生条件

第四章电磁感应第一节划时代的发现第二节探究感应电流的产生条件[学习目标]1.能理解什么是电磁感应现象．2.能记住产生感应电流的条件．3.会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验．4.能说出磁通量变化的含义．5.会利用电磁感应产生的条件解决实际问题．[学生用书P5]一、划时代的发现(阅读教材第2页至第3页)1．奥斯特梦圆“电生磁”1820年，丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针偏转，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．法拉第心系“磁生电”1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”现象．他把引起电流的原因概括为五类：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体．他把这些现象命名为电磁感应，产生的电流叫做感应电流．▏拓展延伸►———————————————————(解疑难)电流的磁效应与电磁感应的比较比较本质发现应用电流的磁效应电生磁奥斯特(丹麦)电动机、电磁铁电磁感应磁生电法拉第(英国)发电机、话筒1.(1)奥斯特发现了电流的磁效应；法拉第发现了电磁感应现象．()(2)库仑发现了点电荷的相互作用规律；密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值．()(3)安培发现了磁场对运动电荷的作用规律；洛伦兹发现了磁场对电流的作用规律．()提示：(1)√(2)√(3)×二、探究感应电流的产生条件(阅读教材第5页至第7页)1．探究导体棒在磁场中运动是否产生感应电流(如图)．实验操作实验现象(有无电流)分析论证导体棒静止无闭合电路包围的磁场面积变化时，电路中有感应电流产生；包围的磁场面积不变时，电导体棒平行无磁感线运动路中无感应电流产生导体棒切割磁感线运动有2.探究磁铁在线圈中运动是否产生感应电流(如图)．实验操作实验现象(有无电流)分析论证N极插入线圈有线圈中的磁场变化时，线圈中有感应电流产生；线圈中的磁场不变时，线圈中无感应电流产生N极停在线圈中无N极从线圈中抽出有S极插入线圈有S极停在线圈中无S极从线圈中抽出有3.模仿法拉第的实验(如图)．实验操作实验现象(线圈B中有无电流)分析论证开关闭合瞬间有线圈B中磁场变化时，线圈B中有感应电流产生；磁场不变时，线圈B中无感应电流产生开关断开瞬间有开关保持闭合，滑动变阻器滑片不动无开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片有4.感应电流产生的条件只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就会产生感应电流．▏拓展延伸►———————————————————(解疑难)穿过闭合电路的磁通量发生变化的四种情况B不变、S变例：闭合电路的一部分导体切割磁感线时B变、S不变例：线圈与磁体之间发生相对运动时B和S都变注意：此时可由ΔΦ＝Φt－Φ0计算并判断磁通量是否变化B和S大小都不变，但二者之间的夹角变例：线圈在磁场中转动时2.(1)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生．()(2)穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生．()(3)线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生．()提示：(1)×(2)×(3)√对Φ和ΔΦ的理解[学生用书P6]磁通量Φ和磁通量变化量ΔΦ是判断回路中有无感应电流的关键，通常以给出磁场和回路运动、变形等具体情况判断穿过回路的磁通量是否变化来考查此问题．———————————(自选例题，启迪思维)1.如图所示的线框abcd面积为S，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框平面成θ角，当线框以ab为轴顺时针转90°到虚线位置时，试求：(1)初末位置穿过线框的磁通量大小Φ1和Φ2；(2)磁通量的变化量ΔΦ.[思路探究](1)Φ1和Φ2的正负关系是怎样的？(2)线框平面在垂直于磁感线方向的投影面积是多大？[解析](1)法一：在初始位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S⊥＝Ssinθ，所以Φ1＝BSsinθ.在末位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S′⊥＝Scosθ.由于磁感线从反面穿入，所以Φ2＝－BScosθ.法二：如图所示，把磁感应强度B沿垂直于面积S和平行于面积S进行分解，得B上＝Bsinθ，B左＝Bcosθ所以Φ1＝B上S＝BSsinθ.Φ2＝－B左S＝－BScosθ.(2)开始时B与线框平面成θ角，穿过线框的磁通量Φ1＝BSsinθ；当线框平面按顺时针方向转动时，穿过线框的磁通量减少，当转动θ时，穿过线框的磁通量减少为零，继续转动至90°时，磁感线从另一面穿过，磁通量变为“负”值，Φ2＝－BScosθ.所以，ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BScosθ－BSsinθ＝－BS(cosθ＋sinθ)．[答案](1)BSsinθ－BScosθ(2)－BS(cosθ＋sinθ)2.如图所示，有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L＝0.20m的正方形，放在磁感应强度为B＝0.50T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直．若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形(横截面的周长不变)，在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？[思路探究](1)正方形变成圆形后，圆的半径如何求解？(2)磁通量的大小与匝数有关吗？(3)如何计算初末磁通量Φ1和Φ2?[解析]线圈横截面为正方形时的面积S1＝L2＝(0.20)2m2＝4.0×10－2m2穿过线圈的磁通量Φ1＝BS1＝0.50×4.0×10－2Wb＝2.0×10－2Wb横截面形状为圆形时，其半径r＝4L2π＝2Lπ横截面积大小S2＝π2Lπ2＝425πm2穿过线圈的磁通量Φ2＝BS2＝0.50×425πWb≈2.55×10－2Wb所以，磁通量的变化ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0)×10－2Wb＝5.5×10－3Wb.[答案]5.5×10－3Wb3.如图所示，一矩形线框从abcd位置移到a′b′c′d′位置的过程中，关于穿过线框的磁通量情况，下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动)()A．一直增加B．一直减少C．先增加后减少D．先增加，再减少直到零，然后再增加，然后再减少[解析]离导线越近，磁场越强，当线框从左向右靠近导线的过程中，穿过线框的磁通量增大，当线框跨在导线上向右运动时，磁通量减小，当导线在线框正中央时，磁通量为零，从该位置向右，磁通量又增大，当线框离开导线向右运动的过程中，磁通量又减小；故A、B、C错误，D正确，故选D.[答案]D[借题发挥]磁通量虽有正负之分，但却是标量；磁通量Φ和磁通量的变化量ΔΦ与匝数无关；当线圈所围面积大于磁场区域时，以磁场区域的面积为准．感应电流有无的判断[学生用书P7]感应电流有无的判断方法(1)明确电路是否为闭合电路．(2)判断穿过回路的磁通量是否发生变化．———————————(自选例题，启迪思维)1.(2015·潍坊高二检测)如图所示，竖直闭合矩形线框abcd与竖直通电导线MN紧靠在一起且相互绝缘，边ab、cd关于MN对称．线框中能产生感应电流的是()A．MN中电流变大B．线框向右平动C．线框向下平动D．线框以MN为轴转动[思路探究](1)画出通电直导线MN的磁场分布平面图．(2)图示位置线框abcd的磁通量是多少？[解析]图示位置时线框中磁通量为0，无论电流增加还是减小，线框中磁通量始终为0，即线框中磁通量不变，无感应电流产生，A错误；线框向右平动时，线框中磁通量增大，有感应电流产生，所以B正确；当线框向下平动或线框以MN为轴转动，线框中磁通量始终为0，磁通量不变，无感应电流产生，C、D错误．[答案]B2.如图所示，矩形线框有一半在匀强磁场中，若要使线框中有感应电流，下列做法中可行的是()A．将线框向左平移B．以ab边为轴转动90°C．以ad边为轴转动60°D．以bc边为轴转动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，所以线框中产生感应电流，故A正确；当线框以ab边为轴转动时，线框的cd边右半段在做切割磁感线运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流，B正确；当线框以ad边为轴转动(小于60°)，穿过线框的磁通量在减少，所以在转动过程中产生感应电流，选项C正确；当线框以bc边为轴转动时，如果转动角小于60°，则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积)，D错误．故选ABC.[答案]ABC3.如图所示装置，在下列各种情况中，能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是()A．开关S接通的瞬间B．开关S接通后，电路中电流稳定时C．开关S接通后，滑动变阻器触头滑动的瞬间D．开关S断开的瞬间[解析]通电螺线管相当于电磁铁，当开关接通瞬间，螺线管产生了磁场，闭合线圈A磁通量从无到有，发生了变化，所以产生感应电流，A项对；开关断开瞬间，A中磁通量从有到无，发生了变化，有感应电流产生，D项对；开关S接通后，电流稳定时，A中有磁通量，但磁通量没有变化，所以不会有感应电流产生，B项错误；当滑动变阻器触头滑动时，电流改变．通电螺线管的磁场改变，A中磁通量也随之改变，有感应电流产生，C项对；正确答案为ACD.[答案]ACD[名师点评]判断是否产生感应电流，关键要分析穿过闭合电路的磁通量是否发生变化，而对于第1小题来说，首先必须弄清楚通电直导线的磁感线分布情况；如果是立体图，我们经常还得把它转化成平面图，比如转化成俯视图、侧视图等．[学生用书P8]典型问题——计算磁通量时应注意的问题对磁通量及其公式的理解，应注意以下三个问题：(1)磁通量的大小与匝数无关，即Φ≠NBS.(2)Φ＝BS中的S应指闭合回路中处于磁场中的那部分的有效面积．(3)某一面内的磁感线既有穿出，又有穿进，则穿过该面的合磁通量为净磁感线的条数．[范例]如图所示，a、b是两个同平面、同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过圆环且与两环平面垂直，则穿过两圆环的磁通量Φa、Φb的大小关系为()A．ΦaΦbB．ΦaΦbC．Φa＝ΦbD．不能比较[解析]条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是：①磁铁内外磁感线的条数相同；②磁铁内外磁感线的方向相反；③磁铁外部磁感线的分布是两端密、中间疏．两个同心放置的同平面的金属圆环与磁铁垂直且磁铁在中央时，通过其中的磁感线的俯视图如图所示，穿过圆环的磁通量Φ＝Φ进－Φ出，由于两圆环面积SaSb，两圆环的Φ进相同，而Φ出aΦ出b，所以穿过两圆环的有效磁通量ΦaΦb，故A正确．[答案]A如图所示，abcd和ABCD是两个正方形闭合金属线框，abcd的边长是ABCD边长的12.在正方形abcd内部有垂直于纸面向里的匀强磁场，那么线框ABCD的磁通量Φ1和abcd的磁通量Φ2相比较()A．Φ1Φ2B．Φ1Φ2C．Φ1＝Φ2D．不能确定解析：选C.对于穿过闭合回路的磁通量，S是指闭合导体回路中包含磁场的那部分有效面积，所以两者的有效面积是相同的，磁通量也是相同的，Φ1＝Φ2，答案选C.[学生用书P9][随堂达标]1．(2015·苏州中学高二检测)许多科学家在物理学发展过程中做出了重要贡献，下列说法中不．正确的是()A．奥斯特发现了电流的磁效应，首次揭开了电与磁的联系B．法拉第发现电磁感应现象，开辟了人类的电气化时代C．楞次首先提出磁场对运动电荷有力的作用D．库仑总结并确认了真空中两个静止电荷之间的相互作用规律解析：选C.奥斯特发现的电流的磁效应表明了电能生磁，A是正确的；法拉第发现的电磁感应现象表明磁能生电，B正确；洛伦兹首先提出磁场对运动电荷有力的作用，即洛伦兹力，所以C项是错误的；库仑总结并确认了真空中两静止电荷之间的相互作用规律，即库仑定律，D项正确．故不正确的选项为C.2．如图所示，矩形线框abcd放置在水平面内，磁场方向与水平方向成α角，已知sinα＝4/5，回路面积为S，磁感应强度为B，则通过线框的磁通量为()A．BSB．4BS/5C．3BS/5D．3BS/4解析：选B.在磁通量Φ＝BS公式中，B与S必须垂直，若B与S不垂直，则S要转化为垂直于B的有效面积，也可以将B转化为垂直于S的垂直分量，故Φ＝BSsinα＝