电磁感应单元测试(答案及解析)

2015—2016学年度第二学期高二物理第一单元考试卷

电磁感应

一、单项选择题(本题共6小题，每小题4分，共24分。每小题只有一个选项正确)

1．下列现象中属于电磁感应现象的是()

A．磁场对电流产生力的作用

B．变化的磁场使闭合电路中产生电流

C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化

D．电流周围产生磁场

解析：磁场对电流产生力的作用属于通电导线在磁场中的受力情况；插在通电螺线管中的软铁棒被磁化属于电流的磁效应；电流周围产生磁场属于电流的磁效应；而变化的磁场使闭合电路中产生电流属于电磁感应现象。故正确答案为B。

答案：B

2．如图1所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场，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°)

图1 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边为轴转动时，线框的cd边的右半段在做切割磁感线的运动，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。

当线框以ad边为轴转动(小于60°)时，穿过线框的磁通量在减小，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(60°～300°)。

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(其值为磁感应强度与矩形面积的一半的乘积)。

答案：D

3．关于磁通量的概念，以下说法中正确的是()

A ．磁感应强度越大，穿过闭合回路的磁通量也越大

B ．磁感应强度越大，线圈面积越大，则磁通量也越大

C ．穿过线圈的磁通量为零，但磁感应强度不一定为零

D ．磁通量发生变化，一定是磁场发生变化引起的

解析：穿过闭合回路的磁通量大小取决于磁感应强度、回路所围面积以及两者夹角三个因素，所以只了解其中一个或两个因素无法确定磁通量的变化情况，A 、B 项错误；同样由磁通量的特点，也无法判断其中一个因素的情况，C 项正确，D 项错误。

答案：C

4．根据楞次定律知感应电流的磁场一定是

( )

A ．阻碍引起感应电流的磁通量

B ．与引起感应电流的磁场方向相反

C ．阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化

D ．与引起感应电流的磁场方向相同

解析：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。 答案：C

5．穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒均匀地减少2 Wb ，则

( )

A ．线圈中感应电动势每秒增加2 V

B ．线圈中感应电动势每秒减小2 V

C ．线圈中无感应电动势

D ．线圈中感应电动势大小不变

解析：因线圈的磁通量均匀变化，所以磁通量的变化率ΔΦ

Δt

为一定值，又因为是单匝线圈，据E ＝ΔΦ

Δt

可知选项D 正确。

答案：D

6．如图2所示，一个半径为L 的半圆形硬导体AB 以速度v ，在水平U 型框架上匀速滑动，匀强磁场的磁感应强度为B ，回路电阻为R 0，半圆形硬导体AB 的电阻为r ，其余电阻不计，则半圆形导体AB 切割磁感线产生感应电动势的大小及AB 之间的电势差分别为( )

A ．BL v ；BL v R 0

R 0＋r B ．2BL v ；BL v

C ．2BL v ；

2BL v R 0

R 0＋r

D ．BL v ；2BL v

解析：半圆形导体AB 切割磁感线的有效长度为2L ，对应的电动势为E ＝2BL v ，AB

图2

间的电势差U AB ＝E

R 0＋r R 0＝2BL v R 0R 0＋r

，故C 正确。

答案：C

二、多项选择题(本题共6小题，每小题6分，共36分。每小题至少有一个选项正确) 7.如图3所示，线圈abcd 在磁场区域ABCD 中，下列哪种情况下线圈中有感应电流产生

( )

A ．把线圈变成圆形(周长不变)

B ．使线圈在磁场中加速平移

C ．使磁场增强或减弱

D ．使线圈以过ab 的直线为轴旋转

解析：选项A 中，线圈的面积变化，磁通量变化，故A 正确；选项B 中，无论线圈在磁场中匀速还是加速平移，磁通量都不变，故B 错；选项C 、D 中，线圈中的磁通量发生变化，故C 、D 正确。

答案：ACD

8.如图4所示，“U”形金属框架固定在水平面上，金属杆ab 与框架间无摩擦。整个装置处于竖直方向的磁场中。若因磁场的变化，使杆ab 向右运动，则磁感应强度 ( )

A ．方向向下并减小

B ．方向向下并增大

C ．方向向上并增大

D ．方向向上并减小

解析：因磁场变化，发生电磁感应现象，杆ab 中有感应电流产生，而使杆ab 受到磁场力的作用，并发生向右运动。而杆ab 向右运动，使得闭合回路中磁通量有增加的趋势，说明原磁场的磁通量必定减弱，即磁感应强度正在减小，与方向向上、向下无关。

答案：AD

9.某空间出现了如图5所示的一组闭合电场线，方向从上向下看是顺时针的，这可能是

( )

A ．沿A

B 方向磁场在迅速减弱 B ．沿AB 方向磁场在迅速增强

C ．沿BA 方向磁场在迅速增强

D ．沿BA 方向磁场在迅速减弱

解析：感生电场的方向从上向下看是顺时针的，假设在平行感生电场的方向上有闭合回路，则回路中的感应电流方向从上向下看也应该是顺时针的，由右手螺旋定则可知，感应电

图4

图5

图3

流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，原磁场有两种可能：原磁场方向向下且沿AB 方向减弱，或原磁场方向向上，且沿BA 方向增强，所以A 、C 有可能。

答案：AC 10．下列说确的是

( )

A ．当线圈中电流不变时，线圈中没有自感电动势

B ．当线圈中电流反向时，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相反

C ．当线圈中电流增大时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反

D ．当线圈中电流减小时，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反

解析：由法拉第电磁感应定律可知，当线圈中电流不变时，不产生自感电动势，A 对；当线圈中电流反向时，相当于电流减小，线圈中自感电动势的方向与线圈中原电流的方向相同，B 错；当线圈中电流增大时，自感电动势阻碍电流的增大，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相反，C 对；当线圈中电流减小时，自感电动势阻碍电流的减小，线圈中自感电动势的方向与线圈中电流的方向相同，D 错。

答案：AC

11.高频焊接原理示意图，如图6所示，线圈通以高频交流电，金属工件的焊缝中就产生大量焦耳热，将焊缝熔化焊接，要使焊接处产生的热量较大可采用 ( )

A ．增大交变电流的电压

B ．增大交变电流的频率

C ．增大焊接缝的接触电阻

D ．减小焊接缝的接触电阻

解析：增大交变电流的电压和交变电流的频率均可使电流的变化率增大，由E ＝n

ΔΦ

Δt 知，感应电动势和涡流均增大，焊接处的发热功率增大，若增大焊接缝的接触电阻，则焊接处的电压、功率分配就越大，产生的热量就会越大，故A 、B 、C 均正确，D 错误。

答案：ABC

12.如图7所示，闭合金属导线框放置在竖直向上的匀强磁场中，匀强磁场的磁感应强度的大小随时间变化。下列说确的是

( )

A ．应电流可能减小

B ．当磁感应强度增加时，线框中的感应电流一定增大

C ．当磁感应强度减小时，线框中的感应电流一定增大

D ．当磁感应强度减小时，线框中的感应电流可能不变

图6

图7

解析：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小由磁通量的变化率来决定，磁感应强度增加或减小时，磁通量的变化率均可能增加、减小或者不变，所以线框中的感应电流可能增加，可能减小，可能不变，A 、D 正确。

答案：AD

三、非选择题(本题共4小题，共46分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤，有数值计算的要注明单位)

13.（8分）在研究电磁感应现象实验中。

（1）为了能明显地观察到实验现象，请在如图所示的实验器材中，用实线连接成相应的实物电路图。

（2）将原线圈插入副线圈中，闭合电键，副线圈中感应电流与原线圈中电流的绕行方向相同的实验操作是

（ ）

（A ）插入软铁棒 （B ）拔出副线圈

（C ）使变阻器阻值变大 （D ）断开电键

13． （1）见右图（4分）（2）BCD （4分）

14．如图8所示，有一夹角为θ的金属角架，角架所围区域存在匀强磁场，磁场的磁

感强度为B ，方向与角架所在平面垂直，一段直导

线ab ，从顶角c 贴着角架以速度v 向右匀速运动。求： (1)t 时刻角架的瞬时感应电动势； (2)t 时间角架的平均感应电动势。

解析：(1)ab 杆向右运动的过程中切割磁感线，构成回路的长度不断变大，感应电动势的大小不断变化。在t 时间设位移为x ，则x ＝v t ①

切割长度L ＝x tan θ ② E ＝BL v

③ 联立①②③得E ＝B v 2t tan θ

④ (2)由法拉第电磁感应定律得E ＝ΔΦ

Δt

⑤ ΔΦ＝S ·B ＝1

2

x ·L ·B

⑥

联立①②⑤⑥得E ＝1

2B v 2t tan θ。

答案：(1)B v 2t tan θ (2)1

2B v 2t tan θ

电源 G

图8

12.如图9所示，两根足够长的金属导轨ab 、cd 竖直放置，导轨间距离为L ，电阻不计。在导轨上端并接两个额定功率均为P 、电阻均为R 的小灯泡。整个系统置于匀强磁场中，磁感应强度方向与导轨所在平面垂直。现将一质量为m 、电阻可以忽略的金属棒MN 从图示位置由静止开始释放。金属棒下落过程中保持水平，且与导轨接触良好。已知某时刻后两灯泡保持正常发光。重力加速度为g 。求： (1)磁感应强度的大小；

(2)灯泡正常发光时导体棒的运动速率。

解析：(1)设小灯泡的额定电流为I 0，有 P ＝I 20R ①

由题意，在金属棒沿导轨竖直下落的某时刻后，小灯泡保持正常发光，流经MN 的电流为

I ＝2I 0 ②

此时金属棒MN 所受的重力和安培力相等，下落的速度达到最大值，有 mg ＝BLI ③ 联立①②③式得 B ＝mg 2L

R

P

(2)设灯泡正常发光时，导体棒的速率为v ，由电磁感应定律与欧姆定律得 E ＝BL v ⑤ E ＝RI 0 ⑥ 联立①②④⑤⑥式得 v ＝2P

mg ⑦ 答案：(1)mg

2L

R P (2)2P mg 4．如图10甲所示，一个电阻值为R ，匝数为n 的圆形金属线圈与阻值为2R 的电阻R 1连接成闭合回路。线圈的半径为r 1。在线圈中半径为r 2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B 随时间t 变化的关系图线如图乙所示，图线与横、纵轴的截距分别为t 0和B 0。导线的电阻不计，求0至t 1时间

图9

图10

(1)通过电阻R 1上的电流大小及方向。 (2)通过电阻R 1上的电荷量q 。

解析：(1)由法拉第电磁感应定律得感应电动势为

E ＝n ΔΦΔt ＝n πr 22ΔB Δt ＝n πB 0r 2

2t 0

由闭合电路的欧姆定律，得通过R 1的电流大小为

I ＝E 3R ＝n πB 0r 223Rt 0

由楞次定律知该电流由b 向a 通过R 1。 (2)由I ＝q

t 得在0至t 1时间通过R 1的电量为 q ＝It 1＝n πB 0r 22t 1

3Rt 0

。

答案：(1)n πB 0r 2

23Rt 0 电流由b 向a 通过R 1

(2)n πB 0r 22t 13Rt 0