高中物理粤教版（2019）必修第三册第六章电磁现象与电磁波-第三节电磁感应现象优化练习

高中物理粤教版（2019）必修第三册第六章电磁现象与电磁波-第三节电磁感应 现象优化练习 一、单选题 1.下列现象中，属于电磁感应现象的是（ ） A. 通电线圈在磁场中转动 B. 因闭合线圈在磁场中运动而产生电流 C. 磁铁吸引小磁针 D. 小磁针在通电导线附近发生偏转 2.据新闻报道：2020 年 5 月 16 日，广西玉林一在建工地发生了一起事故，一施工电梯突然失控从高处坠落， 此次电梯坠落事故导致了一些人员伤亡。为了防止类似意外发生，某课外研究性学习小组积极投入到如何 防止电梯坠落的设计研究中，所设计的防止电梯坠落的应急安全装置如图所示，在电梯轿厢上安装上永久 磁铁，电梯的井壁上铺设线圈，该学习小组认为能在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。关于该装置，下 列说法正确的是（ ） A. 该小组设计原理有问题，当电梯突然坠落时，该装置不可能起到阻碍电梯下落的作用 B. 当电梯突然坠落时，该安全装置可使电梯停在空中 C. 当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，闭合线圈 A、B 中电流方向相反 D. 当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，已经穿过 A 闭合线圈，所以线圈 A 不会阻碍电梯下落，只有闭 合线圈 B 阻碍电梯下落 3.老师做了一个物理小实验让学生观察：一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆克绕中心点自由转动，老师 拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，同学们看到的现象是（ ） A. 磁铁插向左环，横杆发生转动 B. 磁铁插向右环，横杆发生转动 C. 无论磁铁插向左环还是右环，横杆都不发生转动 D. 无论磁铁插向左环还是右环，横杆都发生转动 4.如图所示，在载流直导线近旁固定有两平行光滑导轨 A、B ， 导轨与直导线平行且在同一水平面内，在 导轨上有两可自由滑动的导体 ab 和 cd ． 当载流直导线中的电流逐渐增强时，导体 ab 和 cd 的运动情况是 （ ） A. 一起向左运动 B. 一起向右运动 C. 相背运动，相互远离 D. 相向运动，相互靠近 5.如图所示，在垂直于纸面的范围足够大的匀强磁场中，有一个矩形线圈 abcd，线圈平面与磁场垂直，O1O2 和 O3O4 都是线圈的对称轴，应使线圈怎样运动才能使其中产生感生电流？（ ） A. 向左平动 B. 向上或向下平动 C. 向右平动 D. 绕 O1O2 转动 6.如图所示电路中，线圈 L 与灯泡 LA 并联，当合上开关 S 后灯 LA 正常发光．已知，线圈 L 的电阻小于灯泡 LA 的电阻．则下列现象可能发生的是( ) A. 当断开 S 时，灯泡 LA 立即熄灭 B. 当断开 S 时，灯泡 LA 突然闪亮一下，然后逐渐熄灭 C. 若把线圈 L 换成电阻，断开 S 时，灯泡 LA 逐渐熄灭 D. 若把线圈 L 换成电阻，断开 S 时，灯泡 LA 突然闪亮一下，然后逐渐熄灭 7.如图所示，有一正方形闭合线圈，在足够大的匀强磁场中运动。下列四个图中能产生感应电流的是（ ） A. B. C. D. 8.如图所示，无限大磁场的方向垂直于纸面向里，A 图中线圈在纸面内由小变大(由图中实线矩形变成虚线矩 形)，B 图中线圈正绕 a 点在平面内旋转，C 图与 D 图中线圈正绕 OO′轴转动，则线圈中不能产生感应电流的 是( ) A. B. C. D. 9.如图所示，4 匝矩形线圈 abcd，ab＝1m，bc＝0.5m，其总电阻 R＝2Ω，线圈绕 OO′轴在匀强磁场中匀速转 动，磁感应强度 B＝1T，角速度ω＝20rad/s，当线圈由图示位置开始转过 30°时，线圈中的电流强度为（ ） A. 20A B. 0A C. 10A D. 17.3A 10.在如图所示的四种磁场情况中能产生恒定的感生电场的是( ) A. B. C. D. 11.闭合线圈放在磁场中，磁场方向垂直于线圈平面，因磁场变化而发生电磁感应现象，则( ) A. 穿过线圈的磁通量越大，产生的感应电动势越大 B. 穿过线圈的磁通量变化量越大，产生的感应电动势越大 C. 穿过线圈的磁通量变化率越大，产生的感应电动势越大 D. 穿过线圈的磁感线条数越多，产生的感应电动势越大 12.平行闭合线圈的匝数为 n，所围面积为 S，总电阻为 R，在Δt 时间内穿过每匝线圈的磁通量变化为ΔΦ， 则通过导线某一截面的电荷量为（ ） A. . B. . C. . D. . 二、填空题 13.发现电流的周围空间存在磁场的物理学家是________；英国物理学家________发现了电磁感应现象；法 国物理学家________提出分子电流假说，揭示了磁现象的电本质。 14.如图所示，L 是一电阻可以忽略不计的电感线圈，a、b 为 L 上的左右两个端点，A、B、C 为完全相同的 三个灯泡，原来开关 S 是闭合的，三个灯泡均在发光，某时刻将开关 S 断开，则 a 点的电势________b 点（填 “高于”、“低于”或“等于”），B、C 两灯发生的现象为________． 15.如图为“研究电磁感应现象”的实验装置．如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏转了一下，那 么合上电键稳定后可能出现的情况有： A．将 A 线圈迅速拔出 B 线圈时，灵敏电流计指针将向________偏转（填“左”或“右”）； B．A 线圈插入 B 线圈后，将滑动变阻器触头迅速向左滑动时，灵敏电流计指针将向________偏转（填“左” 或“右”）． 16.如图所示，一无限长通电直导线固定在光滑水平面上，金属环质量为 0.02kg，在该平面上以 v0=2m/s、与 导线成 60°角的初速度运动，其最终的运动状态是________ ，环中最多能产生________ J 的电能。 三、综合题 17.如图所示，水平放置的平行金属导轨，相距 l=0.50m，左端接一电阻 R=0.20Ω，磁感应强度 B=0.40T 的匀 强磁场方向垂直于导轨平面，导体棒 ac 垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻 均可忽略不计，当 ac 以 v=4.0m/s 的速度水平向右匀速滑动时，求： （1）ac 棒中感应电动势的大小； （2）维持 ac 棒做匀速运动的水平外力 F 的功率大小． 18.如图所示，一质量为 m=0.016kg、长 L=0.5m、宽 d=0.1m、电阻 R=0.1Ω的矩形线圈，从 h1=5m 的高处由 静止开始下落，然后进入匀强磁场，当下边进入磁场时，由于磁场力的作用，线圈正好作匀速运动． （1）求匀强磁场的磁感应强度 B． （2）如果线圈的下边通过磁场所经历的时间 t=0.15s，求磁场区域的高度 h2 ． （3）求线圈的下边刚离开磁场的瞬间，线圈的加速度的大小和方向． （4）从线圈的下边进入磁场开始到线圈下边离开磁场的时间内，在线圈中产生的焦耳热是多少？ 19.如图所示，两根足够长的光滑平行直导轨 AB、CD 与水平面成θ角放置，两导轨间距为 L，A、C 两点间接 有阻值为 R 的定值电阻．一根质量为 m、长也为 L 的均匀直金属杆 ef 放在两导轨上，并与导轨垂直．整套 装置处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向上，导轨和金属杆接触良好，金属杆 ef 的电阻为 r，其余部分电阻不计．现让 ef 杆由静止开始沿导轨下滑． （1）求 ef 杆下滑的最大速度 vm ． （2）已知 ef 杆由静止释放至达到最大速度的过程中，ef 杆沿导轨下滑的距离为 x，求此过程中定值电阻 R 产生的焦耳热 Q 和在该过程中通过定值电阻 R 的电荷量 q． 参考答案 1.【答案】 B 【解析】A．通电线圈在磁场中转动不属于电磁感应现象，A 不符合题意； B．因闭合线圈在磁场中运动而产生电流属于电磁感应现象，B 符合题意； C．磁铁吸引小磁针不属于电磁感应现象，C 不符合题意； D．小磁针在通电导线附近发生偏转不是电磁感应现象，D 不符合题意。 故答案为：B。 2.【答案】 C 【解析】A．若电梯突然坠落时，线圈内的磁感应强度发生变化，将在线圈中产生感应电流，感应电流会阻 碍磁铁的相对运动，可起到应急避险作用，A 不符合题意； B．感应电流会阻碍磁铁的相对运动，但不能阻止磁铁的运动，B 不符合题意； C．当电梯坠落至如图位置时，闭合线圈 A 中向上的磁场减弱，感应电流的方向从上向下看是逆时针方向， B 中中向上的磁场增强，感应电流的方向从上向下看是顺时针方向，可知 A 与 B 中感应电流方向相反，C 符 合题意； D．结合 A 的分析可知，当电梯坠落至如图位置时，闭合线圈 A、B 都在阻碍电梯下落，D 不符合题意。 故答案为：C。 3.【答案】 B 【解析】左环没有闭合，在磁铁插入过程中，不产生感应电流，故横杆不发生转动。右环闭合，在磁铁插 入过程中，产生感应电流，横杆将发生转动，B 符合题意，ACD 不符合题意。 故答案为：B 4.【答案】 D 【解析】根据右手螺旋定则知，直线电流下方的磁场方向垂直纸面向里，电流增强时，磁场增强，根据楞 次定律得，回路中的感应电流为 abdc ， 根据左手定则知，ab 所受安培力方向向右，cd 所受安培力向左， 即 ab 和 cd 相向运动，相互靠近。D 符合题意，ABC 不符合题意。 故答案为：D 5.【答案】 D 【解析】解：由于磁场为匀强磁场，无论线圈在平面内如何平动，其磁通量都不变化，因此不会产生感应 电流，ABC 不符合题意； 当线圈绕 O1O2 转动时，磁通量将发生变化，如转过 90°时磁通量为零，因此有感应电流产生，D 符合题意． 故答案为：D． 6.【答案】 B 【解析】开关断开前，LA 正常发光，由于线圈 L 的电阻很小，通过 L 的电流很大；当开关断开时，线圈中的 电流会减小，产生自感现象，线圈立刻成了 LA 回路的电源，所以灯泡的亮度反而会增强一下后逐渐熄灭。 故 A 错误，B 正确。若把线圈换成电阻，断开 S 时不会有自感现象，所以灯泡立即熄灭，也不会闪亮一下， 故 CD 错误。 故答案为：B 7.【答案】 D 【解析】 A 图线圈平行磁感应线运动，穿过线圈的磁通量为零且没有变化，不会差生产生感应电流，可 见 A 错误。 B 图线圈虽然切割磁感应线运动，但穿过线圈的磁通量没有变化，不产生感应电流，可知 B 错误。 C 图线圈绕轴运动，但线圈平行于磁感应线，穿过的线圈的磁通量没有变化，也不差生感应电流，可见 C 错误。 D 图线圈绕轴运动，磁通量在发生变化，线圈产生感应电流。可见 D 正确。 故答案为：D 8.【答案】 B 【解析】A、线圈在纸面内由小变大，磁通量增大，会产生感应电流，A 不符合题意； B、线圈正绕 a 点在平面内旋转，磁通量都不变化，因此不会产生感应电流，B 符合题意； C、C 图与 D 图中线圈正绕 OO′轴转动，磁通量都在减小，会产生感应电流，C.、D 不符合题意。 故答案为：B。 9.【答案】 B 【解析】线圈由图示状态开始转动，穿过线圈的磁通量始终为零，没有感应电流产生，B 对； 故答案为：B 10.【答案】 C 【解析】根据 ⸲ △ .△ ⸲ △ △ ，知磁场线性变化才会产生恒定的感生电场，C 对。 故答案为：C 11.【答案】 C 【解析】由法拉第电磁感应定律可知，感应电动势 E=n △ △ ，即感应电动势与线圈匝数有关；同时可知， 感应电动势与磁通量的变化率有关，磁通量变化越快，感应电动势越大，穿过线圈的磁通量大，但若所用 的时间长，则电动势可能小，ABD 不符合题意，C 符合题意； 故答案为：C． 12.【答案】 D 【解析】由法拉第电磁感应定律： ＝ . ，再由殴姆定律： ⸲ ；而电量公式：Q=It；三式联立可得： Q=n . ， 故答案为：D。 13.【答案】奥斯特；法拉第；安培 【解析】丹麦物理学家奥斯特发现电能生磁，而英国科学家法拉第发现磁能生电。法国物理学家安培提出 分子电流假说，揭示了磁现象的电本质。 14.【答案】低于；三灯均过一会儿才熄灭，流过灯泡 BC 的电流比原来大，B、C 灯变亮后缓慢熄灭 【解析】解：开关闭合稳定时，流过 A 的电流大于流过 BC 的，开关由闭合到断开瞬间，线圈中产生的自感 电流的方向为由 a 指向 b，所以 b 点电势高于 a 点；BC 灯原来的电流瞬间消失，而线圈产生自感电动势阻 碍 BC 灯中电流减小，并与 ABC 组成回路，原来两支路灯电流不相等，则开关断开瞬间，电流都从原来 A 的 值开始减小，所以三灯均过一会儿才熄灭，而流过灯泡 BC 的电流比原来大，B、C 灯变亮后缓慢熄灭． 故答案为：低于，三灯均过一会儿才熄灭，流过灯泡 BC 的电流比原来大，B、C 灯变亮后缓慢熄灭 15.【答案】左；左 【解析】解：如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，说明穿过线圈的磁通量增加，电流 计指针向右偏，合上开关后，将 A 线圈迅速从 B 线圈拔出时，穿过线圈的磁通量减少，电流计指针将向左 偏； A 线圈插入 B 线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向左移动时，穿过线圈的磁通量减小，电流计指针将向左偏． 故答案为：左；左． 16.【答案】 匀速直线运动 ；0.03 【解析】金属环最终会沿与通电直导线平行的直线，做匀速直线运动；最终速度 v=v0cos60°由能量守恒定律， 得环中最多能产生电能 E=ΔEk=0.03J. 17.【答案】 （1）解：根据法拉第电磁感应定律，ac 棒中的感应电动势为： E=BLυ=0.40×0.50×4.0V=0.80V （2）解：根据闭合电路欧姆定律，感应电流大小为： I= ⸲ ㌳䁣 ㌳䁣 =4.0A P=EI=0.80×4.0W=3.2W 【解析】（1）导体垂直切割磁感线，由磁感应强度 B、长度 L、速度 v，则公式 E=BLv 求出感应电动势． （2）拉力的功转化为电能，ac 相当于电源，根据闭合电路欧姆定律求解感应电流大小，由 P=EI 即可求得功 率． 18.【答案】 （1）解：线圈做自由落体运动，机械能守恒，由机械能守恒定律得：mgh1= 䁣 mv02 ， 线圈进入磁场时受到的安培力：F=BId= 䁣 䁣 ， 线圈进入磁场时做匀速直线运动，由平衡条件得：mg= 䁣 䁣 ， 代入数据解得：B=0.4T （2）解：线圈下边进入磁场后先做匀速运动，做匀速直线运动的时间：t0= ， 代入数据解得：t0=0.05s， 线圈做加速运动的时间为：t1=t﹣t0=0.1s， 位移：h2=L+v0t1+ 䁣 gt12 ， 代入数据解得：h2=1.55m （3）解：线圈下边刚离开磁场瞬间，线圈受到：v=v0+gt1 ， 代入数据解得：v=11m/s， 由牛顿第二定律得： 䁣 䁣 ﹣mg=ma， 代入数据解得：a=1m/s2 ， 方向向上 （4）解：线圈的重力势能转化为焦耳热： Q=mgL=0.016×10×0.5=0.08J 【解析】（1）由机械能守恒定律求出线圈进入磁场时的速度，然后由平衡条件求出磁感应强度． （2）求出线框匀速进入磁场过程的时间，然后求出线框做加速运动的时间，然后求出磁场的宽度． （3）求出线圈下边离开磁场时的速度，然后由牛顿第二定律求出加速度． （4）线圈的重力势能转化为焦耳热． 19.【答案】 （1）解：根据法拉第电磁感应定律和安培力公式有： E=BLv ① I= 䁘 ② FA=BIL ③ 根据牛顿第二定律有： mgsinθ﹣FA=ma ④ 联立①②③④得：mgsinθ﹣ 䁣 䁣 䁘 =ma 当加速度 a 为零时，速度 v 达最大，速度最大值：vm= ݃䁘൅ 䁣 䁣 ， 故 ef 杆下滑的最大速度为：vm= ݃䁘൅ 䁣 䁣 ． 答：ef 杆下滑的最大速度 vm 为 ݃䁘൅ 䁣 䁣 ． （2）解：根据能量守恒定律有： mgxsinθ= 䁣 mvm2+Q 总 ． 得 Q 总=mgxsinθ﹣ ݃ 䁣 䁘 䁣 ൅ 䁣 䁣 定值电阻 R 产生的焦耳热 Q= 䁘 Q 总= 䁘 [mgxsinθ﹣ ݃ 䁣 䁘 䁣 ൅ 䁣 䁣 ] 根据电磁感应定律有： = △ △ 根据闭合电路欧姆定律有： = 䁘 感应电量：q= △t= △ 䁘 = ㈵ 䁘 答：此过程中定值电阻 R 产生的焦耳热 Q 是[mgxsinθ﹣ ݃ 䁣 䁘 䁣 ൅ 䁣 䁣 ]，在该过程中通过定值电阻 R 的电 荷量 q 为 ㈵ 䁘 ． 【解析】（1）首先分析杆的运动：杆的速度逐渐变大，安培力将逐渐变大，所以杆在导轨上做加速度逐渐 减小的加速运动，当安培力等于重力沿导轨分力时匀速运动，速度达到最大． （2）杆下滑过程中，重力势能减小转化为电路中的焦耳热和杆的动能，因此根据功能关系可求出焦耳热； 根据法拉第电磁感应定律求出平均电流，然后根据 q=It 即可求出电量．