1、第第 2 2 章章 电磁感应及其应用电磁感应及其应用 (时间：90 分钟 满分：100 分) 一、 选择题(本题共 12 小题， 每小题 5 分， 共 60 分。 17 小题为单项选择题， 8 12 小题为多项选择题) 1在物理学发展中，观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用。下 列叙述符合史实的是( ) A奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，该效应说明了电和磁之间存在联系 B法拉第根据通电直导线的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流 假说 C安培在实验中观察到，通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，出现 了感应电流 D楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流的磁场总是与引
2、起感应电流的 磁场方向相反 解析 奥斯特发现了电流的磁效应，揭示了电和磁之间存在联系，选项 A 正确； 根据通电螺线管产生的磁场与条形磁铁的磁场相似性，安培提出了磁性是分子内 环形电流产生的，即分子电流假说，选项 B 错误；法拉第探究磁产生电的问题， 发现导线中电流“通、断”时导线附近的固定导线圈中出现感应电流而导线中通 有恒定电流时导线圈中不产生感应电流，选项 C 错误；楞次定律指出感应电流的 磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，选项 D 错误。 答案 A 2如图所示是冶炼金属的高频感应炉的示意图，冶炼炉内装入被冶炼的金属，线 圈通入高频交变电流，这时被冶炼的金属就能被熔化。这种冶炼方法
3、速度快、温 度容易控制，并能避免有害杂质混入被炼金属中，因此适于冶炼特种金属。该炉 的加热原理是( ) A利用线圈中电流产生的焦耳热 B利用红外线 C利用交变电流的交变磁场在炉内金属中产生的涡流 D利用交变电流的交变磁场所激发的电磁波 解析 把冶炼的金属放在冶炼炉中，冶炼炉外面绕着线圈，给线圈通入高频交流 电，冶炼炉内待冶炼的金属在快速变化的磁场中被感应出很强的涡流，从而产生 大量的热使金属熔化。这种冶炼方法速度快，温度容易控制，还可以在真空条件 下进行，避免金属的氧化，保证金属的纯度，特别适合于特种合金和特种钢的冶 炼。 答案 C 3在下列选项中，A 中线圈有一小缺口，B、D 中匀强磁场区域
4、足够大，C 中通 电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方。其中能产生感应电流的是 ( ) 解析 图 A 中线圈没闭合，无感应电流；图 B 中闭合电路中的磁通量增大，有感 应电流；图 C 中的导线在圆环的正上方，不论电流如何变化，穿过线圈的磁感线 都相互抵消，磁通量恒为零，也无电流；图 D 中回路磁通量恒定，无感应电流。 故本题只有选项 B 正确。 答案 B 4如图所示是研究通电自感现象实验的电路图，、是两个规格相同的小灯 泡，闭合开关，调节滑动变阻器 R 的滑动触头，使两个灯泡的亮度相同，调节滑 动变阻器 R1的滑动触头， 使它们都正常发光， 然后断开开关 S。 重新闭合开关 S， 则
5、( ) A闭合瞬间，立刻变亮，逐渐变亮 B闭合瞬间，、均立刻变亮 C稳定后，L 和 R 两端的电势差一定相同 D稳定后，和两端的电势差不相同 解析 断开开关再重新闭合开关的瞬间，根据自感原理可判断，立刻变亮，而 逐渐变亮，A、B 均错误；稳定后，自感现象消失，根据题设条件可判断，滑 动变阻器 R 接入电路的阻值与线圈 L 的电阻一样大， 线圈 L 和 R 两端的电势差一 定相同，和两端的电势差也相同，所以 C 正确，D 错误。 答案 C 5如图所示，螺线管与灵敏电流计相连，磁铁从螺线管的正上方由静止释放，向 下穿过螺线管。下列说法正确的是( ) A电流计中的电流先由 a 到 b，后由 b 到
6、a Ba 点的电势始终低于 b 点的电势 C磁铁减少的重力势能等于回路中产生的热量 D磁铁刚离开螺线管时的加速度小于重力加速度 解析 在磁铁进入螺线管的过程中，螺线管磁通量增大，且方向向下，由楞次定 律可知，感应电流由 b 经电流计流向 a；在磁铁穿出螺线管的过程中，磁通量减 小，且方向向下，由楞次定律可知，感应电流由 a 经电流计流向 b，则 a 点电势 先低于 b 点电势，后高于 b 点电势，故 A、B 错误；磁铁减少的重力势能转化为 内能和磁铁的动能，C 错误；磁铁刚离开螺线管时，由楞次定律“来拒去留”可 知，磁铁受到的合外力小于重力，加速度小于重力加速度，D 正确。 答案 D 6如图所
7、示，金属棒 ab、金属导轨和螺线管组成闭合回路，金属棒 ab 在匀强磁 场 B 中沿导轨向右运动，则( ) Aab 棒不受安培力作用 Bab 棒所受安培力的方向向右 Cab 棒向右运动速度 v 越大，所受安培力越大 D螺线管产生的磁场，A 端为 N 极 解析 金属棒 ab 沿导轨向右运动时，安培力方向向左，以“阻碍”其运动，选项 A、B 错误；金属棒 ab 沿导轨向右运动时，感应电动势 EBlv，感应电流 IE R， 安培力 FIlBB 2l2v R ，可见，选项 C 正确；根据右手定则可知，流过金属棒 ab 的感应电流的方向是从b流向a， 所以流过螺线管的电流方向是从A端到达B端， 根据右手
8、螺旋定则可知，螺线管的 A 端为 S 极，选项 D 错误。 答案 C 7 光滑水平面上的边长为 a 的闭合金属正三角形框架底边与磁场边界平行， 完全 处于垂直于框架平面的匀强磁场中，现把框架沿与磁场边界垂直的方向匀速拉出 磁场，如图所示，E、F外、P 分别表示金属框架产生的电动势、所受水平外力及 外力功率，则各物理量与位移 s 关系图像正确的是( ) 解析 正三角形框架位移s与切割磁感线的有效长度l的关系l2stan 30 2 3 3 s， 即把框架匀速拉出磁场时，产生的电动势 EBlv2 3Bsv 3 s，当 s 3 2 a 时，E 最大，选项 B 正确，A 错误；所受水平外力 F外BlIB
9、lE R 4B2s2v 3R s2，其中 R 为框架的总电阻， 当 s 3 2 a 时， F外最大， 选项 C 错误； 外力功率 PF外v4B 2s2v2 3R s2，当 s 3 2 a 时，P 最大，选项 D 错误。 答案 B 8 某线圈在匀强磁场中匀速转动， 穿过它的磁通量随时间的变化规律可用如图 表示，那么在图中( ) At1和 t3时刻，穿过线圈磁通量的变化率最大 Bt2时刻，穿过线圈的磁通量变化率为零 Ct3时刻，线圈中的感应电动势为零 Dt4时刻，线圈中的感应电动势达到最大值 解析 t1、 t3两个时刻是穿过线圈磁通量最大的时刻， 该时刻磁通量的变化率为零， 即线圈中的感应电动势为
10、零，所以选项 A 错误，C 正确；t2、t4两个时刻是穿过 线圈的磁通量为零却是变化率最大的时刻，即线圈中感应电动势最大，选项 B 错 误，D 正确。 答案 CD 9航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的，电磁驱动原理如图所示。当固 定线圈上突然通过直流电流时，线圈左侧的金属环被弹射出去。现在固定线圈左 侧同一位置，先后放有分别用横截面积相等的铜和铝导线制成的形状、大小相同 的两个闭合环，已知电阻率 铜铝，合上开关 S 的瞬间，则( ) A从左侧看环中感应电流沿逆时针方向 B铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力 C若将铜环放置在线圈右侧，铜环将向右弹射 D电池正负极调换后，金属环不能向左弹射
11、 解析 在闭合开关的瞬间，线圈中电流由右侧流入，磁场方向向左，磁场变强， 则由楞次定律可知，环中电流由左侧看为顺时针方向，A 项错误；由于铜环的电 阻较小，铜环中感应电流较大，故铜环受到的安培力要大于铝环，B 项正确；若 环放在线圈右方，根据“来拒去留”可得，环将向右运动，C 项正确；电池正负 极调换后，金属环受力向左，故仍将向左弹出，D 项错误。 答案 BC 10如图所示，均匀金属圆环总电阻为 2R，磁感应强度为 B 的匀强磁场垂直穿过 圆环。金属杆 OM 长为 l，电阻为R 2，M 端与环紧密接触，金属杆 OM 绕过圆心的 转轴 O 以恒定的角速度 转动，当电阻为 R 的一段导线一端和环连
12、接，另一端 与金属杆的转轴 O 相连接时，下列结论中正确的是( ) A通过导线 R 的电流的最大值为Bl 2 3R B通过导线 R 的电流的最小值为Bl 2 4R COM 中产生的感应电动势恒为Bl 2 2 D导线中通过的电流恒为Bl 2 2R 解析 由金属杆 OM 以恒定角速度 转动，由 EBlv 得 E1 2Bl 2 且恒定，所以 选项 C 正确； 当金属杆 OM 转至圆环最下端时， 回路电阻为R 2R 3 2R 且为最小， 此时通过 R 的电流有最大值 Imax E 3 2R Bl 2 3R ，所以选项 A 正确；当金属杆转至圆 环最上端时， 回路电阻为R 2 R 2R2R 且为最大，
13、此时通过 R 的电流有最小值 Imin E 2R Bl2 4R ，所以选项 B 正确，D 错误。 答案 ABC 11如图所示，两端与定值电阻相连的光滑平行金属导轨倾斜放置，其中 R1R2 2R，导轨电阻不计，导轨宽度为 l，匀强磁场垂直穿过导轨平面，磁感应强度 为 B。导体棒 ab 的电阻为 R，垂直导轨放置，与导轨接触良好。释放后，导体棒 ab 沿导轨向下滑动，某时刻流过 R2的电流为 I，在此时刻( ) A重力的功率为 6I2R B导体棒 ab 消耗的热功率为 4I2R C导体棒受到的安培力的大小为 2IlB D导体棒的速度大小为2IR Bl 解析 导体棒ab向下滑动切割磁感线产生感应电动
14、势， R1与R2并联接在ab两端， 设当 ab 棒速度为 v 时，流过 R2的电流为 I，由闭合电路欧姆定律知 2I Blv RR并， 解得 v4RI Bl ，此时 ab 棒重力的功率为 Pmgvsin mgsin 4RI Bl ，ab 棒消耗的热 功率为 P(2I)2R4I2R，ab 棒受到的安培力大小为 FB 2I l2IlB，综上知 B、 C 正确，A、D 错误。 答案 BC 12如图甲所示，一个匝数 n100 的圆形导体线圈，面积 S10.4 m2，电阻 r1 。在线圈中存在面积 S20.3 m2的垂直线圈平面向外的匀强磁场区域，磁感应 强度 B 随时间 t 变化的关系如图乙所示。有一
15、个 R2 的电阻，将其两端 a、b 分别与图甲中的圆形线圈相连接，b 端接地，则下列说法正确的是( ) A圆形线圈中产生的感应电动势 E6 V B在 04 s 时间内通过电阻 R 的电荷量 q6 C C设 b 端电势为零，则 a 端的电势 a3 V D在 04 s 时间内电阻 R 上产生的焦耳热 Q18 J 解析 由法拉第电磁感应定律可得 EnB t S2，由题图乙可得B t 0.6 4 T/s0.15 T/s， 将其代入可得 E4.5 V， A 错误； q I t E Rrtn t （Rr）tn Rr， 在 04 s 穿过圆形导体线圈磁通量的变化量为 0.60.3 Wb00.18 Wb， 代
16、入可得 q6 C，B 正确；04 s 内磁感应强度增大，圆形线圈内磁通量增加， 由楞次定律结合安培定则可得 b 点电势高，a 点电势低，故 C 错误；由于磁感应 强度均匀变化产生的电动势与电流均恒定，可得 I E rR1.5 A，由焦耳定律可 得 QI2Rt18 J，D 正确。 答案 BD 二、非选择题(共 4 个题，共 40 分) 13(8 分)如图甲所示为“研究电磁感应现象”的实验装置。 (1)按实验的要求将图甲中所缺的导线补画完整。 (2)开关闭合后，下列说法正确的是_。 A只要将线圈 A 放在线圈 B 中就会引起电流计指针偏转 B线圈 A 插入或拔出线圈 B 的速度越大，电流计指针偏转
17、的角度越大 C如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，A 线圈插入 B 线圈中，将滑动变阻器滑动触头迅速向左拉时，灵敏电流计指针向左 偏一下 (3)上述实验中，原线圈 A 可等效为一个条形磁铁，将线圈 B 和灵敏电流计连接如 图乙所示，当电流从正接线柱流入灵敏电流计时，指针向正接线柱一侧偏转。则 当条形磁铁迅速向上拔出时，图中灵敏电流计指针向_(填“正”或 “负”)接线柱方向偏转。 解析 (1)将电源、开关、滑动变阻器、线圈 A 串联成一个回路，注意滑动变阻器 接一上一下两个接线柱，再将电流计与线圈 B 串联成另一个回路，电路图如图所 示。 (2)当将线圈 A 放在线
18、圈 B 中，因磁通量不变，则不会引起电流计指针偏转，故 A 错误； 线圈A插入或拔出线圈B的速度越大， 则穿过线圈的磁通量的变化率越大， 感应电动势越大，则产生的感应电流越大，那么电流计指针偏转的角度越大，故 B 正确；在闭合开关时，电流增大，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律发现 灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，A 线圈插入 B 线圈中，将滑 动变阻器滑动触头迅速向左拉时，接入电路中的电阻增大，电流减小，穿过线圈 的磁通量减小，根据楞次定律可知灵敏电流计指针向左偏一下，故 C 正确。 (3)当电流从正接线柱流入灵敏电流计时，指针向正接线柱一侧偏转，依据题图可 知，螺线管的感应电
19、流由上向下，则当条形磁铁迅速向上拔出时，穿过线圈的磁 通量减小，根据楞次定律，螺线管的感应电流由上向下，灵敏电流计指针向正接 线柱方向偏转。 答案 (1)如解析图所示 (2)BC (3)正 14 (10 分)如图甲所示， 竖直平面内有边长 l0.2 m 的正方形线框， 匝数 n100， 线框总电阻 R8 ，一范围足够大的匀强磁场，其方向垂直于线框平面，磁场的 磁感应强度 B 按如图乙所示规律变化(磁场方向以垂直于线框平面向外为正)。 求： (1)前 2 s 内，线框产生的焦耳热； (2)t0.5 s 时，线框的 ab 边受到的安培力大小。 解析 (1)前 2 s 内线框的感应电动势大小为 En
20、B t S 解得 E8 V 线框产生的焦耳热 QE 2 R t 解得 Q16 J (2)由楞次定律可知前 2 s 内线框中的感应电流方向为 abcda，ab 边受到的安培力 方向向上 安培力的大小 FnIlB IE R 由题图乙可知 t0.5 s 时磁感应强度的大小 B1 T 解得 F20 N 答案 (1)16 J (2)20 N 15(10 分)如图所示，在匀强磁场中倾斜放置的两根平行光滑的金属导轨，它们 所构成的导轨平面与水平面成 30 角，平行导轨间距 l1.0 m。匀强磁场方向 垂直于导轨平面向下，磁感应强度 B0.2 T。两根金属杆 ab 和 cd 可以在导轨上 无摩擦地滑动。两金属
21、杆的质量均为 m0.2 kg，电阻均为 R0.2 。若用与导 轨平行的拉力作用在金属杆 ab 上， 使 ab 杆沿导轨匀速上滑并使 cd 杆在导轨上保 持静止，整个过程中两金属杆均与导轨垂直且接触良好。金属导轨的电阻可忽略 不计，取重力加速度 g10 m/s2。求： (1)cd 杆受到的安培力 F安的大小； (2)通过金属杆的感应电流大小 I； (3)作用在金属杆 ab 上拉力的功率。 解析 (1)金属杆 cd 静止在金属导轨上，所受安培力方向平行于导轨平面向上。 则 F安mgsin 30 0 解得 F安1.0 N (2)F安IlB，解得 I5.0 A (3)金属杆 ab 所受安培力方向平行于
22、导轨平面向下，金属杆 ab 在拉力 F、安培力 F安和重力 mg 作用下匀速上滑，则 FIlBmgsin 30 0 根据法拉第电磁感应定律，金属杆 ab 上产生的感应电动势为 EBlv 根据闭合电路欧姆定律，通过金属杆 ab 的电流 I E 2R 根据功率公式 PFv 解得 P 20 W 答案 (1)1.0 N (2)5.0 A (3)20 W 16(12 分)如图甲所示，一电阻不计且足够长的固定光滑平行金属导轨 MN、PQ 间距L0.8 m， 下端接有阻值R3 的电阻， 导轨平面与水平面间的夹角30 。 整个装置处于方向垂直导轨平面向上的匀强磁场中。一质量 m0.1 kg、阻值 r 0.15
23、 的金属棒垂直导轨放置并用绝缘细线通过光滑的定滑轮与质量 M0.9 kg 的重物相连，左端细线连接金属棒中点且沿 NM 方向。棒由静止释放后，沿 NM 方向位移 s 与时间 t 之间的关系如图乙所示，其中 ab 为直线。已知棒在 00.3 s 内通过的电荷量是 0.30.4 s 内通过电荷量的 2 倍，取 g10 m/s2，求： (1)00.3 s 内棒通过的位移 s1的大小； (2)电阻 R 在 00.4 s 内产生的热量 Q1。 解析 (1)棒在 00.3 s 内通过的电荷量 q1 I t 1 平均感应电流 I E Rr 回路中平均感应电动势E Bs1L t1 得 q1BLs1 Rr 同理，棒在 0.30.4 s 内通过的电荷量 q2BL（s 2s1） Rr 由题图乙读出 0.4 s 时刻位移大小 s20.9 m 又 q12q2 解得 s10.6 m (2)由题图乙知棒在 0.30.4 s 内做匀速直线运动，棒的速度大小 v0.90.6 0.40.3 m/s 3 m/s 00.4 s 内，对整个系统，根据能量守恒定律得 QMgs2mgs2sin 1 2(Mm)v 2 代入数据解得 Q3.15 J 根据焦耳定律有Q1 Q R Rr 代入数据解得 Q13 J 答案 (1)0.6 m (2)3 J