电磁感应 专练
一、选择题（本题共15个小题，每题5分，共75分）
1.某同学利用如图所示器材探究“磁生电”，在正确操作的情况下，得到符合实验事实的选项是( )
A.闭合开关瞬间，电流计指针无偏转
B.闭合开关稳定后，电流计指针有偏转
C.通电状态下，拆开与电池相连线圈的瞬间，电流计指针不偏转
D.将绕线的铁环换成木环后，闭合或断开开关瞬间，电流计指针偏转
2.关于下列四幅图的说法正确的是( )
A.甲图中话筒应用了磁场对电流的作用
B.乙图是演示电磁感应现象的实验装置
C.丙图实验说明磁场能产生电流
D.丁图的实验所揭示的原理可以制成发电机
3.一直升飞机停在南半球的地磁极上空，该处地磁场的方向竖直向上，磁感应强度为B．直升飞机螺旋桨叶片的长度为l，螺旋桨转动的频率为f，顺着地磁场的方向看螺旋桨，螺旋桨按顺时针方向转动。螺旋桨叶片的近轴端为a，远轴端为b，如图所示。如果忽略a到转轴中心线的距离，用ε表示每个叶片中的感应电动势，则( )
A. ，且a点电势低于b点电势 B. ，且a点电势低于b点电势
C. ，且a点电势高于b点电势 D. ，且a点电势高于b点电势
4.在空间存在着竖直向上的各处均匀的磁场，将一个不变形的单匝金属圆线圈放入磁场中，规定线圈中感应电流方向如图甲所示的方向为正。当磁场的磁感应强度B随时间t的变化规律如图乙所示时，图丙中能正确表示线圈中感应电流随时间变化的图线是( )
A. B.
C. D.
5.一长直铁芯上绕有线圈P，将一单匝线圈Q用一轻质绝缘丝线悬挂在P的左端，线圈P的中轴线通过线圈Q的中心，且与线圈Q所在的平面垂直.将线圈P连接在如图所示的电路中，其中R为滑动变阻器，E为直流电源，S为开关.下列情况中，可观测到Q向左摆动的是( )
A.S闭合的瞬间
B.S断开的瞬间
C.在S闭合的情况下，将R的滑片向a端移动时
D.在S闭合的情况下，保持电阻R的阻值不变
6.如图所示，通电导线旁边同一平面有矩形线圈abcd，则( )
A.当线圈向导线靠近时，其中感应电流方向是
B.若线圈竖直向下平动，有感应电流产生
C.若线圈向右平动，其中感应电流方向是
D.当线圈以导线边为轴转动时，其中感应电流方向是
7.如图所示，粗糙的水平桌面上固定有一长直导线旁边放有长方形铁片，中通有交变电流，铁片（不考虑其磁化的影响）始终处于静止状态，则( )
A.时刻铁片中有涡流 B.时刻受到的安培力为零
C.时刻铁片受到的静摩擦力最大 D.时刻受到的安培力最大
8.如图所示，ACD、EFG为两根相距L的足够长的金属直角导轨，它们被竖直固定在绝缘水平面上，CDGF面与水平面成θ角.两导轨所在空间存在垂直于CDGF平面向上的匀强磁场，磁感应强度大小为B.两根质量均为m、长度均为L的金属细杆ab、cd与导轨垂直接触形成闭合回路，杆与导轨之间的动摩擦因数均为μ，两金属细杆的电阻均为R，导轨电阻不计.当ab以速度沿导轨向下匀速运动时，cd杆也正好以速度向下匀速运动，重力加速度为g.以下说法正确的是( )
A.回路中的电流强度为
B.ab杆所受摩擦力为
C.cd杆所受摩擦力为
D.μ与大小的关系为
9.空间某区域存在一方向垂直于纸面向外、大小随时间均匀变化的匀强磁场，磁场边界如图所示，现有一根粗细均匀金属丝围成的边长为L的正方形线框固定在纸面内，时刻磁场方向如图甲所示，磁感应强度B随时间t变化关系如图乙所示，则( )
A.点电势高于f点电势 B.：
C.：金属框中电流方向顺时针 D.所受安培力方向始终不变
10.如图所示，两根平行金属导轨置于同一水平面内，导轨之间接有电阻R。金属棒ab与两导轨垂直并接触良好，整个装置放在竖直向下的匀强磁场中。磁感应强度随时间变化如乙图所示，整个装置始终保持静止，下列说法正确的是( )
A.0~0.5 s内金属棒ab中的感应电流方向由b到a
B.0.5~1.0 s内金属棒ab中的感应电流方向由b到a
C.0.5~1.0 s内金属棒ab所受的安培力保持不变
D.0.5~1.0 s内金属棒ab所受的摩擦力保持不变
11.如图所示，电阻阻值R和线圈自感系数L的值都较大，电感线圈的电阻不计，A、B是两只完全相同的灯泡，当开关S断开时，电路可能出现的现象是( )
A.A、B一起亮，然后A逐渐熄灭
B.A没有任何反应，B逐渐熄灭
C.B直接熄灭，A慢慢变亮后熄灭
D.B直接熄灭，A先变得比B更亮后慢慢熄灭
12.如图所示的电路中，电感L的自感系数很大，电阻可忽略，D为理想二极管，则下列说法正确的有( )
A当S闭合时，立即变亮，逐渐变亮
B.当S闭合时，一直不亮，逐渐变亮
C.当S断开时，立即熄灭
D.当S断开时，都突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭
13.如图，在同一水平面内有两根平行长导轨，导轨间存在依次相邻的矩形匀强磁场区域，区域宽度均为l，磁感应强度大小相等、方向交替向上向下。一边长为的正方形金属线框在导轨上向左匀速运动。线框中感应电流i随时间t变化的正确图线可能是( )
A. B. C. D.
14.如图所示，水平放置的两组光滑轨道上分别放有可自由移动的金属棒和MN，并且分别放置在磁感应强度为和的匀强磁场中，当在外力的作用下运动时，MN向右运动，则所做的运动可能是( )
A.向左加速运动 B.向左匀速运动 C.向右加速运动 D.向右匀速运动
15.如图所示、两固定光滑且足够长的金属导轨MN、PQ平行水平放置，其间距为L，两根质量均为m，距离也为L的金属棒AB、CD平行放置在两导轨上，电阻分别是、，导轨电阻忽略小计。整个装置处在磁感心强度为B的匀强磁场中，现给CD棒一定的初速度，经过时间后两棒处于稳定状态，下列说法中正确的是( )
A.若在稳定前的某时刻CD棒的速度为，AB棒的速度为，则回路中的电流大小为
B.从开始至最终稳定回路产生的焦耳热为
C.在内通过回路的电荷量为
D.处于稳定状态时两棒与导轨所围面积为
二、计算题（共2小题 ，共25分，按题目要求作答，解答题应写出必要的文字说明、方程式和重要步骤，只写出最后答案的不能得分，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
16.（12分）如图所示，PQ、MN为足够长的两平行金属导轨，它们之间连接一个阻值的电阻；导轨间距为，导轨电阻不计。长为1m，质量，电阻的金属棒水平放置在导轨上，它与导轨的滑动摩擦因数，导轨平面的倾角为，在垂直导轨平面方向有匀强磁场，磁感应强度为。今让金属棒AB由静止开始下滑，沿导轨下滑距离为时速度恰达到最大。（，，）求：
（1）请指出电阻R中电流的方向；
（2）求金属棒达到的最大速率；
（3）金属棒由静止开始沿导轨下滑距离为的过程中，金属棒AB上产生的焦耳热。
17.（13分）如图（a）所示，间距均为1m的光滑平行倾斜导轨与光滑平行水平导轨平滑连接，水平导轨处在磁感应强度大小为2T、方向竖直向上的匀强磁场中。质量为1kg、电阻为1.5Ω的金属棒a固定在离水平导轨高h处的倾斜导轨上，材料和长度均与金属棒a相同的金属棒b沿导轨向左运动。金属棒a由静止释放，下滑至水平导轨时开始计时，以a的运动方向为正方向，金属棒a、b的运动图像如图（b）所示。已知两金属棒与导轨始终垂直且接触良好，导轨电阻不计，金属棒a始终未与金属棒b发生碰撞，重力加速度g取。根据图像中数据，求：
（1）金属棒b的质量和电阻；
（2）在整个运动过程中金属棒b产生的焦耳热；
（3）从开始计时到金属棒b向左减速至零的过程中，金属棒a与金属棒b之间距离的变化量。
答案以及解析
1.答案：D
解析：闭合开关瞬间，与电池相连线圈中电流从无到有，穿过与电流计相连线圈的磁通量增加，产生感应电流，电流计指针有偏转，故A项错误；闭合开关稳定后，与电池相连线圈中电流不变，穿过与电流计相连线圈的磁通量不变，不产生感应电流，电流计指针不偏转，故B项错误；通电状态下，拆开与电池相连线圈的瞬间，与电池相连线圈中电流从有到无，穿过与电流计相连线圈的磁通量减小，产生感应电流，电流计指针偏转，故C项错误；将绕线的铁环换成木环后，闭合或断开开关瞬间，与电池相连线圈中电流发生变化，穿过与电流计相连线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，电流计指针偏转，故D项正确.
2.答案：D
解析：甲图是动圈式话筒，当人对话筒说话时，引起膜片的振动，膜片的振动会引起线圈的运动，切割永磁体的磁感线而产生相对应的变化的电流，从而使扬声器产生与说话者相同的声音，动圈式话筒是根据电磁感应原理工作的，A错误；乙图是磁场对电流作用的实验，通电后通电导体在磁场中受到力的作用而运动，B错误；丙图是奥斯特实验，通电后小磁针偏转，说明了通电导线周围存在磁场，C错误；丁图是电磁感应实验，根据此原理可以制成发电机，D正确.
3.答案：A
解析：每个叶片都切割磁感线，根据右手定则，a点电势低于b点电势。，所以电动势为.故A正确，B、C、D错误.故选A.
4.答案：B
解析：根据法拉第电磁感应定律，由于线圈面积不变，所以感应电动势与磁感应强度的变化率即图像的斜率成正比，根据图像，0-1s感应电动势为定值，感应电流为定值，1s-2s感应电动势为0，感应电流为0，2s-4s感应电动势为定值而且是0-1s感应电动势的一半，感应电流也是0-1s感应电流的一半，对照选项CD错。根据楞次定律0-1s向上的磁通量增大，感应电流沿正方向，选项A错B对。
5.答案：A
解析：A、由楞次定律的第二种描述：“来拒去留”可知要使Q向左运动，通过Q、P的磁通量应增大，所以流过P的电流需增大；S闭合过程中电流增大，磁通量增大，故A正确；
B、S断开的瞬间，流过P的电流静止，磁通量减小，所以Q将向右运动。故B错误；
C、若将移动滑动头向a端移动时，滑动变阻器接入电阻增大，则电路中电流减小，磁通量减小，故会使Q右移，故C错误；
D、在S闭合的情况下，保持电阻R的阻值不变，则电路中的电流不变，所以穿过Q的磁通量不变，所以Q内不能产生感应电流，Q不动，故D错误；
故选：A。
6.答案：A
解析：根据安培定则可知，线圈处的磁场方向为垂直于直面向内。
A.当线圈向导线近时，向里的磁通量增大，根据楞次定律可知，感应电流为逆时针，即，故A正确；
B.若线圈竖直向下平动，磁通量没有变化，无感应电流产生，故B错误；
C.若线圈向右平动，向里的磁通量减小，根据楞次定律可知，感应电流为顺时针，其中感应电流方向是，故C错误；
D.当线圈以导线边为轴转动时，线圈中的磁通量不变，则无感应电流产生，故D错误。
故选A。
7.答案：B
解析：由知周期，时刻，最大，但，，根据法拉第电磁感应定律和闭合电路欧姆定律知铁片中没有涡流，导线不受安培力，选项B正确，A错误；时刻，最小，铁片和导线均不受安培力，铁片受到的静摩擦力为零，选项C、D均错误。
8.答案：C
解析：A、cd杆的运动方向与磁感应线的方向平行，不产生感应电动势，所以回路中感应电动势的大小等于ab杆切割磁感应线产生的感应电动势，所以感应电动势为；回路中感应电流为,故A错误。
B、ab杆匀速下滑，受力平衡条件，则ab杆所受的安培力大小为，方向沿轨道向上，则由平衡条件得：ab所受的摩擦力大小为，故B错误。
C、cd杆所受的安培力大小也等于，方向垂直于导轨向下，则cd杆所受摩擦力为：，故C正确。
D、根据cd杆受力平衡得：，则得μ与大小的关系为：，故D错误。
故选：C。
9.答案：B
解析：在电源内部，电流从负极流向正极，根据右手螺旋定则，f电势高于e的电势，故A选项错误；根据法拉第电磁感应定律，感应电动势，由闭合电路欧姆定律，故B选项正确；根据楞次定律，时间内金属框中电流方向为逆时针，故C选项错误；根据左手定则，时间内所受安培力水平向左，时间内安培力水平向右，故D选项错误.
10.答案：B
解析：A、0~0.5s内，磁感应强度保持不变，穿过回路的磁通量保持不变，回路中没有感应电流故A错误；
B、0.5~1.0s内，磁感应强度均匀增大，穿过回路的磁通量均匀增加，磁场方向竖直向下，根据楞次定律判断可知，金属棒ab中的感应电流方向由b到a，故B正确；
C、0.5~1.0s内，磁感应强度均匀增大，穿过回路的磁通量均匀增加，磁通量的变化率恒定，由法拉第电磁感应定律知回路产生的感应电动势恒定，侧回路中感应电流恒定，根据安培力公式知，I不变，B均匀增大，则金属棒ab所受的安培力均匀增大，故C错误；
D、0.5~1.0s内金属棒ab静止，ab所受的安培力和静摩擦力平衡，两者大小相等，方向相反，则金属棒ab所受的摩擦力均匀增大，故D错误。
故选：B。
11.答案：D
解析：电路稳定时电感线圈将灯泡A短路，灯泡A无电流，灯泡B所在支路的电流小于电感线圈的电流。电键断开瞬间，灯泡B与R中电流立刻消失，B灯泡立刻熄灭。电感线圈由于自感现象产生自感电动势阻碍电流减小，电感线圈与灯泡A组成回路产生自感电流，灯泡B和R被短路。自感电流使灯泡A变亮，因为自感电流等于原电流，故灯泡A变得比灯泡B更亮。自感电流逐渐减小，灯泡A逐渐熄灭。故D正确，ABC错误。
故选D。
12.答案：B
解析：AB.闭合开关的瞬间，由于二极管具有单向导电性，所以无电流通过，由于线圈中自感电动势的阻碍，灯逐渐亮，故A错误，B正确；CD.待电路稳定后断开开关，线圈L产生自感电动势，两灯串联，所以突然变亮，然后逐渐变暗至熄灭，但之前是一直是亮着的且并不会因为断开开关而变得更亮，故CD错误。故选B。
13.答案：D
解析：由右手定则判定，线框向左移动过程，回路中电流方向为顺时针，由可知，电流i为定值；线框向左移动过程，线框左、右两边产生的感应电动势相抵消，回路中电流为零。线框向左移动过程，回路中感应电流方向为逆时针。由上述分析可见，选项D正确。
14.答案：A
解析：根据安培定则可知，MN处于垂直纸面向里的磁场中，MN在磁场力作用下向右运动，说明MN受到的磁场力向右，由左手定则可知电流由M指向N，中感应电流的磁场向上，由楞次定律可知，线圈中电流的磁场应该是向上减弱，或向下增强。若中磁场方向向上减弱，根据安培定则可知PQ中电流方向为且减小，根据右手定则可知PQ向右减速运动；若L中磁场方向向下增强，根据安培定则可知PQ中电流方向为且增大，根据右手定则
可知PQ向左加速运动。
故选A。
15.答案：D
解析：A.在稳定前的某时刻CD棒的速度为，AB棒的速度为，必然有，回路电动势，回路电阻为，因此回路电流大小为，故A错误；
B.两棒组成的系统动量守恒得，当时，磁通量不再变化，两杆不再受安培力，将匀速运动，由能量守恒得产生的焦耳热为，故B错误；
C.对金属棒CD由动量定理得，得通过CD棒某一截面电荷量，故C错误；
D.由于通过CD棒某一截面的电荷量为，则有，AB棒与CD棒间的最终距离为，故所围成的面积为，故D正确。
故选D。
16.答案：（1）电流方向M到P；（2）；（3）
解析：（1）AB棒受力示意图如图所示
根据左手定则可知，金属棒AB电流的方向B到A。流经电阻R电流方向M到P
（2）对金属棒运动过程分析，可知合外力为零时金属棒达到最大速度，于是有
解得
（3）由能量守恒定律可得
电阻R与金属棒串联有
代入数据解得
17.答案：（1）；；（2）；（3）
解析：（1）a、b两金属棒在水平轨道上运动时所受安培力大小相等，方向相反，整个运动过程a、b两金属棒动量守恒，当两金属棒共速时，电路中电流为掌，安培力为零，两棒以共同速度
做匀速运动，速度方向向右为正，由动量守恒定律得
其中，
解得
两金属棒材料相同、长度相同，设a、b两金属棒横截面面积分别为和
根据
则有
由电阻定律
可得
（2）由能量守恒定律可得
金属棒b产生的焦耳热为
联立解得
（3）金属棒b速度为零时，设a的速度为，由动量守恒定律得
解得
设金属棒b向左运动的时间为t，金属棒a与金属棒b之间距离的变化量为，对金属棒a由动量定理可得
通过金属棒a的电荷量为
联立解得