电磁感应新颖试题赏析

电磁感应新颖试题赏析

■湖南省汨罗市一中 蒋 纬

电磁感应是电磁学的重点,涉及的知识面广,综合性强,能力要求高。其中主要热点问题有以下四个。

一、电磁感应产生的条件

某部小说中曾经描述过一种窃听电话：窃贼将并排在一起的两根电话线分开,在其中一根电话线旁边铺设一条两端分别与耳机连接的导线,这条导线与电话线之间是绝缘的,如图1所示。下列说法正确的是( )。

图1

A.不能窃听到电话,因为电话线中的电流太小

B.不能窃听到电话,因为电话线与耳机没有接通

C.可以窃听到电话,因为电话线中的电流是恒定电流,在耳机电路中引起感应电流

D.可以窃听到电话,因为电话线中的电流是交变电流,在耳机电路中引起感应电流

解析：电话线与窃听导线相互绝缘,故电话线中的电流不可能进入窃听线内。因为电话线中的电流是音频电流(交变电流),不断变化,所以由耳机、窃听线组成的闭合电路中有不断变化的磁通量,耳机中产生与电话线中频率一样的感应电流,可以窃听到电话。答案为D。

二、楞次定律的应用

某同学将一条形磁铁放在水平转盘上,如图2甲所示,磁铁可随转盘转动,另将一磁感应强度传感器固定在转盘旁边。当转盘(及磁铁)转动时,引起磁感应强度测量值周期性变化,该变化的周期与转盘的转动周期一致。经过操作,该同学在计算机上得到了如图2乙所示的图像。该同学猜测磁感应强度传感器内有一线圈,当测得磁感应强度最大时就是穿过线圈的磁通量最大时。按照这种猜测( )。

图2

A.在t=0.1s时刻,线圈内产生的感应电流的方向发生了变化

B.在t=0.1 5s时刻,线圈内产生的感应电流的方向发生了变化

C.在t=0.1s时刻,线圈内产生的感应电流的大小达到了最大值

D.在t=0.1 5s时刻,线圈内产生的感应电流的大小达到了最大值

解析：图2乙中曲线的斜率既能反映线圈内产生的感应电流的方向变化,又能反映感应电流的大小变化。t=0.1s时刻,斜率最大,意味着磁通量的变化率最大,感应电动势最大,线圈内产生的感应电流的大小达到了最大值,t=0.1s时刻前后的斜率一正一负,说明产生的感应电流的方向发生了变化,所以选项A、C正确。同理可知t=0.1 5s时刻,斜率不是最大值,且该时刻前后的斜率全为负值,说明线圈内产生的感应电流的方向没有变化,而且大小并未达到最大值,选项B、D错误。答案为A C。

三、电磁感应中的图像问题

如图3甲所示,等离子气流由左向右连续以速度v0射入P1和P2两金属板间的匀强磁场中,直导线a b与金属板P1、P2相连接,线圈A与直导线c d相连接。线圈A内有如图3乙所示的变化磁场,且规定向左为磁场B的正方向。下列说法中正确的是( )。

图3

A.0～1s内导线a b、c d互相排斥

B.1s～2s内导线a b、c d互相排斥

C.2s～3s内导线a b、c d互相排斥

D.3s～4s内导线a b、c d互相排斥

解析：由左侧电路可以判断导线a b中的电流方向为a→b;由右侧电路和图乙可以判断出0～2s内导线c d中的感应电流方向为c→d,与导线a b中的电流同向,因此导线a b、c d相互吸引,选项A、B错误。2s～4s内导线c d中的感应电流方向为d→c,与导线a b中的电流反向,因此导线a b、c d相互排斥,选项C、D正确。答案为C D。

四、法拉第电磁感应定律的应用

图4

如图4所示,两块水平放置的金属板间的距离为d,用导线、开关S与一个n匝的线圈连接,线圈置于方向竖直向上的均匀变化的磁场B中。两板间放一台小型压力传感器,压力传感器上表面绝缘,在其上表面静止放置一个质量为m、电荷量为q的带正电小球。开关S没有闭合时传感器有示数,开关S闭合时传感器示数变为原来的一半。则线圈中磁场B的变化情况和磁通量的变化率分别为( )。

解析：根据开关S闭合时传感器示数变为原来的一半可知,带正电小球受向上的静电力作用,即上极板带负电,下极板带正电,线圈中的感应电动势的方向为从上极板经线圈流向下极板,根据安培定则可知,感应磁场的方向向下,与原磁场的方向相反,又由楞次定律可知,线圈中的原磁场正在增强。对小球进行受力分析得其中感应电动势答案为B。

(责任编辑 张 巧)

(上接第3 3页)离导轨最上端L2=4m,金属棒与导轨垂直并保持良好接触。整个装置处于一匀强磁场中,该匀强磁场方向与导轨平面垂直,磁感应强度大小随时间变化的情况如图8乙所示。(取g=1 0m/s2)

图8

(1)保持金属棒静止,在0～4s内,通过金属棒的电流多大?方向如何?

(2)为了保持金属棒静止,需要在金属棒的中点施加一平行于导轨平面的外力F,当t=2s时,求外力F的大小和方向。

(3)经过5s时间之后,撤去外力F,金属棒将由静止开始下滑,这时用电压传感器将电阻R两端的电压即时采集并输入计算机,在显示器上显示的电压达到某一恒定值后,记下该时刻金属棒的位置,测出该位置与金属棒初始位置相距2.4m,求金属棒此时的速度及下滑到该位置的过程中在电阻R上产生的焦耳热。

参考答案：1.D 2.B C

3.(1)0.5A,方向为a→b。(2)0.7 5N,方向沿导轨斜面向上。(3)1.5J。

(责任编辑 张 巧)