電磁感應(yīng)新穎試題賞析

■湖南省汨羅市一中 蔣 緯

電磁感應(yīng)是電磁學(xué)的重點,涉及的知識面廣,綜合性強(qiáng),能力要求高。其中主要熱點問題有以下四個。

一、電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件

某部小說中曾經(jīng)描述過一種竊聽電話：竊賊將并排在一起的兩根電話線分開,在其中一根電話線旁邊鋪設(shè)一條兩端分別與耳機(jī)連接的導(dǎo)線,這條導(dǎo)線與電話線之間是絕緣的,如圖1所示。下列說法正確的是( )。

圖1

A.不能竊聽到電話,因為電話線中的電流太小

B.不能竊聽到電話,因為電話線與耳機(jī)沒有接通

C.可以竊聽到電話,因為電話線中的電流是恒定電流,在耳機(jī)電路中引起感應(yīng)電流

D.可以竊聽到電話,因為電話線中的電流是交變電流,在耳機(jī)電路中引起感應(yīng)電流

解析：電話線與竊聽導(dǎo)線相互絕緣,故電話線中的電流不可能進(jìn)入竊聽線內(nèi)。因為電話線中的電流是音頻電流(交變電流),不斷變化,所以由耳機(jī)、竊聽線組成的閉合電路中有不斷變化的磁通量,耳機(jī)中產(chǎn)生與電話線中頻率一樣的感應(yīng)電流,可以竊聽到電話。答案為D。

二、楞次定律的應(yīng)用

某同學(xué)將一條形磁鐵放在水平轉(zhuǎn)盤上,如圖2甲所示,磁鐵可隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動,另將一磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器固定在轉(zhuǎn)盤旁邊。當(dāng)轉(zhuǎn)盤(及磁鐵)轉(zhuǎn)動時,引起磁感應(yīng)強(qiáng)度測量值周期性變化,該變化的周期與轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動周期一致。經(jīng)過操作,該同學(xué)在計算機(jī)上得到了如圖2乙所示的圖像。該同學(xué)猜測磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器內(nèi)有一線圈,當(dāng)測得磁感應(yīng)強(qiáng)度最大時就是穿過線圈的磁通量最大時。按照這種猜測( )。

圖2

A.在t=0.1s時刻,線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向發(fā)生了變化

B.在t=0.1 5s時刻,線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向發(fā)生了變化

C.在t=0.1s時刻,線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小達(dá)到了最大值

D.在t=0.1 5s時刻,線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小達(dá)到了最大值

解析：圖2乙中曲線的斜率既能反映線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向變化,又能反映感應(yīng)電流的大小變化。t=0.1s時刻,斜率最大,意味著磁通量的變化率最大,感應(yīng)電動勢最大,線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小達(dá)到了最大值,t=0.1s時刻前后的斜率一正一負(fù),說明產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向發(fā)生了變化,所以選項A、C正確。同理可知t=0.1 5s時刻,斜率不是最大值,且該時刻前后的斜率全為負(fù)值,說明線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向沒有變化,而且大小并未達(dá)到最大值,選項B、D錯誤。答案為A C。

三、電磁感應(yīng)中的圖像問題

如圖3甲所示,等離子氣流由左向右連續(xù)以速度v0射入P1和P2兩金屬板間的勻強(qiáng)磁場中,直導(dǎo)線a b與金屬板P1、P2相連接,線圈A與直導(dǎo)線c d相連接。線圈A內(nèi)有如圖3乙所示的變化磁場,且規(guī)定向左為磁場B的正方向。下列說法中正確的是( )。

圖3

A.0～1s內(nèi)導(dǎo)線a b、c d互相排斥

B.1s～2s內(nèi)導(dǎo)線a b、c d互相排斥

C.2s～3s內(nèi)導(dǎo)線a b、c d互相排斥

D.3s～4s內(nèi)導(dǎo)線a b、c d互相排斥

解析：由左側(cè)電路可以判斷導(dǎo)線a b中的電流方向為a→b;由右側(cè)電路和圖乙可以判斷出0～2s內(nèi)導(dǎo)線c d中的感應(yīng)電流方向為c→d,與導(dǎo)線a b中的電流同向,因此導(dǎo)線a b、c d相互吸引,選項A、B錯誤。2s～4s內(nèi)導(dǎo)線c d中的感應(yīng)電流方向為d→c,與導(dǎo)線a b中的電流反向,因此導(dǎo)線a b、c d相互排斥,選項C、D正確。答案為C D。

四、法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用

圖4

如圖4所示,兩塊水平放置的金屬板間的距離為d,用導(dǎo)線、開關(guān)S與一個n匝的線圈連接,線圈置于方向豎直向上的均勻變化的磁場B中。兩板間放一臺小型壓力傳感器,壓力傳感器上表面絕緣,在其上表面靜止放置一個質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電小球。開關(guān)S沒有閉合時傳感器有示數(shù),開關(guān)S閉合時傳感器示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话?。則線圈中磁場B的變化情況和磁通量的變化率分別為( )。

解析：根據(jù)開關(guān)S閉合時傳感器示數(shù)變?yōu)樵瓉淼囊话肟芍?帶正電小球受向上的靜電力作用,即上極板帶負(fù)電,下極板帶正電,線圈中的感應(yīng)電動勢的方向為從上極板經(jīng)線圈流向下極板,根據(jù)安培定則可知,感應(yīng)磁場的方向向下,與原磁場的方向相反,又由楞次定律可知,線圈中的原磁場正在增強(qiáng)。對小球進(jìn)行受力分析得其中感應(yīng)電動勢答案為B。

(責(zé)任編輯 張 巧)

(上接第3 3頁)離導(dǎo)軌最上端L2=4m,金屬棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸。整個裝置處于一勻強(qiáng)磁場中,該勻強(qiáng)磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小隨時間變化的情況如圖8乙所示。(取g=1 0m/s2)

圖8

(1)保持金屬棒靜止,在0～4s內(nèi),通過金屬棒的電流多大?方向如何?

(2)為了保持金屬棒靜止,需要在金屬棒的中點施加一平行于導(dǎo)軌平面的外力F,當(dāng)t=2s時,求外力F的大小和方向。

(3)經(jīng)過5s時間之后,撤去外力F,金屬棒將由靜止開始下滑,這時用電壓傳感器將電阻R兩端的電壓即時采集并輸入計算機(jī),在顯示器上顯示的電壓達(dá)到某一恒定值后,記下該時刻金屬棒的位置,測出該位置與金屬棒初始位置相距2.4m,求金屬棒此時的速度及下滑到該位置的過程中在電阻R上產(chǎn)生的焦耳熱。

參考答案：1.D 2.B C

3.(1)0.5A,方向為a→b。(2)0.7 5N,方向沿導(dǎo)軌斜面向上。(3)1.5J。

(責(zé)任編輯 張 巧)