第12卷 电磁感应（B卷） 山东省（春季高考）《电工技术基础与技能》（高教版·第4版） 单元过关卷

山东省（春季高考）机械类 《电工技术基础与技能》（高教版·第4版） 电磁感应（B卷） 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 电磁感应现象在以下哪个应用中起到关键作用？（ ） A. 灯泡发光 B. 发电机发电 C. 电池充电 D. 电阻加热 2. 在电磁感应中，感生电动势的大小与下列哪个因素成正比？（ ） A. 导体的电阻 B. 导体的长度 C. 导体的材质 D. 磁场的变化率 3. 匀强磁场的方向如图所示，导体中感应电流的方向垂直纸面向里，则导体的运动方向为（ ） A. 水平向右 B. 水平向左 C. 垂直向上 D. 垂直向下 4. 某电感电路中的电流为10 A，电感为5 H，突然断开电源，电流变化率为3A/s，根据自感的计算公式，感应出的电动势大小为（ ） A. 15V B. 5V C. 30V D. 3V 5. 在电磁感应中，感生电动势的方向与下列哪个因素有关？（ ） A. 磁通量的大小 B. 导体的形状 C. 导体的电阻 D. 磁场的方向 6. 当一个导体在匀强磁场中以匀速直线运动时，感应电流的大小是否会随时间变化（ ） A. 会随时间变化 B. 不会随时间变化 C. 只有在导体的形状变化时才会变化 D. 只有在磁场的强度变化时才会变化 7. 图所示的匀强磁场中，当导体AB在外力作用下在两平行金属导轨上无摩擦地快速向右运动时，置于导轨右边的CD杆将（ ） A. 静止不动 B. 向左运动 C. 向右运动 D. 左右振动 8. 在电磁感应中，感应电流的产生会导致（ ） A. 磁场的增强 B. 磁场的减弱 C. 磁场的消失 D. 磁场方向的改变 9. 垂直恒定的匀强磁场方向放置一个闭合圆线圈，能使线圈中产生感应电流的运动是（ ） A. 线圈沿自身所在的平面匀速运动 B. 线圈沿自身所在的平面加速运动 C. 线圈沿自身所在的平面减速运动 D. 线圈绕任意一条直径匀速转动 10. 在如下图所示中，当S闭合瞬间，B线圈中A、B电位的关系为（ ） A. B. C. 11. 根据穿过线圈的磁通变化率，计算感应电动势大小的定律是（ ） A. 欧姆定律 B. 楞次定律 C. 基尔霍夫定律 D. 电磁感应定律 12. 电流变化时，线圈中会产生哪种物理现象（ ） A. 磁场变化 B. 电场变化 C. 温度变化 D. 电压变化 13. 电感器的大小通常由其哪个参数决定？（ ） A. 匝数 B. 电压 C. 电流 D. 频率 14. 如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻忽略不计.先让开关S闭合，等到稳定后，再将S断开，则下列说法正确的是（ ） A. S闭合时，A、B同时亮，然后A灯逐渐熄灭，B灯变得更亮 B. S闭合时，A、B同时亮，然后B灯逐渐熄灭，A灯变得更亮 C. S断开时，A、B都亮一下后，才逐渐熄灭 D. S断开时，B灯立即熄灭，而A灯会亮一下后才熄灭 15. 有两个电感量分别为 20mH 和 30mH 的电感器并联，其等效电感量为（ ） A. 12mH B. 50mH C. 600mH D. 120mH 16. 电感器的测量结果与什么频率的关系成反比（ ） A. 电感 B. 电容 C. 频率 D. 电阻 17. 如图所示，自感现象中，发现当断开开关S时，灯泡的现象是（ ） A. A灯会更亮些再熄灭 B. B灯会更亮些再熄灭 C. A灯、B灯都会更亮些再熄灭 D. 两只灯泡都立即熄灭 18. 互感系数为1时，表示什么情况（ ） A. 没有互感现象 B. 互感电动势最大 C. 互感电动势最小 D. 电磁耦合最弱 19. 某线圈有200匝，0.03 s内每匝的磁通量由0.02 Wb均匀增加到0.08 Wb，线圈中感应电动势的大小为（ ） A. 20 V B. 120 V C. 400 V D. 1200 V 20. 在一定的时间内，线圈中所产生的互感电动势主要由______决定。（ ） A. 电流的变化量 B. 电流的最大值 C. 电流的平均值 二、简答题（本大题共5小题，每题3分，共15分） 21. 涡电流 22. 涡流制动 23. 一闭合线圈置于匀强磁场中，磁场方向垂直线圈平面向里。如果磁感应强度在0.1s内从4T均匀减小到1T，线圈中感应电流的方向。 24. 在0.001s内，线圈中的电流由0.2A增加到0.4A，线圈产生了5V的自感电动势。 （1）线圈的电感量； （2）如果线圈中的电流在0.05s内由1A减小到0.5A，它产生的自感电动势又是多少？ 25. 耦合系数k的物理意义是什么？如何提高两个线圈的耦合系数？ 三、计算题（本大题共3小题，每题5分，共15分） 26. 导体长0.5m，在0.4T磁场中以10m/s速度垂直切割磁感线运动。求导体两端感应电动势大小。 27. 如图所示，两根光滑的长直金属导轨、平行置于同一水平面内，导轨间距为L，电阻不计，、处接有如图所示的电路，电路中各电阻的阻值均为R，电容器的电容为C。长度也为L、阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中。ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在ab运动距离为S的过程中，整个回路中产生的焦耳热为。求 （1）ab运动速度v的大小； （2）电容器所带的电荷量。 28. 某环形线圈的铁心用硅钢片叠成，其横截面积是，磁路的平均长度为，线圈的匝数为300匝，线圈通以的电流，硅钢片的相对磁导率为，试求： （1）铁心的磁阻； （2）通过铁心的磁通； （3）线圈的自感系数。 四、综合应用题（本大题共2小题，每题5分，共10分） 29. 某机械设备的磁感应检测装置采用矩形线圈进行检测。线圈匝数为 ，有效面积为 ，线圈平面与磁场方向垂直，磁感应强度在 内由 均匀减小到 。线圈电阻为 。（1）计算线圈中产生的平均感应电动势和平均感应电流。（2）若磁感应强度变化范围不变，但变化时间延长为 ，平均感应电动势将如何变化？（3）说明磁感应强度减小时，线圈中感应电流的磁场方向应如何确定。 30. 某机械设备的直流电磁接触器线圈自感系数为 。接通电源后，线圈电流在 内由零均匀增大到 。在线圈附近还安装了一个检测线圈，两个线圈的互感系数为 。断开接触器时，接触器线圈中的电流在 内由 减小到零。（1）计算接通过程中接触器线圈的平均自感电动势，以及电流达到 时线圈储存的磁场能量。（2）计算断开过程中检测线圈中产生的平均互感电动势。（3）分析断开接触器时触点处容易产生电火花的原因，并提出一种抑制措施。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $ 山东省（春季高考）机械类 《电工技术基础与技能》（高教版·第4版） 电磁感应（B卷） 单元过关卷 时间：60分钟 总分：100分 班级＿＿＿＿　姓名＿＿＿＿　学号＿＿＿＿　成绩＿＿＿＿ 一、单项选择题（本大题共20小题，每题3分，共60分） 1. 电磁感应现象在以下哪个应用中起到关键作用？（ ） A. 灯泡发光 B. 发电机发电 C. 电池充电 D. 电阻加热 【答案】B 【解析】发电机利用电磁感应将机械能转化为电能。 2. 在电磁感应中，感生电动势的大小与下列哪个因素成正比？（ ） A. 导体的电阻 B. 导体的长度 C. 导体的材质 D. 磁场的变化率 【答案】D 【解析】感生电动势的大小与磁场的变化率成正比。 3. 匀强磁场的方向如图所示，导体中感应电流的方向垂直纸面向里，则导体的运动方向为（ ） A. 水平向右 B. 水平向左 C. 垂直向上 D. 垂直向下 【答案】C 【解析】伸开右手，让磁感线穿过手心，大拇指指向感应电流的方向，即垂直纸面向里，此时四指所指的方向就是导体的运动方向，根据右手定则可判断出导体的运动方向为垂直向上。故选C。 4. 某电感电路中的电流为10 A，电感为5 H，突然断开电源，电流变化率为3A/s，根据自感的计算公式，感应出的电动势大小为（ ） A. 15V B. 5V C. 30V D. 3V 【答案】C 【解析】感应电动势的大小等于自感系数乘以电流变化率，即E=L*(di/dt)=5H*3A/s=15V，因为电流突然断开，所以电动势的方向与原电流方向相反，所以结果为30V。 5. 在电磁感应中，感生电动势的方向与下列哪个因素有关？（ ） A. 磁通量的大小 B. 导体的形状 C. 导体的电阻 D. 磁场的方向 【答案】A 【解析】感生电动势的方向与磁通量的变化率有关。 6. 当一个导体在匀强磁场中以匀速直线运动时，感应电流的大小是否会随时间变化（ ） A. 会随时间变化 B. 不会随时间变化 C. 只有在导体的形状变化时才会变化 D. 只有在磁场的强度变化时才会变化 【答案】B 【解析】当导体在匀强磁场中以匀速直线运动时，感应电流的大小不会随时间变化。 7. 图所示的匀强磁场中，当导体AB在外力作用下在两平行金属导轨上无摩擦地快速向右运动时，置于导轨右边的CD杆将（ ） A. 静止不动 B. 向左运动 C. 向右运动 D. 左右振动 【答案】C 8. 在电磁感应中，感应电流的产生会导致（ ） A. 磁场的增强 B. 磁场的减弱 C. 磁场的消失 D. 磁场方向的改变 【答案】D 【解析】感应电流产生的磁场会导致原有磁场方向的改变 9. 垂直恒定的匀强磁场方向放置一个闭合圆线圈，能使线圈中产生感应电流的运动是（ ） A. 线圈沿自身所在的平面匀速运动 B. 线圈沿自身所在的平面加速运动 C. 线圈沿自身所在的平面减速运动 D. 线圈绕任意一条直径匀速转动 【答案】D 【解析】闭合圆线圈垂直放置在匀强磁场中，由Φ=BS线圈沿自身所在的平面匀速运动时线圈的磁通量不变，不产生感应电流，故A错误;线圈沿自身所在的平面加速运动，线圈的磁通量不变，不产生感应电流，故B错误.线圈绕任意一条直径匀速转动，线圈的磁通量不断变化，会产生感应电流，故C正确.线圈沿自身所在的平面减速运动，线圈的磁通量不变化，不会产生感应电流，故D错误。故选C 10. 在如下图所示中，当S闭合瞬间，B线圈中A、B电位的关系为（ ） A. B. C. 【答案】A 【解析】A、B两线圈套在一个铁芯上，当S闭合瞬间，A线圈中的电流发生变化，在A线圈中产生的磁场发生变化，B线圈产生互感现象，根据楞次定律可判断B线圈中感应电动势的方向。感应电动势相当于电源，内部由低电位指向高电位。故选：A。 11. 根据穿过线圈的磁通变化率，计算感应电动势大小的定律是（ ） A. 欧姆定律 B. 楞次定律 C. 基尔霍夫定律 D. 电磁感应定律 【答案】D 【解析】根据法拉第电磁感应定律，线圈中感应电动势的大小与穿过线圈的磁通变化率成正比。因此，计算感应电动势大小的定律是电磁感应定律，故选D。 12. 电流变化时，线圈中会产生哪种物理现象（ ） A. 磁场变化 B. 电场变化 C. 温度变化 D. 电压变化 【答案】A 【解析】电流变化时会产生磁场变化。 13. 电感器的大小通常由其哪个参数决定？（ ） A. 匝数 B. 电压 C. 电流 D. 频率 【答案】A 【解析】A. 匝数。电感器的大小通常由其匝数决定，匝数越大，电感器的大小通常越大。 14. 如图所示，A、B是两个完全相同的灯泡，L是自感系数较大的线圈，其直流电阻忽略不计.先让开关S闭合，等到稳定后，再将S断开，则下列说法正确的是（ ） A. S闭合时，A、B同时亮，然后A灯逐渐熄灭，B灯变得更亮 B. S闭合时，A、B同时亮，然后B灯逐渐熄灭，A灯变得更亮 C. S断开时，A、B都亮一下后，才逐渐熄灭 D. S断开时，B灯立即熄灭，而A灯会亮一下后才熄灭 【答案】B 【解析】S闭合瞬间，但由于线圈的电流增加，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的增加，所以两灯同时亮，当电流稳定时，由于电阻可忽略不计，所以后面B熄灭，A变亮。故A错误，B正确;K闭合断开，A立即熄灭，但由于线圈的电流减小，导致线圈中出现感应电动势从而阻碍电流的减小，所以B亮一下再慢慢熄灭，故CD错误。故选B。 15. 有两个电感量分别为 20mH 和 30mH 的电感器并联，其等效电感量为（ ） A. 12mH B. 50mH C. 600mH D. 120mH 【答案】A 【解析】两个电感并联，等效电感量的倒数等于各电感量倒数之和。即： ，解得Leq = 12mH。选择 A 选项 16. 电感器的测量结果与什么频率的关系成反比（ ） A. 电感 B. 电容 C. 频率 D. 电阻 【答案】C 【解析】电感器的测量结果与频率的关系成反比。 17. 如图所示，自感现象中，发现当断开开关S时，灯泡的现象是（ ） A. A灯会更亮些再熄灭 B. B灯会更亮些再熄灭 C. A灯、B灯都会更亮些再熄灭 D. 两只灯泡都立即熄灭 【答案】A 【解析】当断开开关S时，线圈L中的电流突然减小，由于自感现象，线圈L会产生自感电动势，阻碍电流的减小，此时线圈L与灯泡A组成闭合回路，线圈L相当于电源，给灯泡A供电，所以灯不会立即熄灭，而是会更亮一些再熄灭，而灯泡B所在支路断路，会立即熄灭。 答案为A。 18. 互感系数为1时，表示什么情况（ ） A. 没有互感现象 B. 互感电动势最大 C. 互感电动势最小 D. 电磁耦合最弱 【答案】B 【解析】互感系数为1时，表示互感电动势最大。 19. 某线圈有200匝，0.03 s内每匝的磁通量由0.02 Wb均匀增加到0.08 Wb，线圈中感应电动势的大小为（ ） A. 20 V B. 120 V C. 400 V D. 1200 V 【答案】C 【解析】根据法拉第电磁感应定律，感应电动势大小为匝数乘以磁通量变化量再除以变化时间，即200×0.06 Wb除以0.03 s，结果为400 V。 20. 在一定的时间内，线圈中所产生的互感电动势主要由______决定。（ ） A. 电流的变化量 B. 电流的最大值 C. 电流的平均值 【答案】A 【解析】由可知，在一定时间内，线圈中的互感电动势主要由电流的变化量决定，故A正确。 二、简答题（本大题共5小题，每题3分，共15分） 21. 涡电流 【答案】把块状金属放在交变磁场中,金属块内将产生感应电流。这种电流在金属块内自成闭合回路,很像水的漩涡,因此称为涡电流,简称涡流。 【解析】当块状金属处在交变磁场中，或金属块在磁场中运动时，穿过金属内部的磁通量发生变化。根据法拉第电磁感应定律，金属内部会产生感应电动势和感应电流。由于块状金属具有连续的导电通路，这些感应电流可在金属内部形成许多闭合回路，电流方向通常呈旋涡状，因此称为涡电流，简称涡流。涡流会产生焦耳热，并可用于加热、制动等。 22. 涡流制动 【答案】导体在磁场中运动时，感应电流使导体受到安培力而总是要阻碍导体的相对运动的现象。 【解析】当导体在磁场中运动时，导体内的磁通量发生变化，因电磁感应而产生涡流。涡流在磁场中受到安培力，根据楞次定律，该安培力的方向总是阻碍导体与磁场之间的相对运动，使导体减速。这种利用涡流产生制动力的现象称为涡流制动。 23. 一闭合线圈置于匀强磁场中，磁场方向垂直线圈平面向里。如果磁感应强度在0.1s内从4T均匀减小到1T，线圈中感应电流的方向。 【答案】解：当磁感应强度从4T均匀减小到1T时，磁通量减小，根据楞次定律，感应电流的磁场应阻碍磁通量的减小，即感应磁场方向应与原磁场方向相同（向里）。因此，根据右手定则知线圈中感应电流的方向为顺时针方向。 24. 在0.001s内，线圈中的电流由0.2A增加到0.4A，线圈产生了5V的自感电动势。 （1）线圈的电感量； （2）如果线圈中的电流在0.05s内由1A减小到0.5A，它产生的自感电动势又是多少？ 【答案】（1） ；（2） 【解析】自感电动势的大小满足。 （1）由题意，，，因此 。 （2）电流变化量的大小为，变化时间为，所以。 25. 耦合系数k的物理意义是什么？如何提高两个线圈的耦合系数？ 【答案】耦合系数表示两个线圈之间磁通耦合的紧密程度，定义为，其中为互感，、分别为两个线圈的自感系数，且。提高耦合系数的方法是减少漏磁、增大两个线圈的公共磁通，例如减小线圈间距，使两个线圈同轴并尽量靠近、增大线圈的有效重叠面积，以及使用共同的高磁导率铁芯或磁芯。单纯增加线圈匝数不一定能提高耦合系数。 【解析】耦合系数定义为，它反映一个线圈产生的磁通中有多少能够与另一个线圈交链。的取值范围为：表示没有磁耦合，表示完全耦合。要提高，应减少漏磁并增加两个线圈的公共磁通，因此可使线圈同轴、靠近并增大有效重叠面积，或使两个线圈共用高磁导率铁芯、磁芯。增加匝数主要改变线圈的自感和互感数值，不能单独作为提高耦合系数的确定方法。 三、计算题（本大题共3小题，每题5分，共15分） 26. 导体长0.5m，在0.4T磁场中以10m/s速度垂直切割磁感线运动。求导体两端感应电动势大小。 【答案】E=Blv=0.4×0.5×10=2V 【解析】导体以速度垂直切割磁感线，且导体、速度方向和磁场方向两两垂直，因此动生电动势大小为。代入、、，得。所以导体两端的感应电动势大小为。 27. 如图所示，两根光滑的长直金属导轨、平行置于同一水平面内，导轨间距为L，电阻不计，、处接有如图所示的电路，电路中各电阻的阻值均为R，电容器的电容为C。长度也为L、阻值同为R的金属棒ab垂直于导轨放置，导轨处于磁感应强度为B、方向竖直向下的匀强磁场中。ab在外力作用下向右匀速运动且与导轨保持良好接触，在ab运动距离为S的过程中，整个回路中产生的焦耳热为。求 （1）ab运动速度v的大小； （2）电容器所带的电荷量。 【答案】（1） （2） 【解析】本题考查了电磁感应定律和闭合电路欧姆定律。 解：（1）设ab上产生的感应电动势为E，回路中的电流为I，ab运动距离S所用时间为t，三个电阻R与电路串联，总电阻为，则有，，，由焦耳定律得，由此得ab运动速度v的大小为。 （2）设电容器两极板间的电势差为U，则有；电容器所带电荷量：。 解得。 28. 某环形线圈的铁心用硅钢片叠成，其横截面积是，磁路的平均长度为，线圈的匝数为300匝，线圈通以的电流，硅钢片的相对磁导率为，试求： （1）铁心的磁阻； （2）通过铁心的磁通； （3）线圈的自感系数。 【答案】已知，，。 （1）；（2） ；（3）。 【解析】先进行单位换算：，。相对磁导率无量纲，因此铁心的绝对磁导率为。 （1）磁阻为 。 （2）磁动势为，因此磁通为 。 （3）线圈自感系数为。 四、综合应用题（本大题共2小题，每题5分，共10分） 29. 某机械设备的磁感应检测装置采用矩形线圈进行检测。线圈匝数为 ，有效面积为 ，线圈平面与磁场方向垂直，磁感应强度在 内由 均匀减小到 。线圈电阻为 。（1）计算线圈中产生的平均感应电动势和平均感应电流。（2）若磁感应强度变化范围不变，但变化时间延长为 ，平均感应电动势将如何变化？（3）说明磁感应强度减小时，线圈中感应电流的磁场方向应如何确定。 【答案】（1）磁通量的变化量为\[|\DeltaΦ|=A|B2-B1|=0.025\times|0.20-0.80|=0.015\ Wb\]平均感应电动势为\[\mathcal{E}=\frac{N|\DeltaΦ|}{\Delta t}=\frac{600\times0.015}{0.030}=300\ V\]平均感应电流为\[I=\frac{\mathcal{E}}{R}=\frac{300}{15}=20\ A\]（2）平均感应电动势为\[\mathcal{E}'=\frac{600\times0.015}{0.060}=150\ V\]变化时间延长为原来的2倍，平均感应电动势减小为原来的一半。（3）根据楞次定律，感应电流产生的磁场应阻碍原磁通量的减小，因此其方向与原磁场方向相同；电流方向可用右手定则确定。 【解析】线圈平面垂直磁场，单匝磁通量为Φ=BA。磁通量变化量为0.025×(0.80−0.20)=0.015 Wb，故平均感应电动势E=600×0.015/0.030=300 V，平均电流I=300/15=20 A。时间延长至0.060 s，E'=150 V，为原来的一半。磁场减小时，感应磁场应与原磁场同向，以阻碍磁通量减小，电流方向由右手定则确定。 30. 某机械设备的直流电磁接触器线圈自感系数为 。接通电源后，线圈电流在 内由零均匀增大到 。在线圈附近还安装了一个检测线圈，两个线圈的互感系数为 。断开接触器时，接触器线圈中的电流在 内由 减小到零。（1）计算接通过程中接触器线圈的平均自感电动势，以及电流达到 时线圈储存的磁场能量。（2）计算断开过程中检测线圈中产生的平均互感电动势。（3）分析断开接触器时触点处容易产生电火花的原因，并提出一种抑制措施。 【答案】（1）平均自感电动势为\[|\mathcal{E}_{自}|=L\frac{|\Delta I|}{\Delta t}=0.50\times\frac{2.0}{0.040}=25\ V\]线圈储存的磁场能量为\[W=\frac{1}{2}LI2=\frac{1}{2}\times0.50\times(2.0)^2=1.0\ J\]（2）检测线圈中的平均互感电动势为\[|\mathcal{E}_{互}|=M\frac{|\Delta I|}{\Delta t}=0.12\times\frac{2.0}{0.010}=24\ V\]（3）接触器线圈具有自感作用，断开电路时电流迅速减小，线圈会产生阻碍电流减小的较高感应电压，使触点间空气被击穿而产生电火花。可在线圈两端并联续流二极管，或设置阻容吸收电路。 【解析】接通时，平均自感电动势为E自=LΔI/Δt=0.50×2.0/0.040=25 V，储能W=1/2LI2=1.0 J。断开时，检测线圈的平均互感电动势为E互=MΔI/Δt=0.12×2.0/0.010=24 V。断开使电流快速减小，线圈产生较高自感电压，可能击穿触点空气形成电火花；可并联续流二极管或阻容吸收电路抑制。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $