2022-2023學年高中物理 第1章 電磁感應(yīng) 習題課3 楞次定律的應(yīng)用練習 教科版選修3-2

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1、2022-2023學年高中物理 第1章 電磁感應(yīng) 習題課3 楞次定律的應(yīng)用練習 教科版選修3-2 一、基礎(chǔ)練 1．如圖所示，無限大磁場的方向垂直于紙面向里，A圖中線圈在紙面內(nèi)由小變大(由圖中實線矩形變成虛線矩形)，B圖中線圈正繞a點在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，C圖與D圖中線圈正繞OO′軸轉(zhuǎn)動，則線圈中不能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　) 答案　B 解析　選項A中線圈面積S變化；選項C、D中線圈面與磁感應(yīng)強度B的夾角變化，都會導致穿過線圈的磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流．選項B中，B、S及兩者夾角均不變，穿過線圈的磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流． 2．水平固定的大環(huán)中通過恒定的強電流I，從上向下看為逆時針方向，如

2、圖1所示，有一小銅環(huán)，從上向下穿過大圓環(huán)，且保持環(huán)面與大環(huán)平行且共軸，下落過程中小環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流的過程是(　　) 圖1 A．只有小環(huán)在接近大環(huán)的過程中 B．只有小環(huán)在遠離大環(huán)的過程中 C．只有小環(huán)在經(jīng)過大環(huán)的過程中 D．小環(huán)下落的整個過程 答案　D 解析　由環(huán)形電流磁感線的分布可知小環(huán)在運動過程中無論是接近還是遠離大環(huán)，小環(huán)的磁通量均在變化，所以小環(huán)下落的整個過程均能產(chǎn)生感應(yīng)電流．故選D. 3．如圖2所示，一對大磁極，中間處可視為勻強磁場，上、下邊緣處為非勻強磁場，一矩形導線框abcd保持水平，從兩磁極間中心上方某處開始下落，并穿過磁場(　　) 圖2 A.線框中有

3、感應(yīng)電流，方向是先a→b→c→d→a后d→c→b→a→d B.線框中有感應(yīng)電流，方向是先d→c→b→a→d后a→b→c→d→a C．受磁場的作用，線框要發(fā)生轉(zhuǎn)動 D．線框中始終沒有感應(yīng)電流 答案　D 解析　由于線框從兩極間中心上方某處開始下落，根據(jù)對稱性知，下落過程中穿過abcd的磁通量始終是零，沒有變化，所以始終沒有感應(yīng)電流，因此不會受磁場的作用．故選項D正確． 4．如圖3所示，當磁鐵運動時，流過電阻的電流由A經(jīng)R到B，則磁鐵的運動可能是(　　) 圖3 A．向下運動B．向上運動 C．向左平移D．向右平移 答案　BCDR→R→B，應(yīng)用安培定則得知感應(yīng)電流在螺線管內(nèi)產(chǎn)

4、生的磁場方向向下；(2)由楞次定律判斷得螺線管內(nèi)的磁通量變化應(yīng)是向下的減小或向上的增加；(3)由條形磁鐵的磁感線分布知螺線管內(nèi)原磁場方向是向下的，故應(yīng)是磁通量減小，磁鐵向上運動、向左或向右平移都會導致通過螺線管內(nèi)的向下的磁通量減小． 5．在圖4中，MN為一根固定的通有恒定電流I的長直導線，導線框abcd與MN在同一豎直平面內(nèi)(彼此絕緣)，當導線框以豎直向下的速度v經(jīng)過圖示位置時，線框中感應(yīng)電流方向如何？ 圖4 答案　abcda 解析　MN中的電流在MN上方和下方的磁場如圖所示．“·”表示磁感線垂直于紙面向外，“×”表示磁感線垂直于紙面向里，線框在圖示位置時，線框在MN上面的部分

5、與MN間所包圍的“·”的磁感線將要減少，線框在MN下方的部分與MN間所包圍的“×”將要增多，總的來說，線框所圍面積的“·”將要減少，“×”將要增多，根據(jù)“增反減同”這一口訣，可知感應(yīng)電流的磁場方向與“·”同向，與“×”反向，由右手螺旋定則可知線框中感應(yīng)電流方向為abcda. 二、提升練 6．兩圓環(huán)A、B置于同一水平面上，其中A為均勻帶電絕緣環(huán)，B為導體環(huán)．當A以如圖5所示的方向繞中心轉(zhuǎn)動的角速度發(fā)生變化時，B中產(chǎn)生如圖所示方向的感應(yīng)電流，則(　　) 圖5 A．A可能帶正電且轉(zhuǎn)速減小 B．A可能帶正電且轉(zhuǎn)速增大 C．A可能帶負電且轉(zhuǎn)速減小 D．A可能帶負電且轉(zhuǎn)速增大 答案　B

6、C 解析　選取A環(huán)為研究對象，若A環(huán)帶正電，且轉(zhuǎn)速增大，則使穿過環(huán)面的磁通量向里增加．由楞次定律知，B環(huán)中感應(yīng)電流的磁場方向向外，B環(huán)中感應(yīng)電流的方向應(yīng)為逆時針方向，故A錯誤，B正確；若A環(huán)帶負電，且轉(zhuǎn)速增大，則使穿過環(huán)面的磁通量向外增加，由楞次定律知，B環(huán)中感應(yīng)電流的磁場方向向里，B環(huán)中感應(yīng)電流的方向應(yīng)為順時針方向，故C正確，D錯誤． 7．如圖6所示，同一平面內(nèi)的三條平行導線串有兩個電阻R和r，導體棒PQ與三條導線接觸良好，勻強磁場的方向垂直紙面向里．導體棒的電阻可忽略，當導體棒向左滑動時，下列說法正確的是(　　) 圖6 A．流過R的電流為由d到c，流過r的電流為由b到a B．

7、流過R的電流為由c到d，流過r的電流為由b到a C．流過R的電流為由d到c，流過r的電流為由a到b D．流過R的電流為由c到d，流過r的電流為由a到b 答案　B 解析　根據(jù)磁場方向和導體棒的運動方向，用右手定則可以判斷出在PQ中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向由P指向Q，即導體棒下端電勢高、上端電勢低，所以在接入R的閉合電路中，電流由c流向d，在接入r的閉合電路中，電流由b流向a. 8．如圖7所示，金屬裸導線框abcd放在水平光滑金屬導軌上，在磁場中向右運動，勻強磁場垂直水平面向下，則(　　) 圖7 A．G1表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) B．G2表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn) C．G1表的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)

8、D．G2表的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn) 答案　AB 解析　ab導線與G電表形成回路，導線框向右運動時，回路中磁通量增加，產(chǎn)生感應(yīng)電流，故兩電表均有電流． 9．如圖8所示，在空間中存在兩個相鄰的、磁感應(yīng)強度大小相等、方向相反的有界勻強磁場，其寬度均為L.現(xiàn)將寬度也為L的矩形閉合線圈，從圖示位置垂直于磁場方向勻速拉過磁場區(qū)域，則在該過程中，能正確反映線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流或其所受的安培力隨時間變化的圖象是(　　) 圖8 答案　D 解析　由楞次定律可知，當矩形導線框進入磁場和出磁場時，磁場力總是阻礙物體的運動，方向始終向左，所以外力F始終水平向右，因安培力的大小不同，故選項D是正確的，選項C

9、是錯誤的．當矩形導線框進入磁場時，由法拉第電磁感應(yīng)定律判斷，感應(yīng)電流的大小在中間時是最大的，所以選項A、B是錯誤的． 點評　題中并沒有明確電流或安培力的正方向，所以開始時取正值或負值都可以，關(guān)鍵是圖象能否正確反映過程的特點． 圖9 10．如圖9所示，一個有彈性的金屬圓環(huán)被一根橡皮繩吊于通電直導線的正下方，直導線與圓環(huán)在同一豎直面內(nèi)，當通電直導線中電流增大時，彈性圓環(huán)的面積S和橡皮繩的長度l將(　　) A．S增大，l變長 B．S減小，l變短 C．S增大，l變短 D．S減小，l變長 答案　D 解析　當通電直導線中電流增大時，穿過金屬圓環(huán)的磁通量增大，金屬圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，根

10、據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流要阻礙磁通量的增大：一是用縮小面積的方式進行阻礙；二是用遠離直導線的方法進行阻礙，故D正確． 11．如圖10所示，粗糙水平桌面上有一質(zhì)量為m的銅質(zhì)矩形線圈，當一豎直放置的條形磁鐵從線圈中線AB正上方等高快速經(jīng)過時，若線圈始終不動，則關(guān)于線圈受到的支持力N及在水平方向運動趨勢的正確判斷是(　　) 圖10 A．N先小于mg后大于mg，運動趨勢向左 B．N先大于mg后小于mg，運動趨勢向左 C．N先小于mg后大于mg，運動趨勢向右 D．N先大于mg后小于mg，運動趨勢向右 答案　D 解析　本題考查電磁感應(yīng)有關(guān)的知識，為中等難度題目．條形磁鐵從線圈正上方等高快速

11、經(jīng)過時，通過線圈的磁通量先增加后減?。斖ㄟ^線圈的磁通量增加時，為阻礙其增加，在豎直方向上線圈有向下運動的趨勢，所以線圈受到的支持力大于其重力，在水平方向上有向右運動的趨勢．當通過線圈的磁通量減小時，為阻礙其減小，在豎直方向上線圈有向上運動的趨勢，所以線圈受到的支持力小于其重力，在水平方向上有向右運動的趨勢．綜上所述，線圈所受到的支持力先大于重力后小于重力，運動趨勢總是向右． 12．如圖11所示，在勻強磁場中放置一個電阻不計的平行金屬導軌，導軌跟大線圈M相連，導軌上放一根導線ab，磁感線垂直于導軌所在平面，欲使M所包圍的小閉合線圈N產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，則導線的運動情況可能是(　　)

12、 圖11 A．勻速向右運動B．加速向右運動 C．減速向右運動D．加速向左運動 答案　CD 解析　N中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，必須是M中順時針方向的電流減小，或逆時針方向的電流增大，故選項C、D滿足這一要求． 13．如圖12甲所示，長直導線與閉合金屬線框位于同一平面內(nèi)，長直導線中的電流i隨時間t的變化關(guān)系如圖乙所示．在0～時間內(nèi)，直導線中電流方向向上，則在～T時間內(nèi)，線框中感應(yīng)電流的方向與所受安培力方向正確的是(　　) 圖12 A．感應(yīng)電流方向為順時針，線框受安培力的合力方向向左 B．感應(yīng)電流方向為逆時針，線框受安培力的合力方向向右 C．感應(yīng)電流方向為順時針，線框受安培

13、力的合力方向向右 D．感應(yīng)電流方向為逆時針，線框受安培力的合力方向向左 答案　C 解析　在～T時間內(nèi)，直導線中的電流方向向下且增大，穿過線圈的磁通量垂直紙面向外且增加，由楞次定律知感應(yīng)電流方向為順時針，線框所受安培力由左手定則可知向右，所以C正確． 點評　右手定則適用于閉合電路部分導體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況；左手定則適用于通電導體在磁場中的受力情況．應(yīng)用時應(yīng)注意抓住“因果關(guān)系”，即“因動而電”用右手，“因電而動”用左手． 14．某同學在實驗室里熟悉各種儀器的使用，他將一條形磁鐵放在水平轉(zhuǎn)盤上，如圖13甲所示，磁鐵可隨轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，另將一磁感應(yīng)強度傳感器固定在轉(zhuǎn)盤旁邊．當轉(zhuǎn)盤(及磁鐵

14、)轉(zhuǎn)動時，引起磁感應(yīng)強度測量值周期性地變化，該變化的周期與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動周期一致．經(jīng)過操作，該同學在計算機上得到了如圖乙所示的圖象．該同學猜測磁感應(yīng)強度傳感器內(nèi)有一線圈，當測得的磁感應(yīng)強度最大時就是穿過線圈的磁通量最大時．按照這種猜測(　　) 圖13 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＝0.15s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)電流的大小達到了最大值 D．在t＝0.15s時刻，線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小達到了最大值 答案　AC 解析　根據(jù)圖象可知，0.1s為磁感應(yīng)強度最大的位置，并且突然從增

15、大變?yōu)闇p小，所以感應(yīng)電流應(yīng)該最大并且改變方向． 15．如圖14所示，處于勻強磁場中的兩根足夠長、電阻不計的平行金屬導軌相距1m，導軌平面與水平面成θ＝37°角，下端連接阻值為R的電阻．勻強磁場方向與導軌平面垂直，質(zhì)量為0.2kg、電阻不計的金屬棒放在兩導軌上，棒與導軌垂直并保持良好接觸，它們之間的動摩擦因數(shù)為0.25. 圖14 (1)求金屬棒沿導軌由靜止開始下滑時的加速度大?。? (2)當金屬棒下滑速度達到穩(wěn)定時，電阻R消耗的功率為8W，求該速度的大?。? (3)在上問中，若R＝2Ω，金屬棒中的電流方向由a到b，求磁感應(yīng)強度的大小與方向． (g取10m/s2，sin37°＝0.6，

16、cos37°＝0.8) 答案　(1)4m/s2　(2)10 m/s　(3)0.4T　方向垂直導軌平面向上 解析　(1)金屬棒開始下滑的初速度為零，根據(jù)牛頓第二定律得 mgsinθ－μmgcosθ＝ma① 由①式解得 a＝10×(0.6－0.25×0.8) m/s2＝4 m/s2② (2)設(shè)金屬棒運動達到穩(wěn)定時，速度為v，所受安培力為F，棒在沿導軌方向受力平衡 mgsinθ－μmgcosθ－F＝0③ 此時金屬棒克服安培力做功的功率等于電路中電阻R消耗的電功率Fv＝P④ 由③④兩式解得： v＝＝m/s ＝10m/s⑤ (3)設(shè)電路中電流為I，兩導軌間金屬棒的長為L，磁場的磁感應(yīng)強度為B I＝⑥ P＝I2R⑦ 由⑥⑦兩式解得： B＝＝T＝0.4T 磁場方向垂直導軌平面向上