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

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1、2022-2023學(xué)年高中物理 第1章 電磁感應(yīng) 習(xí)題課3 楞次定律的應(yīng)用練習(xí) 教科版選修3-2 一、基礎(chǔ)練 1．如圖所示，無限大磁場(chǎng)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(shí)線矩形變成虛線矩形)，B圖中線圈正繞a點(diǎn)在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，C圖與D圖中線圈正繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)，則線圈中不能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　) 答案　B 解析　選項(xiàng)A中線圈面積S變化；選項(xiàng)C、D中線圈面與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的夾角變化，都會(huì)導(dǎo)致穿過線圈的磁通量變化而產(chǎn)生感應(yīng)電流．選項(xiàng)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(qiáng)電流I，從上向下看為逆時(shí)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(yuǎn)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(gè)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(yùn)動(dòng)過程中無論是接近還是遠(yuǎn)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(gè)過程均能產(chǎn)生感應(yīng)電流．故選D. 3．如圖2所示，一對(duì)大磁極，中間處可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，上、下邊緣處為非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一矩形導(dǎo)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(chǎng)(　　) 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(chǎng)的作用，線框要發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng) 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(duì)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(huì)受磁場(chǎng)的作用．故選項(xiàng)D正確． 4．如圖3所示，當(dāng)磁鐵運(yùn)動(dòng)時(shí)，流過電阻的電流由A經(jīng)R到B，則磁鐵的運(yùn)動(dòng)可能是(　　) 圖3 A．向下運(yùn)動(dòng)B．向上運(yùn)動(dòng) 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(chǎng)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(chǎng)方向是向下的，故應(yīng)是磁通量減小，磁鐵向上運(yùn)動(dòng)、向左或向右平移都會(huì)導(dǎo)致通過螺線管內(nèi)的向下的磁通量減?。? 5．在圖4中，MN為一根固定的通有恒定電流I的長(zhǎng)直導(dǎo)線，導(dǎo)線框abcd與MN在同一豎直平面內(nèi)(彼此絕緣)，當(dāng)導(dǎo)線框以豎直向下的速度v經(jīng)過圖示位置時(shí)，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(chǎng)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(shí)，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(chǎng)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?yàn)閍bcda. 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(dǎo)體環(huán)．當(dāng)A以如圖5所示的方向繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度發(fā)生變化時(shí)，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(fù)電且轉(zhuǎn)速減小 D．A可能帶負(fù)電且轉(zhuǎn)速增大 答案　B

6、C 解析　選取A環(huán)為研究對(duì)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(chǎng)方向向外，B環(huán)中感應(yīng)電流的方向應(yīng)為逆時(shí)針方向，故A錯(cuò)誤，B正確；若A環(huán)帶負(fù)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(chǎng)方向向里，B環(huán)中感應(yīng)電流的方向應(yīng)為順時(shí)針方向，故C正確，D錯(cuò)誤． 7．如圖6所示，同一平面內(nèi)的三條平行導(dǎo)線串有兩個(gè)電阻R和r，導(dǎo)體棒PQ與三條導(dǎo)線接觸良好，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直紙面向里．導(dǎo)體棒的電阻可忽略，當(dāng)導(dǎo)體棒向左滑動(dòng)時(shí)，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(chǎng)方向和導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)方向，用右手定則可以判斷出在PQ中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由P指向Q，即導(dǎo)體棒下端電勢(shì)高、上端電勢(shì)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(dǎo)線框abcd放在水平光滑金屬導(dǎo)軌上，在磁場(chǎng)中向右運(yùn)動(dòng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)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(dǎo)線與G電表形成回路，導(dǎo)線框向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(gè)相鄰的、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其寬度均為L(zhǎng).現(xiàn)將寬度也為L(zhǎng)的矩形閉合線圈，從圖示位置垂直于磁場(chǎng)方向勻速拉過磁場(chǎng)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(shí)間變化的圖象是(　　) 圖8 答案　D 解析　由楞次定律可知，當(dāng)矩形導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)和出磁場(chǎng)時(shí)，磁場(chǎng)力總是阻礙物體的運(yùn)動(dòng)，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(xiàng)D是正確的，選項(xiàng)C

9、是錯(cuò)誤的．當(dāng)矩形導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，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(shí)是最大的，所以選項(xiàng)A、B是錯(cuò)誤的． 點(diǎn)評(píng)　題中并沒有明確電流或安培力的正方向，所以開始時(shí)取正值或負(fù)值都可以，關(guān)鍵是圖象能否正確反映過程的特點(diǎn)． 圖9 10．如圖9所示，一個(gè)有彈性的金屬圓環(huán)被一根橡皮繩吊于通電直導(dǎo)線的正下方，直導(dǎo)線與圓環(huán)在同一豎直面內(nèi)，當(dāng)通電直導(dǎo)線中電流增大時(shí)，彈性圓環(huán)的面積S和橡皮繩的長(zhǎng)度l將(　　) A．S增大，l變長(zhǎng) B．S減小，l變短 C．S增大，l變短 D．S減小，l變長(zhǎng) 答案　D 解析　當(dāng)通電直導(dǎo)線中電流增大時(shí)，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(jìn)行阻礙；二是用遠(yuǎn)離直導(dǎo)線的方法進(jìn)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(dāng)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(shí)，若線圈始終不動(dòng)，則關(guān)于線圈受到的支持力N及在水平方向運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的正確判斷是(　　) 圖10 A．N先小于mg后大于mg，運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向左 B．N先大于mg后小于mg，運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向左 C．N先小于mg后大于mg，運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向右 D．N先大于mg后小于mg，運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)向右 答案　D 解析　本題考查電磁感應(yīng)有關(guān)的知識(shí)，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(shí)，通過線圈的磁通量先增加后減?。?dāng)通過線圈的磁通量增加時(shí)，為阻礙其增加，在豎直方向上線圈有向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，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(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)．當(dāng)通過線圈的磁通量減小時(shí)，為阻礙其減小，在豎直方向上線圈有向上運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，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(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)．綜上所述，線圈所受到的支持力先大于重力后小于重力，運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)總是向右． 12．如圖11所示，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中放置一個(gè)電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌跟大線圈M相連，導(dǎo)軌上放一根導(dǎo)線ab，磁感線垂直于導(dǎo)軌所在平面，欲使M所包圍的小閉合線圈N產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流，則導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況可能是(　　)

12、 圖11 A．勻速向右運(yùn)動(dòng)B．加速向右運(yùn)動(dòng) C．減速向右運(yùn)動(dòng)D．加速向左運(yùn)動(dòng) 答案　CD 解析　N中產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流，必須是M中順時(shí)針方向的電流減小，或逆時(shí)針方向的電流增大，故選項(xiàng)C、D滿足這一要求． 13．如圖12甲所示，長(zhǎng)直導(dǎo)線與閉合金屬線框位于同一平面內(nèi)，長(zhǎng)直導(dǎo)線中的電流i隨時(shí)間t的變化關(guān)系如圖乙所示．在0～時(shí)間內(nèi)，直導(dǎo)線中電流方向向上，則在～T時(shí)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?yàn)轫槙r(shí)針，線框受安培力的合力方向向左 B．感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，線框受安培力的合力方向向右 C．感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針，線框受安培

13、力的合力方向向右 D．感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，線框受安培力的合力方向向左 答案　C 解析　在～T時(shí)間內(nèi)，直導(dǎo)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?yàn)轫槙r(shí)針，線框所受安培力由左手定則可知向右，所以C正確． 點(diǎn)評(píng)　右手定則適用于閉合電路部分導(dǎo)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(dǎo)體在磁場(chǎng)中的受力情況．應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意抓住“因果關(guān)系”，即“因動(dòng)而電”用右手，“因電而動(dòng)”用左手． 14．某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)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(dòng)，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

14、)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，引起磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量值周期性地變化，該變化的周期與轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)周期一致．經(jīng)過操作，該同學(xué)在計(jì)算機(jī)上得到了如圖乙所示的圖象．該同學(xué)猜測(cè)磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器內(nèi)有一線圈，當(dāng)測(cè)得的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大時(shí)就是穿過線圈的磁通量最大時(shí)．按照這種猜測(cè)(　　) 圖13 A．在t＝0.1s時(shí)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(shí)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(shí)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＝0.15s時(shí)刻，線圈內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小達(dá)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(qiáng)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(qiáng)磁場(chǎng)中的兩根足夠長(zhǎng)、電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌相距1m，導(dǎo)軌平面與水平面成θ＝37°角，下端連接阻值為R的電阻．勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向與導(dǎo)軌平面垂直，質(zhì)量為0.2kg、電阻不計(jì)的金屬棒放在兩導(dǎo)軌上，棒與導(dǎo)軌垂直并保持良好接觸，它們之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為0.25. 圖14 (1)求金屬棒沿導(dǎo)軌由靜止開始下滑時(shí)的加速度大?。? (2)當(dāng)金屬棒下滑速度達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，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(qiáng)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(dǎo)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(yùn)動(dòng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，速度為v，所受安培力為F，棒在沿導(dǎo)軌方向受力平衡 mgsinθ－μmgcosθ－F＝0③ 此時(shí)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(dǎo)軌間金屬棒的長(zhǎng)為L(zhǎng)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B I＝⑥ P＝I2R⑦ 由⑥⑦兩式解得： B＝＝T＝0.4T 磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向上