2.1 楞次定律
一、单项选择题(共12小题;共48分)
1. 随着新能源轿车的普及,无线充电技术得到进一步开发和应用,一般给大功率电动汽车充电时利用的是电磁感应原理。如图所示,由地面供电装置(主要装置有线圈和电源)将电能传送至电动汽车底部的感应装置(主要装置是线圈),该装置使用接收到的电能对车载电池进行充电,供电装置与车身接收装置之间通过磁场传送能量,由于电磁辐射等因素,其能量传输效率只能达到 左右。无线充电桩一般采用平铺式放置,用户无须下车、无须插电即可对电动汽车进行充电。目前,无线充电桩可以允许的充电有效距离一般为 ,允许的错位误差一般为 左右。下列说法正确的是
A. 无线充电桩的优越性之一是在百米开外也可以对电动汽车快速充电
B. 车身感应装置线圈中感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
C. 车身感应装置线圈中感应电流的磁场总是与地面供电装置线圈中电流的磁场方向相反
D. 若线圈均采用超导材料则能量的传输效率有望达到
2. 如图所示, 为一金属杆,它处在垂直于纸面向里的匀强磁场中,可绕 点在纸面内转动; 为以 为圆心位于纸面内的金属环;在杆转动过程中,杆的 端与金属环保持良好接触; 为电流表,其一端与金属环相连,一端与 点良好接触。当杆沿顺时针方向转动时,某时刻 杆的位置如图所示,则此时刻
A. 有电流通过电流表,方向由 向 ,作用于 的安培力向右
B. 有电流通过电流表,方向由 向 ,作用于 的安培力向左
C. 有电流通过电流表,方向由 向 ,作用于 的安培力向右
D. 无电流通过电流表,作用于 的安培力为零
3. 如图是飞机在上海市由北往南飞行表演过程画面,当飞机从水平位置飞到竖直位置时,相对于飞行员来说,关于飞机的左右机翼电势高低的说法正确的是
A. 不管水平飞行还是竖直向上飞行,都是飞机的左侧机翼电势高
B. 不管水平飞行还是竖直向上飞行,都是飞稱的右机翼电势高
C. 水平飞行时,飞机的右侧机翼电势高,竖直向上飞行时,飞机的左侧机翼电势高
D. 水平飞行时,飞机的左侧机翼电势高;竖直向上飞行时,飞机的右侧机翼电势高
4. 磁单极子自 年被狄拉克提出以来,科学家们一直都在努力寻找其存在的确凿证据。如果一个只有 极的磁单极子从上向下穿过如图所示的闭合超导线圈,则从上向下看,这个线圈中将出现
A. 先逆时针后顺时针的感应电流
B. 先顺时针后逆时针的感应电流
C. 逆时针方向的持续流动的感应电流
D. 顺时针方向的持续流动的感应电流
5. 变压器的铁芯是利用薄硅钢片叠压而成的,而不是采用一整块硅钢,这是因为
A. 增大涡流,提高变压器的效率
B. 减小涡流,提高变压器的效率
C. 增大铁芯中的电阻,以产生更多的热量
D. 减小铁芯中的电阻,以减小发热量
6. 利用所学物理知识,可以初步了解安检中常用的一种手持金属探测器的工作原理及 相关问题。这种手持金属探测器工作时,因其内部的探测器线圈内通有一定频率(该频率可 在固定的频率范围内调节)的正弦交变电流,产生迅速变化的磁场。如果该种探测器附近有 金属物品,在金属物品中会感应出涡流,涡流的磁场反过来影响探测器线圈中的电流,引发 探测器蜂鸣报警。金属物品中感应出的涡流越大对探测器线圈中的电流的影响越大,金属物 品中感应出涡流的大小与正弦交变电流的频率以及被检测金属物品的尺寸和导电的性能有 关。关于该种金属探测器,下列说法中正确的是
A. 金属物品中产生的涡流的变化频率与探测器线圈中的交变电流的频率可能不同
B. 当探测器中通有的交变电流频率不在工作频率范围内时,被检测金属物品中就不产 生感应电流
C. 探测器线圈中通低频率的正弦交变电流更容易检测出尺寸小、电阻率大的金属物品
D. 该种金属探测器能检测有无金属物品,但不能准确区分金属的种类
7. 长直导线 中通有定电流 ,其正下方有矩形导线 。在下列哪种情况下, 中有顺时针方向的感应电流产生
A. 导线框匀速向右移动 B. 导线框加速向右移动
C. 导线框匀速向下移动 D. 导线框加速向左移动
8. 关于楞次定律下列说法正确的是
A. 感应电流的磁场总是要阻止引起感应电流的磁通量的变化
B. 感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
C. 感应电流的磁场总是跟引起感应电流的原磁场方向相反
D. 穿过闭合回路的原磁场减弱时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反
9. 如右图所示,两个同心放置且共面的金属圆环 和 ,条形磁铁穿过圆心且与两环面垂直,通过两环的磁通量 、 、比较,则
A. > B. < C. = D. 不能确定
10. 如图所示,两个完全相同且互相垂直的导体圆环 , 中间用绝缘细线 连接,悬挂在天花板下,当 , 中同时通入图中所示方向的电流时,关于两圆环的转动(从上向下看)以及 , 间细线张力的变化,下列判断正确的是
A. , 均不转动,细线张力不变
B. , 都顺时针转动,细线张力减小
C. 顺时针转动, 逆时针转动,细线张力减小
D. 逆时针转动, 顺时针转动,细线张力增大
11. 如图 、 、 三个圆环在同一平面内, 环中通有电流。当 环中产生顺时针方向的感应电流时,则下列关于 环中电流与 、 环受力的说法正确的是
A. 顺时针增强, 环有收缩趋势 B. 顺时针减弱, 环有扩张趋势
C. 逆时针增强, 环有扩张趋势 D. 逆时针减弱, 环有扩张趋势
12. 置于匀强磁场中的金属圆盘中央和边缘各引出一根导线,与套在铁芯上部的线圈 相连。套在铁芯下部的线圈 引出两根导线接在两根水平导轨上,如图所示,导轨上有一根金属棒 处在垂直于纸面向外的匀强磁场中。正确说法中正确的是
A. 圆盘顺时针加速转动时, 棒将向右运动
B. 圆盘顺时针匀速转动时, 棒将向右运动
C. 圆盘顺时针减速转动时, 棒将向右运动
D. 圆盘逆时针加速转动时, 棒将向左运动
二、填空题(共3小题;共8分)
13. 如图所示,导体棒在磁场中垂直磁场方向向右做切割磁感线运动,则 、 两端的电势关系是 。
14. 如图所示,在一个水平放置且闭合的线圈上方放一条形磁铁,当条形磁铁向上运动时,线圈中产生的感应电流方向从上往下看为 (选填“顺时针”或“逆时针”)方向。
15. 如图所示,一水平放置的矩形线圈在条形磁铁 极附近下落,在下落过程中,线圈平面保持水平,位置 和 都靠近位置 ,则线圈从位置 到位置 的过程中,线圈内感应电流方向为 ,线圈从位置 到位置 的过程中,线圈内感应电流方向为 。(从上往下看)
三、解答题(共2小题;共26分)
16. 在某星球上的宇航员,为了确定该星球是否存在磁场,他手边有一根表面绝缘的长导线和一个灵敏电流计,现请你指导他如何操作。
17. 如图所示,垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度 ,磁场有明显的圆形边界,圆形面积为 ,圆心为 ,现在纸面内先后放上 、 两个圆形闭合单匝线圈,圆心均在 处, 线圈面积为 , 线圈面积为 。求:
(1)此时线圈 中的磁通量 。
(2)磁感应强度 大小、方向均不变,线圈 绕某一直径转过 时,线圈 中的磁通量 ;旋转过程中线圈 中是否有感应电流产生
(3)磁感应强度 的大小、方向均不变,线圈 绕某一直径转过 的过程中,线圈 中的磁通量改变量 。
四、实验题(共1小题;共4分)
18. 在“探究感应电流的方向与哪些因素有关”的实验中。
(1)为弄清灵敏电流计指针摆动方向与电流方向的关系,可以使用一个已知正负极性的直流电源进行探究。某同学想到了多用电表内部某一挡含有直流电源,他应选用多用电表的 挡(填“欧姆”“直流电流”“直流电压”“交流电流”或“交流电压”)对灵敏电流计进行测试。由实验可知,当电流从正接线柱流入电流计时,指针向右摆动。
(2)如图甲所示,实验中该同学将条形磁铁从线圈上方向下插入线圈过程中(线圈绕向如图乙所示),电流计的指针向 (填“左”或“右”)偏转。
五、综合应用题(共1小题;共13分)
19. 如图所示,金属环 用轻绳悬挂,与长直螺线管共轴,并位于其左侧。
()若变阻器滑片 向右移动,则金属环 将向 (填“左”或“右”)运动,并有 (填“收缩”或“扩张”)趋势。
()若断开开关 ,则金属环 将 (填“保持不动”“向左运动”或“向右运动”)。
答案
第一部分
1. B
【解析】题中给出无线充电桩可以允许的充电有效距离一般为 ,在百米开外无法充电,故A项错误;无线充电桩是通过改变地面供电装置的电流使电动汽车底部的感应装置产生感应电流,根据楞次定律可知,车身感应装置线圈中感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,故B项正确;由于不知道地面供电装置的电流是增大还是减小,故车身感应装置线圈中感应电流的磁场不一定总是与地面供电装置线圈中电流的磁场方向相反,故C项错误;由于电磁辐射等因素,传输效率不可能达到 ,故D项错误。
2. A
【解析】当金属杆 顺时针方向转动时,切割磁感线,由法拉第电磁感应定律知产生感应电动势,由右手定则可知将产生由 到 的感应电流,电流表的 端与 端相连 端通过金属环与 端相连,则通过电流表的电流是由 到 ,而金属杆在磁场中会受到安培力的作用,由左手定则可判断出安培力的方向为水平向右,阻碍金属杆的运动,所以A正确。
3. D
【解析】地磁场在北半球有竖直向下和由南向北的水平分量,水平飞行时,飞机的两翼切割竖直向下的磁感线,根据右手定则可知,左侧机翼电势高;竖直向上飞行时,两翼切割水平方向的磁感线,根据右手定则可知,机翼右侧电势高,故D正确,ABC错误;故选:D。
4. D
5. B
【解析】不使用整块硅钢而是采用很薄的硅钢片,这样做的目的是增大铁芯中的电阻,阻断涡流回路,来减少电能转化成铁芯的内能,提高效率,所以B正确。
6. D
7. C
【解析】根据右手定则,直导线在下方产生的磁场方向为垂直纸面向里,离导线越近磁场越强。导线框不论加速或者匀速左右移动,磁通量都不发生变化,只有远离或者靠近导线磁通量才会变化,C选项,导线框向下移动,根据楞次定律,磁通量减少,产生与原磁场方向相同的磁场,根据右手定则,产生顺时针方向电流与题干要求相符。
8. B
9. A
【解析】磁感线是闭合曲线,在条形磁铁外部从 极到 极,在内部从 极到 极。由于圆环 的面积小于圆环 的面积,因此从外部 极到 极穿过 面的磁感线条数少,而内部从 极到 极的磁感线条数一样,于是穿过 面的总磁通量大,选项A正确。
10. C
【解析】假设 固定不动,分析 上各部分在 产生的磁场中的受力情况,可判断 绕 顶时针转动(从上向下看);由牛顿第三定律可知, 产生的磁场必定使 逆时针转动,转动的最终结果会使两环在同一平面内,并且 , 两点处电流方向相同,由于同向电流相互吸引,细线张力会减小。
11. B
12. C
第二部分
13.
14. 顺时针
15. 顺时针方向;顺时针方向
【解析】首先画出磁极周围的磁感线分布情况,如图所示,
从图上可知,线圈从位置 到位置 的过程中,穿过线圈的磁通量减小,根据楞次定律,感应电流的磁场与原磁场方向相同,再根据右手螺旋定则可知,从上往下看线圈中的感应电流方向为顺时针方向;线圈从位置 到位置 的过程中,穿过线圈的磁通量增大,根据楞次定律,感应电流的磁场与原磁场方向相反,再根据右手螺旋定则可知,从上往下看线圈中的感应电流方向为顺时针方向。
第三部分
16. 将长导线和灵敏电流计组成闭合电路,把长导线沿各方向运动,看灵敏电流计指针是否晃动,以此判断该星球是否存在磁场。
17. (1)
【解析】线圈 中的磁通量 。
(2) ;旋转过程中线圈 的磁通量减小,根据楞次定律,会有感应电流产生
(3)
【解析】规定穿过原磁通量的方向为正,故初状态线圈 中的磁通量:;
线圈 绕某一直经转过 后的磁通量:
,
。
第四部分
18. (1) 欧姆
【解析】电压表和电流表内部不含电源,只有欧姆表内部有电源,所以应选多用电表的欧姆挡。
(2) 右
【解析】由图示导线绕法,根据楞次定律可以判断电流从电流表正极流入,所以指针向右偏转。
第五部分
19. 右;扩张;保持不动
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