高中物理教科版选修3-2检测：第一章4.楞次定律 Word版含解析

4.楞次定律
基础巩固
1.(多选)关于对楞次定律的理解,下面说法正确的是(　　)
A.感应电流的方向总是要使它的磁场阻碍原来的磁通量的变化
B.感应电流的磁场方向,总是跟原磁场方向相同
C.感应电流的磁场方向,总是跟原磁场方向相反
D.感应电流的磁场方向可以跟原磁场方向相同,也可以相反
解析:根据楞次定律,感应电流的磁场阻碍原磁场的磁通量的变化,选项A正确;感应电流的磁场方向在磁通量增加时与原磁场方向相反,在磁通量减小时与原磁场方向相同,选项B、C错误,选项D正确.
答案:AD
2.下图表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景,其中能产生由a到b的感应电流的是(　　)
解析:由右手定则判知,A中感应电流方向a→b,B、D中均为b→a.C中不产生感应电流,所以选A.
答案:A
3.如图所示,闭合线圈上方有一竖直放置的条形磁铁,磁铁的N极朝下.当磁铁向下运动时(但未插入线圈内部)(　　)
A.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同,磁铁与线圈相互吸引
B.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同,磁铁与线圈相互排斥
C.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反,磁铁与线圈相互吸引
D.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反,磁铁与线圈相互排斥
解析:由题意可知穿过线圈的磁场方向向下,磁铁向下运动造成穿过线圈的磁通量增加,由楞次定律判断感应电流的磁场方向与磁铁的磁场方向相反,由此可以判断闭合线圈的上端为N极,则其感应电流的方向与题图中所标电流方向相同,磁铁与线圈相互排斥.故选项B是正确的.
答案:B
4.如图所示,闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在匀强磁场中,将它从匀强磁场中匀速拉出,以下各种说法正确的是(　　)
A.向左拉出和向右拉出,环中的感应电流方向相反
B.向左或向右拉出时,环中的感应电流方向都是沿顺时针方向的
C.向左或向右拉出时,环中的感应电流方向都是沿逆时针方向的
D.环在离开磁场之前,就已经有了感应电流
解析:不管将金属环从哪边拉出磁场,穿过闭合圆环的磁通量都要减少,根据楞次定律可知,感应电流的磁场要阻碍原磁通量的减少,感应电流的磁场与原磁场方向相同,应用安培定则可以判断出感应电流的方向是顺时针方向的,选项B正确,选项A、C错误;在圆环离开磁场前,穿过圆环的磁通量没有改变,没有感应电流产生,故选项D错误.
答案:B
5.(多选)某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下,大小为4.5×10-5 T.一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸,河宽100 m,该河段涨潮和落潮时有海水(视为导体)流过.设落潮时,海水自西向东流,流速为2 m/s.下列说法正确的是(　　)
A.电压表记录的电压为5 mV
B.电压表记录的电压为9 mV
C.河南岸的电势较高
D.河北岸的电势较高
解析:由E=BLv=4.5×10-5×100×2 V=9×10-3 V可知选项A错误,选项B正确.再由右手定则可判断河北岸电势高,故选项C错误,选项D正确.
答案:BD
6.如图所示,矩形闭合线圈abcd竖直放置,OO'是它的对称轴,通电直导线AB与OO'平行,且AB、OO'所在平面与线圈平面垂直.如要在线圈中形成方向为abcda的感应电流,可行的做法是(　　)
A.AB中电流I逐渐增大
B.AB中电流I先增大后减小
C.AB正对OO'靠近线圈
D.线圈绕OO'轴逆时针转动90°(俯视)
解析:OO'是线框的对称轴,由题图所示可知,直导线AB中电流产生的磁场穿过线圈的磁通量为零.不管AB中电流如何变化,其穿过线圈的磁通量依旧是零,保持不变,线圈中没有感应电流产生,故选项A、B错误;AB正对OO'靠近线圈时,穿过线圈的磁通量为零,保持不变,线圈中没有感应电流产生,故选项C错误;线圈绕OO'轴逆时针转动90°(俯视),穿过线圈的磁通量增大,方向为面向纸面,由楞次定律,感应电流的磁场阻碍原磁场磁通量的变化,可知磁场方向为背向纸面,由右手螺旋定则可知感应电流方向应为abcda,故选项D正确.
答案:D
7.如图甲所示,A、B两绝缘金属环套在同一铁芯上,A环中电流iA随时间t的变化规律如图乙所示.下列说法正确的是(　　)
A.t1时刻,两环作用力最大
B.t2和t3时刻,两环相互吸引
C.t2时刻两环相互吸引,t3时刻两环相互排斥
D.t3和t4时刻,两环相互吸引
解析:t1时刻B环中感应电流为零,故两环作用力为零,则选项A错误;t2时刻A环中电流在减小,则B环中产生与A环同向的电流使二者相互吸引,同理,t3时刻也应相互吸引,故选项B正确,选项C错误;t4时刻A环中电流为零,两环无相互作用,故选项D错误.
答案:B
8.如图所示,一个闭合矩形金属框abcd与一根绝缘轻杆相连,轻杆上端O点是一个固定转动轴,转动轴与线框平面垂直,线框静止时恰位于蹄形磁铁的正中间.线框平面与磁感线垂直.现将线框从左侧某位置静止释放,并使其左右摆动,在左右摆动过程中,线框受到磁场力的方向是(　　)
A.向左摆动的过程中,受力方向向左;向右摆动的过程中,受力方向向右
B.向左摆动的过程中,受力方向向右;向右摆动的过程中,受力方向向左
C.向左摆动的过程中,受力方向先向左后向右;向右摆动的过程中,受力方向先向右后向左
D.向左、向右摆动过程中始终不受力
解析:从阻碍相对运动的角度来看,由于磁通量的变化是线框和磁场间做相对运动引起的,因此感应电流的磁场总是阻碍线框相对磁场的运动.要阻碍相对运动,磁场对线框中感应电流的作用力一定和相对运动的方向相反,即线框向左摆时受力方向向右,线框向右摆时受力方向向左,所以选项B正确.
答案:B
9.如图所示,一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方,直导线与圆环在同一竖直面内,当通电直导线中电流增大时,弹性圆环的面积S和橡皮绳的长度l将(　　)
A.S增大,l变长 B.S减小,l变短
C.S增大,l变短 D.S减小,l变长
解析:当通电导线中电流增大时,穿过金属圆环的磁通量增大,金属圆环中产生感应电流,根据楞次定律,感应电流要反抗磁通量的增大,一是用缩小面积的方式进行反抗,二是用远离直导线的方式进行反抗,故D正确.
答案:D
能力提升
1.如图所示,在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中,有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd(ad边在外,bc边在里)用绝缘轻质细杆悬挂在O点,并可绕O点摆动.金属线框从右侧某一位置静止开始释放,在摆动到左侧最高点的过程中,细杆和金属线框平面始终处于同一平面,且垂直纸面.则线框中感应电流的方向是(　　)
A.a→b→c→d→a
B.d→c→b→a→d
C.先是d→c→b→a→d,后是a→b→c→d→a
D.先是a→b→c→d→a,后是d→c→b→a→d
解析:线框从右侧摆到最低点的过程中,穿过线框的磁通量减小,由楞次定律可判断感应电流的方向为d→c→b→a→d,从最低点到左侧最高点的过程中,穿过线框的磁通量增大,由楞次定律可判断感应电流的方向为d→c→b→a→d,选项B正确.
答案:B
2.如图所示,Ⅰ和Ⅱ是一对异名磁极,ab为放在其间的金属棒,cd为一相同的金属棒.ab和cd用导线连成一个闭合回路.当ab棒向左运动时,cd棒受到向下的磁场力.下列说法正确的是(　　)
A.由此可知d点电势高于c点电势
B.由此可知Ⅰ是S极
C.由此可知Ⅰ是N极
D.当ab棒向左运动时,ab导线受到向左的磁场力
解析:cd棒受到向下的磁场力,由左手定则可知,cd棒中电流方向是由c指向d,所以c点的电势高于d点的电势,故选项A错误;ab中的电流由b流向a,ab棒向左运动,由右手定则可知,ab棒所处位置磁场方向为竖直向上,则Ⅰ是S极,Ⅱ是N极,故选项B正确,C错误;当ab棒向左运动时,因ab中的感应电流由b流向a,根据左手定则可知ab受到向右的磁场力,或者根据楞次定律可知,感应电流的效果阻碍ab相对磁场的运动,也可得出结论,故选项D错误.
答案:B
3.如图所示,一载流长直导线和一矩形导线框固定在同一平面内,线框在长直导线右侧,且其长边与长直导线平行.已知在t=0到t=t1的时间间隔内,直导线中电流i发生某种变化,而线框中的感应电流总是沿顺时针方向;线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右.设电流i正方向与图中箭头所示方向相同,则i随时间t变化的图像可能是(　　)
解析:题中“线框受到的安培力的合力先水平向左、后水平向右”表明穿过线框的磁通量先减小后增大,即导线中的电流先减小后增大,选项C、D错误;根据楞次定律,当导线中的电流先沿正方向减小时,在线框中才产生顺时针方向的感应电流,选项B错误,A正确.
答案:A
4.如图所示,均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面放置,当a绕O点在其所在平面内旋转时,b中产生顺时针方向的感应电流,且具有收缩趋势,由此可知,圆环a(　　)
A.顺时针加速旋转 B.顺时针减速旋转
C.逆时针加速旋转 D.逆时针减速旋转
解析:对选项A,当圆环a顺时针加速转动时,其产生的磁场增强,穿过圆环b向里的磁通量增加,由楞次定律得,圆环b中产生的感应电流的磁场方向向外,选项A错误,同理选项D错误;对选项B,圆环a减速转动,其产生的磁场减弱,穿过圆环b向里的磁通量减少,由楞次定律得,圆环b中产生的感应电流的磁场方向向里,由安培定则可判断出圆环b中的感应电流方向沿顺时针,同理,C选项的条件,也可使b产生顺时针方向的电流,但b收缩,说明a、b环中电流同向,故选项B正确,C错误.
答案:B
5.如图所示,匀强磁场中有两个导体圆环a、b,磁场方向与圆环所在平面垂直.磁感应强度B随时间均匀增大.两圆环半径之比为2∶1,圆环中产生的感应电动势分别为Ea和Eb,不考虑两圆环间的相互影响.下列说法正确的是(　　)
A.Ea∶Eb=4∶1,感应电流均沿逆时针方向
B.Ea∶Eb=4∶1,感应电流均沿顺时针方向
C.Ea∶Eb=2∶1,感应电流均沿逆时针方向
D.Ea∶Eb=2∶1,感应电流均沿顺时针方向
解析:根据楞次定律可知,感应电流产生的磁场方向垂直圆环所在平面向里;由右手定则知,两圆环中电流均沿顺时针方向.圆环的半径之比为2∶1,则面积之比为4∶1,据法拉第电磁感应定律得E=ΔΦΔt=ΔBSΔt,ΔBΔt为定值,故Ea∶Eb=4∶1,故选项B正确.
答案:B
6.矩形导线框固定在匀强磁场中,如图甲所示.磁感线的方向与导线框所在平面垂直,规定磁场的正方向为垂直纸面向里,磁感应强度B随时间t变化的规律如图乙所示,则(　　)
A.从0到t1时间内,导线框中电流的方向为abcda
B.从0到t1时间内,导线框中的电流越来越小
C.从0到t2时间内,导线框中电流的方向始终为adcba
D.从0到t2时间内,导线框bc边受到的安培力越来越大
解析:由题图可知,0~t2内,线圈中磁通量的变化率相同,故0到t2时间内电流的方向相同,由楞次定律可知,电路中电流方向为顺时针,即电流为adcba方向,故A错误,C正确;从0到t1时间内,线圈中磁通量的变化率相同,感应电动势恒定不变,电路中电流大小恒定不变;导线电流大小恒定,故B错误;从0到t2时间内,磁场的变化率不变,则电路中电流大小恒定不变,故由F=BIL可知,F与
B成正比,即先减小后增大,故D错误.
答案:C
7.(多选)如图所示,在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属轨道,轨道与轨道平面内的圆形线圈P相连,要使在同一平面内所包围的小闭合线圈Q内产生顺时针方向的感应电流,导线ab的运动情况可能是(　　)
A.匀速向右运动 B.加速向右运动
C.减速向右运动 D.加速向左运动
解析:本题关键是要弄清要使Q中产生顺时针方向的电流,那么穿过Q中的磁通量应如何变化.可用楞次定律步骤的逆过程来分析,要使Q中产生顺时针方向的感应电流,感应电流的磁场方向应垂直纸面指向纸内.如果穿过Q的原磁场是垂直于纸面向里的,则原磁场应减弱;如果穿过Q的原磁场是垂直于纸面向外的,则原磁场应增强.
当ab向右运动时,根据右手定则可判定出P中产生的感应电流方向是a→b→P→a,是顺时针方向,由右手定则可判知P中感应电流的磁场穿过Q中的磁感线方向向里,所以当ab向右减速运动时,可使穿过Q的向里的磁通量减小,从而使Q中产生顺时针方向的电流;当ab向左运动时,同理可判定P中感应电流的磁场穿过Q中的磁感线方向向外,所以当ab向左加速运动时,可使穿过Q的向外的磁通量增大,从而使Q中产生顺时针方向的感应电流.故正确选项为C、D.
答案:CD