高中物理人教版能力提升练习 选修3-2第4章 电磁感应现象　楞次定律 Word版含解析

1.如图所示,在纸面内放有一个条形磁铁和一个圆形线圈(位于磁铁正中央),下列情况中能使线圈中产生感应电流的是 (　　)
A.将磁铁在纸面内向上平移
B.将磁铁在纸面内向右平移
C.将磁铁绕垂直纸面的轴转动
D.将磁铁的N极转向纸外,S极转向纸内
【解析】选D。图示位置,没有磁感线穿过线圈,线圈的磁通量为零,将磁铁在纸面内向上平移时,线圈的磁通量仍为零,没有变化,所以线圈中没有感应电流产生,故A错误;图示位置,没有磁感线穿过线圈,线圈的磁通量为零,将磁铁在纸面内向右平移时,线圈的磁通量仍为零,没有变化,所以线圈中没有感应电流产生,故B错误;图示位置,没有磁感线穿过线圈,线圈的磁通量为零,将磁铁绕垂直纸面的轴转动,线圈的磁通量仍为零,没有变化,所以线圈中没有感应电流产生,故C错误;将磁铁的N极转向纸外,S极转向纸内,将有磁感线穿过线圈,线圈的磁通量增大,将产生感应电流,故D正确。
2.研究人员发现了一种具有独特属性的新型合金,只要略微提高其温度,这种合金就会变成强磁性合金,从而使它旁边的线圈中产生感应电流。如图,一圆形线圈放在圆柱形合金材料下方,现对合金材料进行加热,则 (　　)
A.线圈中将产生逆时针方向的电流
B.线圈中将产生顺时针方向的电流
C.线圈将有收缩的趋势
D.线圈将有扩张的趋势
【解析】选C。提高温度,这种合金会从非磁性合金变成强磁性合金,穿过线圈的磁通量增大,从而在线圈中产生电流。由于原磁场的方向未知,所以不能判断出感应电流的方向。故A、B错误;当合金材料的磁场增大时,穿过线圈的磁通量增大,则线圈产生的感应电流阻碍磁通量的增大,面积有缩小的趋势。故C正确,D错误。
【补偿训练】
如图所示,学校某教室正南面的钢窗原来是关着的,现在将其中一扇钢窗迅速朝外推开,从室内观察,则钢窗中 (　　)
A.不会产生感应电流
B.会产生感应电流,电流方向为顺时针方向
C.会产生感应电流,电流方向为逆时针方向
D.会产生感应电流,但是电流方向无法判定
【解析】选C。由于地磁场磁感线由南向北通过钢窗,当迅速朝外推开,导致穿过的磁通量变小,根据感应电流产生的条件:只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流;结合楞次定律可知,从室内观察钢窗中电流方向为逆时针方向,故C正确,A、B、D错误。
3.(2019·济南模拟)目前,我国的电磁弹射技术已达到世界先进水平,将很快装备到下一代航母中,航母上舰载机电磁弹射的驱动原理如图所示,当闭合开关S,固定线圈中突然通过直流电流时,线圈左侧的金属环(连接舰载机)被弹射出去,则 (　　)
A.闭合S的瞬间,从左侧看环中感应电流沿逆时针方向
B.若将电池正负极调换后,金属环弹射方向改变
C.若金属环置于线圈的右侧,金属环将向左弹射
D.若金属环置于线圈的右侧,金属环将向右弹射
　【解题指南】解答本题需明确以下两点:
(1)由右手螺旋定则可求得线圈中的磁场方向;
(2)再由楞次定律明确电流方向及环的受力方向。
【解析】选D。线圈中电流为右侧流入,磁场方向为向左,在闭合开关的过程中,磁场变强,则由楞次定律可知,感应电流由左侧看为顺时针。故A错误;电池正负极调换后,根据“来拒去留”可得,金属环受力向左,故仍将向左弹出。故B错误;若环放在线圈右方,根据“来拒去留”可得,环将向右运动。故C错误,D正确。
4.如图所示,两平行导线通有大小、方向都相同的电流I,导线框abcd与两导线在同一平面内,从位置1一直运动到位置2,在此过程中,导线框中感应电流 (　　)
A.一直沿abcda方向
B.先沿abcda方向,后沿adcba方向
C.先沿adcba方向,后沿abcda方向
D.先沿abcda方向,接着沿adcba方向,最后沿abcda方向
【解析】选A。根据安培定则和磁场的叠加原理判断得知,在中线OO′右侧磁场向外,左侧磁场向里。当导线框位于中线OO′左侧运动时,磁场向里,磁通量减少,根据楞次定律可知,感应电流方向为abcda;当导线框经过中线OO′,磁场方向先向里,后向外,磁通量先减小,后增加,根据楞次定律,可知感应电流方向为abcda;当导线框位于中线OO′右侧运动时,磁场向外,磁通量增大,根据楞次定律可知,感应电流方向为abcda;由分析可知,从位置1一直运动到位置2,在此过程中,导线框中感应电流一直沿abcda方向,故A正确,B、C、D错误。
5.(2019·沈阳模拟)如图所示,竖直放置的足够长的U形金属框架中,定值电阻为R,其他电阻均可忽略,ef是一水平放置的电阻可忽略的导体棒,导体棒质量为m,棒的两端始终与ab、cd保持良好接触,且能沿框架无摩擦下滑,整个装置放在与框架平面垂直的匀强磁场中,当导体棒ef从静止下滑一段时间后闭合开关S,则S闭合后 (　　)
A.导体棒ef的加速度一定大于g
B.导体棒ef的加速度一定小于g
C.导体棒ef机械能一定守恒
D.导体棒ef机械能一定减少
【解析】选D。当ef从静止下滑一段时间后闭合S,ef将切割磁感线产生感应电流,受到竖直向上的安培力,若安培力大于2mg,则由牛顿第二定律得知,ef的加速度大小可能大于g;若安培力小于mg,则ef的加速度大小可能小于g,选项A、B错误;闭合S,ef将切割磁感线产生感应电流,则ef的机械能减小转化为电能,选项C错误,D正确。
6.如图甲所示,金属圆环在垂直于环面的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B随时间t按正弦规律变化,如图乙所示。已知磁场方向垂直于环面向里为正方向,则下列说法错误的是 (　　)
A.t1～t3时间内,环中感应电流沿顺时针
B.t2时刻,穿过圆环的磁通量为0,圆环中无感应电流
C.0～t4时间内,金属圆环出现两次收缩趋势,两次扩张趋势
D.t2～t3时间内,环上某一段受到的安培力指向圆心
【解析】选B。根据楞次定律,t1～t3时间内,环中感应电流方向一直沿顺时针方向,选项A正确; t2时刻,穿过圆环的磁通量为0,但磁通量的变化率最大,所以圆环中感应电流为最大值,选项B错误; 当磁感应强度增大时,根据楞次定律可知,金属圆环有收缩的趋势,当磁感应强度减小时,金属圆环有扩张趋势,从图象可以看出,0～t4时间内,金属圆环出现两次收缩趋势,两次扩张趋势,选项C正确; t2～t3时间内穿过圆环的磁通量逐渐增大,环有收缩的趋势,环上某一段受到的安培力的方向一定指向圆心,选项D正确。
7.(多选)(2019·长沙模拟)如图所示,水平面内有两条相互垂直且彼此绝缘的通电长直导线,以它们为坐标轴构成一个平面直角坐标系。四个相同的圆形闭合线圈在四个象限内完全对称放置,两直导线中的电流大小与变化情况完全相同,电流方向如图中所示,当两直导线中的电流都增大时,四个线圈a、b、c、d中感应电流的情况是 (　　)
A.线圈a中有感应电流　 　 B.线圈b中有感应电流
C.线圈c中无感应电流 D.线圈d中无感应电流
【解析】选A、D。由安培定则可判定通电导线周围磁场的方向。ac象限磁场不为零,a中磁场垂直纸面向里,当电流增大时,线圈a中有逆时针方向的电流,A正确;bd区域中的磁通量为零,当电流变化时不可能产生感应电流,B错误,D正确;ac象限磁场不为零,当电流增大时,线圈c中有顺时针方向的电流,C错误。
8.如图所示,在水平地面下有一条沿东西方向铺设的水平直导线,导线中通有自东向西的稳定、强大的直流电流,现有一闭合的检测线圈(线圈中串有灵敏的电流表,图中未画出),若不考虑地磁场的影响,检测线圈位于水平面内,从距直导线很远处由北向南沿水平地面通过导线的上方并移至距直导线很远处的过程中,俯视检测线圈,其中的感应电流的方向是 (　　)
A.先顺时针,后逆时针
B.先逆时针,后顺时针
C.先逆时针,接着顺时针,然后再变为逆时针
D.先顺时针,接着逆时针,然后再变为顺时针
【解析】选C。根据右手螺旋定则可确定题图所示的电流周围的磁场方向;当检测线圈水平向南移动时,由于通电导线的磁场作用,导致穿过线圈的磁通量发生变化,从而产生感应电流,因此有:先向下的磁通量在增加,则感应电流方向为逆时针;当超过正上方后,向下的磁场在减小,所以感应电流方向为顺时针;当继续向南移动时,向上磁场在减弱,则感应电流方向为逆时针,故C正确,A、B、D均错误。
9.如图所示,水平放置的绝缘桌面上有一个金属圆环,圆心的正上方有一用轻质弹簧悬挂的条形磁铁。现将磁铁托起到弹簧处于原长时放开,磁铁将沿竖直方向上下振动。若磁铁在振动过程中始终没有接触桌面,则有 (　　)
A.磁铁上下振动时,金属圆环中将产生方向始终不变的感应电流
B.当磁铁运动到最低点时,圆环中产生的感应电流最大
C.在磁铁向下运动的过程中,圆环对桌面的压力大于圆环的重力
D.当磁铁静止不动后,磁铁减少的重力势能全部转化为圆环中产生的电能
【解析】选C。当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时,闭合导体环内的磁通量增大,磁铁向上运动的过程中闭合导体环内的磁通量减小,根据楞次定律可知磁铁上下振动时,金属圆环中将产生方向始终不断变化的感应电流,故A错误;当磁铁运动到最低点时,环内的磁通量不变,根据感应电流的条件可知,圆环中不产生感应电流,故B错误;根据楞次定律可知:当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时,闭合导体环内的磁通量增大,因此线圈做出的反应是面积有收缩的趋势,同时将远离磁铁,故增大了和桌面的挤压程度,从而使导体环对桌面压力增大,故C正确;磁铁上下运动的过程中磁铁的重力势能、动能、弹簧的弹性势能都不断变化,同时圆环中产生电能;所以磁铁静止不动后,磁铁减少的重力势能转化为弹簧的弹性势能与圆环中产生的电能,故D错误。
【补偿训练】
如图所示,直导线AB与圆线圈的平面垂直且隔有一小段距离,直导线固定,线圈可以自由运动,当它们同时通以如图箭头所示的电流时,从右向左看,线圈将 (　　)
A.顺时针转动,同时靠近直导线AB
B.顺时针转动,同时远离直导线AB
C.逆时针转动,同时靠近直导线AB
D.逆时针转动,同时远离直导线AB
【解析】选A。根据安培定则可知,通电导线AB在右侧产生的磁场方向垂直纸面向里。采用电流元法,将圆环分成前后两半,根据左手定则可知,外侧半圆受到的安培力向上,内侧受到的安培力向下,从右向左看,圆环将顺时针转动;特殊位置:圆环转过90°时,通电直导线AB对左半圆环产生吸引力,对右半圆环产生排斥力,由于吸引力大于排斥力,圆环靠近AB,故A正确,B、C、D错误。
10.如图所示,金属棒ab、金属导轨和螺线管组成闭合回路,金属棒ab在匀强磁场B中沿导轨向右运动,则 (　　)
A.ab棒不受安培力作用
B.ab棒所受安培力的方向向右
C.ab棒向右运动速度v越大,所受安培力越大
D.螺线管产生的磁场,A端为N极
【解析】选C。金属棒ab沿导轨向右运动时,安培力方向向左,以“阻碍”其运动,故A、B错误;金属棒ab沿导轨向右运动时,感应电动势E=Blv,感应电流I=,安培力F=BIl=,可见运动速度v越大,所受安培力越大,故C正确;由右手定则可知,流过金属棒ab的感应电流的方向是由b到a,所以流过螺线管的电流方向是从A端到达B端,根据右手螺旋定则可知,螺线管的A端为S极,故D错误。
11.如图甲所示,圆形线圈P静止在水平桌面上,其正上方固定一螺线管Q,P和Q共轴,Q中通有变化电流i,电流随时间变化的规律如图乙所示,P所受的重力为G,桌面对P的支持力FN,则 (　　)
A.t1时刻FN>G,P有扩张的趋势
B.t2时刻FN=G,P有收缩的趋势
C.t3时刻FN=G,此时P中有感应电流
D.t4时刻FN【解析】选C。当螺线管中电流增大时,其形成的磁场不断增强,因此线圈P中的磁通量增大,根据楞次定律可知线圈P将阻碍其磁通量的增大,故线圈有远离和面积收缩的趋势,即FN>G,P有缩小的趋势,故A错误;当螺线管中电流不变时,其形成磁场不变,线圈P中的磁通量不变,因此线圈中无感应电流产生,故t2时刻FN=G,P没有收缩的趋势,故B错误;t3时刻螺线管中电流为零,但是线圈P中磁通量是变化的,因此此时线圈中有感应电流;由于t3时刻螺线管中电流为零,所以P与螺线管之间没有作用力,FN=G,故C正确;当螺线管中电流不变时,其形成磁场不变,线圈P中的磁通量不变,因此线圈中无感应电流产生,故t4时刻FN=G,此时穿过P的磁通量不为零,故D错误。
12.(多选)(2019·大连模拟)如图所示,环形金属软弹簧所处平面与某一匀强磁场垂直,将弹簧沿半径方向向外拉成圆形,则以下措施不能使该金属弹簧中产生电磁感应现象的是 (　　)
A.保持该圆的周长不变,将弹簧由圆形拉成方形
B.保持该圆的周长不变,将弹簧由圆形拉成三角形
C.保持该圆的面积不变,将弹簧由圆形拉成方形
D.保持该圆的面积不变,将弹簧由圆形拉成三角形
【解析】选C、D。保持该圆的周长不变,将弹簧由圆形拉成方形,闭合电路的磁通量发生变化,从而产生感应电流,故A正确;保持该圆的周长不变,将弹簧由圆形拉成三角形,闭合电路的磁通量发生变化,从而产生感应电流,故B正确;保持该圆的面积不变,将弹簧由圆形拉成方形,则穿过闭合电路的磁通量不变,不会产生感应电流,故C错误;保持该圆的面积不变,将弹簧由圆形拉成三角形,则穿过闭合电路的磁通量不变,不会产生感应电流,故D错误。
13.如图所示,左侧闭合电路中的电流大小为I1,ab为一段长直导线,右侧平行金属导轨的左端连接有与ab平行的长直导线cd,在远离cd导线的右侧空间存在与导轨平面垂直的匀强磁场,在磁场区域放置垂直导轨且与导轨接触良好的导体棒MN,当导体棒沿导轨匀速运动时,可以在cd上产生大小为I2的感应电流,已知I1>I2,不计匀强磁场对导线ab和cd的作用,用f1和f2分别表示导线cd对ab的安培力大小和ab对cd的安培力大小,下列说法中正确的是 (　　)
A.若MN向左运动,ab与cd两导线相互吸引,f1=f2
B.若MN向右运动,ab与cd两导线相互吸引,f1=f2
C.若MN向左运动,ab与cd两导线相互吸引,f1>f2
D.若MN向右运动,ab与cd两导线相互吸引,f1>f2
【解析】选B。由题图可知,流过ab的电流的方向向下;由右手定则可知,当MN向左运动时,电流的方向从M指向N,则流过cd的电流的方向向上,与ab中电流的方向相反,所以ab与cd两导线相互排斥,故A、C错误;由右手定则可知,当MN向右运动时,电流的方向从N指向M,则流过cd的电流的方向向下,与ab中电流的方向相同,所以ab与cd两导线相互吸引。导线cd对ab的安培力和ab对cd的安培力是一对作用力与反作用力,大小相等,方向相反,故B正确,D错误。
14.(多选)(2019·郑州模拟)如图甲所示,等离子气流由左方连续以速度v0射入M和N两板间的匀强磁场中,ab直导线与M、N相连接,线圈A与直导线cd连接,线圈A内有按图乙所示规律变化的磁场,且规定向左为磁场B的正方向,则下列叙述正确的是 (　　)
A.0～1 s内,ab、cd导线互相排斥
B.1～2 s内,ab、cd导线互相吸引
C.2～3 s内,ab、cd导线互相吸引
D.3～4 s内,ab、cd导线互相排斥
【解析】选B、D。根据左手定则,可判定等离子气流中的正离子向上极板M偏转,负离子向下极板N偏转,所以ab中电流方向是由a向b的。在第1 s内,线圈A内磁场方向向右,磁感应强度减小,由楞次定律可知感应电流方向是由c向d的,根据ab、cd内电流的流向关系,可知两导线相互吸引,故A项错误;在第2 s内,线圈A内磁场方向向左,磁感应强度增加,由楞次定律可知感应电流的方向是由c向d的,根据电流的流向关系可知两导线相互吸引,故B项正确;同理可以判断C项错误,D项正确。
【补偿训练】
　　如图甲所示。在同一平面内有两个绝缘金属细圆环A、B,两环重叠部分的面积为圆环A面积的一半,圆环B中电流i随时间t的变化关系如图乙所示,以甲图圆环B中所示的电流方向为负,则A环中 (　　)
A.没有感应电流
B.有逆时针方向的感应电流
C.有顺时针方向的感应电流
D.感应电流先沿顺时针方向,后沿逆时针方向
【解析】选B。由安培定则可知,当电流为负方向时;环A产生的磁场分布为:环内垂直纸面向外,环外垂直纸面向里,由于内部的磁场大于外部的磁场,由矢量的叠加原理可知A环总磁通量向外;当圆环B中的电流强度I逐渐减小时,导致A环中产生感应电流。根据楞次定律,则有感应电流的方向逆时针。同理可知;当圆环B中的电流强度反向逐渐增大时,A环中产生的感应电流大小和方向均不变化;故B正确,A、C、D错误。