新教材2023高中物理第二章电磁感应习题课楞次定律的拓展应用课件粤教版选择性必修第二册

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第二章 电磁感应习题课　楞次定律的拓展应用探究一　楞次定律的推论楞次定律中“阻碍”的表现形式1.“增反减同”.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量（原磁场磁通量）的变化.（1）当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反.（2）当原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同.口诀记为“增反减同”.【典例1】　如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ，这个过程中线圈的感应电流（　　）A.沿abcda流动B.沿dcbad流动C.先沿abcda流动，后沿dcbad流动D.先沿dcbad流动，后沿abcda流动解析：由条形磁铁的磁场分布可知，线圈在位置Ⅱ时穿过闭合线圈的磁通量最小，为零，线圈从位置Ⅰ到位置Ⅱ，从下向上穿过线圈的磁通量在减少，线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ，从上向下穿过线圈的磁通量在增加，根据楞次定律可知感应电流的方向是abcda.答案：A2.“来拒去留”.由于磁场与导体的相对运动产生电磁感应现象时，产生的感应电流与磁场间有力的作用，这种力的作用会“阻碍”相对运动.口诀记为“来拒去留”.【典例2】　如图所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是（　　）A.向右摆动　　　　 B.向左摆动C.静止 D.无法判定解析：当磁铁突然向铜环运动时，穿过铜环的磁通量增加，为阻碍磁通量的增加，铜环远离磁铁向右摆动，故选A.答案：A3.“增缩减扩”.当闭合电路中有感应电流产生时，电路的各部分导线就会受到安培力作用，会使电路的面积有变化（或有变化趋势）.（1）若原磁通量增加，则通过减小有效面积起到阻碍的作用.（2）若原磁通量减小，则通过增大有效面积起到阻碍的作用.口诀记为“增缩减扩”.注意：本方法适用于磁感线单方向穿过闭合回路的情况.【典例3】　（多选）如图所示，匀强磁场垂直于软导线回路平面，由于磁场发生变化，回路变为圆形，则磁场（　　）A.逐渐增强，方向向外B.逐渐增强，方向向里C.逐渐减弱，方向向外D.逐渐减弱，方向向里解析：对于线圈来说，圆形面积最大，即由于磁场变化导致线圈面积变大，根据楞次定律的推论增缩减扩，可判断磁场在减弱，可能是方向向外的磁场逐渐减弱，也可能是方向向里的磁场逐渐减弱，选项C、D正确.答案：CD4.“增远减靠”.（1）若原磁通量增加，则通过远离磁场源起到阻碍的作用.（2）若原磁通量减小，则通过靠近磁场源起到阻碍的作用.口诀记为“增远减靠”.【典例4】　一长直铁芯上绕有一固定线圈M，铁芯右端与一木质圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合金属环N，N可在木质圆柱上无摩擦移动，M连接在如图所示的电路中，其中R为滑动变阻器，E1和E2为直流电源，S为单刀双掷开关，下列情况中，可观测到N向左运动的是（　　）A.在S断开的情况下，S向a闭合的瞬间B.在S断开的情况下，S向b闭合的瞬间C.在S已向a闭合的情况下，将R的滑片向c端移动时D.在S已向a闭合的情况下，将R的滑片向d端移动时解析：根据题意知，圆环N向左运动，根据“增离减靠”原则知，线圈M上的磁场在减弱，流过M的电流在减小，故C正确.答案：C感应电流阻碍磁通量变化的表现发生电磁感应现象时，通过什么方式来“阻碍”原磁通量的变化要根据具体情况而定.可能是阻碍导体的相对运动，也可能是改变线圈的有效面积，还可能是通过远离或靠近变化的磁场源来阻碍原磁通量的变化.也可能几种方法同时表现，只要能阻碍磁通量的变化即可.1.1931年，英国物理学家狄拉克从理论上预言：存在只有一个磁极的粒子，即“磁单极子”.1982年，美国物理学家卡布莱设计了一个寻找磁单极子的实验.他设想，如果一个只有N极的磁单极子从上向下穿过如图所示的超导线圈，那么，从上向下看，超导线圈将出现（　　）A.先有逆时针方向的感应电流，然后有顺时针方向的感应电流B.先有顺时针方向的感应电流，然后有逆时针方向的感应电流C.始终有顺时针方向持续流动的感应电流D.始终有逆时针方向持续流动的感应电流解析：在磁单极子运动的过程中，当磁单极子位于超导线圈上方时，原磁场的方向向下，磁通量增加，则感应电流的磁场方向向上，由安培定则可知，产生逆时针（俯视）方向的感应电流；当磁单极子位于超导线圈下方时，原磁场的方向向上，磁通量减小，则感应电流的磁场方向向上，由安培定则可知，产生逆时针（俯视）方向的感应电流，故选项D正确.答案：D2.如图所示，在载流直导线旁固定有两平行光滑导轨A、B，导轨与直导线平行且在同一水平面内，在导轨上有两个可自由滑动的导体ab和cd.当载流直导线中的电流逐渐增大时，导体ab和cd的运动情况是（　　）A.一起向左运动B.一起向右运动C.ab和cd相向运动，相互靠近D.ab和cd相背运动，相互远离解析：由于在闭合回路abdc中，ab和cd电流方向相反，所以两导体运动方向一定相反，排除A、B；当载流直导线中的电流逐渐增大时，穿过闭合回路的磁通量增大，根据楞次定律，感应电流总是阻碍穿过回路的磁通量的变化，所以两导体相互靠近，减小面积，达到阻碍磁通量增大的目的.故选C.答案：C3.（多选）如图所示，光滑固定导轨m、n水平放置，两根导体棒p、q平行放于导轨上，形成一个闭合回路.当一条形磁铁从高处下落接近回路时（　　）A.p、q将互相靠拢B.p、q将互相远离C.磁铁的加速度仍为gD.磁铁的加速度小于g解析：根据楞次定律的另一表述——感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因，本题中的“原因”是回路中的磁通量增加，归根结底是磁铁靠近回路，“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近，即来拒去留，所以p、q将相互靠近且磁铁的加速度小于g，故选项A、D正确.答案：AD4.（多选）如图所示，导轨间的磁场方向垂直于纸面向里，当导线MN在导轨上向右加速滑动时，正对电磁铁A的圆形金属环B中（说明：导体棒切割磁感线速度越大，感应电流越大）（　　）A.MN受到的安培力方向水平向左B.MN受到的安培力方向水平向右C.有感应电流，且B被A吸引D.有感应电流，且B被A排斥解析：MN向右加速滑动，根据右手定则，MN中的电流方向从N→M，且大小在逐渐变大，根据左手定则知MN受到的安培力方向水平向左，故选项A正确，B错误；根据安培定则知，电磁铁A内部的磁场方向向左，且大小逐渐增强，根据楞次定律知，B环中的感应电流产生的磁场方向向右，B被A排斥，选项D正确，C错误.答案：AD探究二　“三定则一定律”的综合应用安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的适用场合及因果关系如下表所示.综合运用这几个规律的关键是分清各个规律的适用场合，不能混淆.【典例5】　（多选）如图所示装置中，cd杆光滑且原来静止.当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动（导体棒切割磁感线速度越大，感应电流越大）（　　）A.向右匀速运动　　 B.向右加速运动C.向左加速运动 D.向左减速运动解析：ab杆向右匀速运动，在ab杆中产生恒定的电流，该电流在线圈L1中产生恒定的磁场，在L2中不产生感应电流，所以cd杆不动，故A错误；ab杆向右加速运动，根据右手定则知，在ab杆上产生增大的由a到b的电流，根据安培定则，在L1中产生方向向上且增强的磁场，该磁场向下通过L2，由楞次定律，cd杆中的电流由c到d，根据左手定则，cd杆受到向右的安培力，向右运动，故B正确；同理可知C错误，D正确.答案：BD“三定则一定律”的应用技巧（1）应用楞次定律时，一般要用到安培定则.（2）研究感应电流受到的安培力时，一般先用右手定则确定电流方向，再用左手定则确定安培力方向，有时也可以直接应用楞次定律的推论确定.5.（多选）如图，一铁芯上绕有两个线圈，一线圈上接一南北放置的直导线，一能自由转动的小磁针悬挂在直导线正上方，开关未闭合时小磁针处于静止状态.下列说法正确的是（　　）A.开关闭合后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动B.开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向C.开关闭合并保持一段时间后，小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动解析：由电路可知，开关闭合瞬间，右侧线圈正面环绕部分的电流向下，由安培定则可知，直导线在铁芯中产生向右的磁场，由楞次定律可知，左侧线圈正面环绕部分产生向上的电流，则直导线中的电流方向由南向北，由安培定则可知，直导线在小磁针所在位置产生垂直纸面向里的磁场，则小磁针由N极朝垂直纸面向里的方向转动，选项A正确；开关闭合并保持一段时间后，穿过左侧线圈的磁通量不变，则左侧线圈中的感应电流为零，直导线不产生磁场，则小磁针静止不动，选项B、C错误；开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，穿过左侧线圈向右的磁通量减少，则由楞次定律可知，左侧线圈正面环绕部分产生向下的感应电流，则流过直导线的电流方向由北向南，直导线在小磁针所在处产生垂直纸面向外的磁场，则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动，选项D正确.答案：AD6.如图所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向如图.左线圈连着平行导轨M和N，导轨电阻不计，在导轨垂直方向上放着金属棒ab，金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场中，下列说法中正确的是（　　）A.当金属棒向右匀速运动时，a点电势高于b点，c点电势高于d点B.当金属棒向右匀速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点C.当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点D.当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于c点解析：当金属棒向右匀速运动时产生恒定感应电流，所以穿过右线圈的磁通量保持不变，不产生感应电流，A、B错误；当金属棒向右做加速运动时，由右手定则可推断φb>φa，电流沿逆时针方向且不断增大，由安培定则可判断它在铁芯中的磁感线沿逆时针方向且不断增加，所以右线圈中的磁通量向上且不断增加.由楞次定律可知右线圈的感应磁场向下，则右边电路的感应电流方向应沿逆时针，所以d点电势高于c点，C错误、D正确.答案：D探究三　从能量角度理解楞次定律感应电流的产生并不是创造了能量.导体做切割磁感线运动时，产生感应电流，感应电流受到安培力作用，导体克服安培力做功从而实现其他形式的能向电能的转化，所以楞次定律的“阻碍”是能量转化和守恒的体现.【典例6】　如图所示，铜质金属环从条形磁铁的正上方由静止开始水平下落，在下落过程中，下列判断正确的是（　　）A.金属环在下落过程中的机械能守恒B.金属环在下落过程中动能的增加量小于其重力势能的减少量C.金属环的机械能先减小后增大D.磁铁对桌面的压力始终大于其自身的重力解析：金属环在下落过程中，磁通量发生变化产生感应电流，金属环受到磁场力的作用，机械能不守恒，选项A错误；由能量守恒可知，金属环重力势能的减少量等于其动能的增加量和在金属环中产生的电能之和，选项B正确；金属环下落的过程中，机械能不停地转变为电能，机械能一直减少，选项C错误；当环下落到磁铁中央位置时，环中感应电流为0，环与磁铁间无作用，磁铁对桌面压力等于重力，D错误.答案：B7.（多选）我国已研制成功高温超导磁悬浮高速列车，如图所示就是磁悬浮的原理图，图中A是圆柱形磁铁，B是用高温超导材料制成的超导线圈（电阻为零）.将超导线圈B水平放在磁铁A上，它就能在磁场的作用下悬浮在磁铁A上方的空中.以下说法正确的是（　　）A.在B放入磁场的过程中，B中将产生感应电流，当稳定后，感应电流仍存在B.在B放入磁场的过程中，B中将产生感应电流，当稳定后，感应电流消失C.如A的N极朝上，B中感应电流的方向如图中所示（从上向下看为逆时针方向）D.如A的N极朝上，B中感应电流的方向与图中所示的相反解析：在线圈B放入磁场过程中，穿过线圈的磁通量从无到有，即磁通量发生变化，在线圈B中产生感应电流，由于B线圈是用高温超导材料制成的，电阻为零，故稳定后感应电流仍存在，选项A正确，B错误；线圈B因受到向上的安培力而悬浮，将B看成小磁针，其下端为N极，由安培定则可知B中感应电流方向与图中所示的相反，选项C错误，D正确.答案：AD8.如图所示，固定的水平长直导线中通有电流I，矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行.线框由静止释放，在下落过程中（　　）A.穿过线框的磁通量保持不变B.线框中感应电流方向保持不变C.线框所受安培力的合力为零D.线框的机械能不断增大解析：线框在下落过程中，所在位置磁场减弱，穿过线框的磁感线的条数减少，磁通量减小，故选项A错误；下落过程中，因为磁通量随线框下落而减小，根据楞次定律，感应电流的磁场与原磁场方向相同，所以感应电流的方向不变，故选项B正确；线框左右两边受到的安培力互相抵消，上边受到的安培力大于下边受到的安培力，安培力合力不为零，故选项C错误；线框中产生电能，机械能减小，故选项D错误.答案：B