高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 楞次定律精品课后练习题
展开基础篇
一、单选题
1.如图所示的各种情境中,满足磁铁与线圈相互排斥,通过R的感应电流方向从a到b的是( )
【答案】B
【解析】由“来拒去留”可知,磁铁靠近线圈,则磁铁与线圈相互排斥;由题目中A、B图可知,当磁铁竖直向下运动时,穿过线圈的磁场方向向下且磁通量增大,由楞次定律可知感应电流的磁场向上,则由右手螺旋定则可知电流方向从a经过R到b,而A的开关断开,故A错误,B正确;由“来拒去留”可知,磁铁远离线圈,则磁铁与线圈相互吸引;由题目中C图可知,当磁铁竖直向上运动时,穿过线圈的磁场方向向上且磁通量减小,由楞次定律可知感应电流的磁场向上,则由右手螺旋定则可知电流方向从a经过R到b,故C错误;由题目中D图可知,当磁铁竖直向上运动时,穿过线圈的磁场方向向下且磁通量减小,由楞次定律可知感应电流的磁场向下,则由右手螺旋定则可知电流方向从b经过R到a,故D错误。
故选:B。
2.(2020·全国Ⅲ卷)如图,水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈,右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态,电路接通的瞬间,可观察到( )
A.拨至M端或N端,圆环都向左运动
B.拨至M端或N端,圆环都向右运动
C.拨至M端时圆环向左运动,拨至N端时向右运动
D.拨至M端时圆环向右运动,拨至N端时向左运动
【答案】B
【解析】不论开关S拨至M端或N端,穿过右边金属圆环的磁通量都会增加,由楞次定律的“增缩减扩”可知,圆环向右运动才能减小磁通量的增加,故B正确。
故选:B。
3.如图所示,紧绕有闭合线圈的绝缘圆筒放在电子秤的非磁性材料托盘(图中未画出)上,一条形磁铁(N极向下)从圆筒正上方由静止释放后插入圆筒。空气阻力不计。对磁铁插入圆筒且未碰到托盘的过程,下列说法正确的是( )
A.磁铁的机械能守恒
B.磁铁的加速度恒定
C.通过电阻的电流方向如图中箭头所示
D.与磁铁尚未运动时相比电子秤的示数增大
【答案】D
【解析】磁铁下落过程中,线圈中会产生感应电流,机械能转化为电能,则磁铁的机械能减小,选项A错误;磁铁下落过程中,穿过线圈的磁通量的变化率逐渐变化,则产生的感应电流逐渐变化,磁铁受到的向上的安培力变化,则加速度会变化,选项B错误;根据楞次定律可知,通过电阻的电流方向为如题图中箭头反方向,选项C错误;磁铁下落过程中穿过线圈的磁通量变大,线圈中产生的感应电流的磁场方向向上,即螺线管上端为N极,则磁铁对螺线管有向下的作用力,则电子秤的示数与磁铁尚未运动时相比增大,选项D正确。
故选:D。
4.如图,a和b都是铝环,环a是闭合的,环b是断开的,两环分别固定在一横梁的两端,横梁可以绕中间的支点转动。下列判断正确的是( )
A.用磁铁的N极靠近a环时,a环会转动靠近磁铁
B.用磁铁的N极靠近b环时,b环会转动靠近磁铁
C.用磁铁的N极靠近a环,a环会有逆时针方向的感应电流产生
D.用磁铁的N极靠近b环,b环会有顺时针方向的感应电流产生
【答案】C
【解析】a环闭合,磁铁靠近a环时,由“来拒去留”可知,a环会远离磁铁,故A错误;b环不闭合,磁铁靠近b环时,环内不产生感应电流,因此环不受到磁场的作用,横杆不转动,故B错误;用N极接近环a时,向里的磁通量增大,所以a环中感应电流的磁场的方向向外,环a能产生逆时针的感应电流,由于不闭合,磁铁靠近b环时,环内不产生感应电流,故C正确,D错误。
故选:C。
提升篇
一、单选题
1.如图所示,两个线圈的绕向相同,其中右侧线圈与电流表构成闭合回路,要使得右侧线圈中产生的感应电流由c到d流过电流表,且电流表示数恒定,则左侧线圈中的电流随时间变化的图像可能是(规定左侧线圈中从a到b的电流方向为正方向)( )
【答案】A
【解析】当右侧线圈中产生的感应电流由c到d流过电流表时,感应电流的磁场方向向右;根据楞次定律可知,穿过线圈的磁通量若方向向右,则正在减小,若穿过线圈的磁通量的方向向左,则正在增大;根据安培定则可知,此时左侧线圈中的电流随时间变化是从a到b正在增大,或电流的方向从b到a,正在减小。故A正确,B、C、D错误。
故选:A。
2.现代汽车中有一种防抱死系统(简称ABS),该系统有一个自动检测车速的装置,用来控制车轮的转动,其原理如图所示:铁质齿轮P与车轮同步转动,右侧紧靠有一个绕有线圈 的条形磁体,磁体的左端是S极,右端是N极,M是一个电流检测器。当车轮带动齿轮转动时,这时由于铁齿靠近或离开线圈时,使穿过线圈的磁通量发生变化,导致线圈中产生了感应电流。这个脉冲电流信号经放大后去控制制动机构,可有效地防止车轮制动时被抱死。在齿A从图中所示位置顺时针转到虚线位置过程中,M中的感应电流方向为( )
A.—直从右向左
B.—直从左向右
C.先从右向左,后从左向右
D.先从左向右,后从右向左
【答案】D
【解析】当铁齿靠近磁铁时被磁化,磁场方向向右,先是A下面的齿离开,穿过线圈的磁通量向右减小,接着A齿靠近,穿过线圈的磁通量向右增加,所以感应电流磁场先向右再向左,根据安培定则判断感应电流方向先从左向右,后从右向左,所以A、B、C错误,D正确。
故选:D。
3.如图所示,在一固定水平放置的闭合导体圆环上方,有一条形磁铁,从离地面高h处,由静止开始下落,最后落在水平地面上。磁铁下落过程中始终保持竖直方向,并从圆环中心穿过圆环,而不与圆环接触。若不计空气阻力,重力加速度为g,下列说法中正确的是( )
A.在磁铁下落的整个过程中,圆环中的感应电流方向先逆时针后顺时针(从上向下看圆环)
B.磁铁在整个下落过程中,所受线圈对它的作用力先竖直向上后竖直向下
C.磁铁在整个下落过程中,它的机械能不变
D.磁铁落地时的速率一定等于 eq \r(2gh)
【答案】A
【解析】由图示可知,在磁铁下落过程中,穿过圆环的磁场方向向下,在磁铁靠近圆环时,穿过圆环的磁通量变大,在磁铁远离圆环时穿过圆环的磁通量减小,由楞次定律可知,从上向下看,圆环中的感应电流先沿逆时针方向,后沿顺时针方向,故A正确;由楞次定律可知,感应电流总是阻碍磁铁和圆环的相对运动,在磁铁靠近圆环的过程中为阻碍磁铁的靠近,圆环对磁铁的作用力竖直向上,在磁铁穿过圆环远离圆环的过程中,为阻碍磁铁的远离,圆环对磁铁的作用力竖直向上,则在整个过程中,圆环对磁铁的作用力始终竖直向上,故B错误;在磁铁下落过程中,圆环中产生感应电流,圆环中有电能产生,磁铁在整个下落过程中,磁铁的机械能转化为电能,由能量守恒定律可知,磁铁的机械能减少,故C错误;磁铁做自由落体运动时,v2=2gh,磁铁落地时的速度v= eq \r(2gh) ,由于磁铁下落时能量有损失,磁铁落地速度小于 eq \r(2gh) ,故D错误。
故选:A。
4.(2021·扬州高二检测)据新闻报道:2020年5月16日,广西玉林一在建工地发生了一起事故,一施工电梯突然失控从高处坠落,此次电梯坠落事故导致了一些人员伤亡。为了防止类似意外发生,某课外研究性学习小组积极投入到如何防止电梯坠落的设计研究中,所设计的防止电梯坠落的应急安全装置如图所示,在电梯轿厢上安装上永久磁铁,电梯的井壁上铺设线圈,该学习小组认为能在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。关于该装置,下列说法正确的是( )
A.该小组设计原理有问题,当电梯突然坠落时,该装置不可能起到阻碍电梯下落的作用
B.当电梯突然坠落时,该安全装置可使电梯停在空中
C.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时,闭合线圈A、B中电流方向相反
D.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时,已经穿过A闭合线圈,所以线圈A不会阻碍电梯下落,只有闭合线圈B阻碍电梯下落
【答案】C
【解析】若电梯突然坠落时,线圈内的磁感应强度发生变化,将在线圈中产生感应电流,感应电流会阻碍磁铁的相对运动,可起到应急避险作用,故A错误;感应电流会阻碍磁铁的相对运动,但不能阻止磁铁的运动,故B错误;当电梯坠落至题干图位置时,闭合线圈A中向上的磁场减弱,感应电流的方向从上向下看是逆时针方向,B中向上的磁场增强,感应电流的方向从上向下看是顺时针方向,可知A与B中感应电流方向相反,故C正确;结合A的分析可知,当电梯坠落至题干图位置时,闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落,故D错误。
故选:C。
5.如图所示,用一根长为L、质量不计的细杆与一个上弧长为l0、下弧长为d0的金属线框的中点连接并悬挂于O点,悬点正下方存在一个上弧长为2l0、下弧长为2d0的方向垂直于纸面向里的有界匀强磁场,且d0≪L,先将线框拉到如图所示的位置,松手后让线框进入磁场,忽略空气阻力和摩擦。下列说法正确的是( )
A.金属线框进入磁场时感应电流的方向为a→b→c→d→a
B.金属线框离开磁场时感应电流的方向为a→d→c→b→a
C.金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等
D.金属线框最终将在有界磁场中做往复运动
【答案】D
【解析】金属线框进入磁场时,线框切割磁感线的有效面积增大,磁通量增大,因此产生感应电流,根据楞次定律可判断电流的方向为a→d→c→b→a,故A错误;金属线框离开磁场时,线框切割磁感线的有效面积减小,磁通量减小,因此产生感应电流,根据楞次定律可判断电流的方向为a→b→c→d→a,故B错误。根据能量守恒定律,线框每次经过磁场边界时都会有热量产生,机械能减少,可知金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小不相等,故C错误。当线框不再穿出磁场时,就没有能量损失,故线框最终将在有界磁场中做往复运动,故D正确。
故选:D。
非选择题:
1.磁感应强度为B的匀强磁场仅存在于边长为2l的正方形范围内,有一个电阻为R、边长为l的正方形导线框abcd,沿垂直于磁感线方向,以速度v匀速通过磁场,如图所示,从ab进入磁场时开始计时。
(1)画出穿过线框的磁通量随时间变化的图像。
(2)判断线框中有无感应电流。若有,请判断出感应电流的方向;若无,请说明理由。
【答案】(1)见解析图 (2)线框进入磁场阶段,感应电流方向为逆时针方向;线框在磁场中运动阶段,无感应电流,理由见解析;线框离开磁场阶段,感应电流方向为顺时针方向。
【解析】线框穿过磁场的过程可分为三个阶段:进入磁场阶段(只有ab边在磁场中)、在磁场中运动阶段(ab、cd两边都在磁场中)、离开磁场阶段(只有cd边在磁场中)。
(1)①线框进入磁场阶段:t为0~ eq \f(l,v) ,线框进入磁场中的面积与时间成正比,S=lvt,最后为Φ=BS=Bl2。
②线框在磁场中运动阶段:t为 eq \f(l,v) ~ eq \f(2l,v) ,线框磁通量为Φ=Bl2,保持不变。
③线框离开磁场阶段:t为 eq \f(2l,v) ~ eq \f(3l,v) ,线框磁通量线性减小,最后为零。
磁通量随时间变化的图像如图所示:
(2)线框进入磁场阶段,穿过线框的磁通量增加,线框中将产生感应电流,由右手定则可知,感应电流方向为逆时针方向。
线框在磁场中运动阶段,穿过线框的磁通量保持不变,无感应电流产生。
线框离开磁场阶段,穿过线框的磁通量减少,线框中将产生感应电流。由右手定则可知,感应电流方向为顺时针方向。
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