高考物理一轮复习考点规范练31《电磁感应现象楞次定律》(含详解)

考点规范练31　电磁感应现象　楞次定律

一、单项选择题

1.在一空间有方向相反、磁感应强度大小均为B的匀强磁场,如图所示,垂直纸面向外的磁场分布在一半径为a的圆形区域内,垂直纸面向里的磁场分布在除圆形区域外的整个区域,该平面内有一半径为b(b>a)的圆形线圈,线圈平面与磁感应强度方向垂直,线圈与半径为a的圆形区域是同心圆。从某时刻起磁感应强度大小减小到,则此过程中该线圈磁通量的变化量的大小为(　　)

A.πB(b2-a2) B.πB(b2-2a2)     C.πB(b2-a2) D.πB(b2-2a2)

答案D

解析计算磁通量Φ时,磁感线既有垂直纸面向外的,又有垂直纸面向里的,所以可以取垂直纸面向里的方向为正方向。磁感应强度大小为B时,线圈磁通量Φ1=πB(b2-a2)-πBa2,磁感应强度大小为时,线圈磁通量Φ2=πB(b2-a2)-πBa2,因而该线圈磁通量的变化量的大小为ΔΦ=|Φ2-Φ1|=πB(b2-2a2),故选项D正确。

2.下图中能产生感应电流的是(　　)

答案B

解析根据产生感应电流的条件,A项中,电路没闭合,无感应电流;B项中,磁感应强度不变,面积增大,闭合电路的磁通量增大,有感应电流;C项中,穿过线圈的磁感线相互抵消,Φ恒为零,无感应电流;D项中,磁通量不发生变化,无感应电流。

3.

如图所示,在一根竖直放置的铜管的正上方某处从静止开始释放一个强磁体,在强磁体沿着铜管中心轴线穿过铜管的整个过程中,不计空气阻力,那么(　　)

A.由于铜是非磁性材料,故强磁体运动的加速度始终等于重力加速度

B.由于铜是金属材料,能够被磁化,使得强磁体进入铜管时加速度大于重力加速度,离开铜管时加速度小于重力加速度

C.由于铜是金属材料,在强磁体穿过铜管的整个过程中,铜管中都有感应电流,加速度始终小于重力加速度

D.由于铜是金属材料,铜管可视为闭合回路,强磁体进入和离开铜管时产生感应电流,在进入和离开铜管时加速度都小于重力加速度,但在铜管内部时加速度等于重力加速度

答案C

解析由于铜是金属材料,在强磁体穿过铜管的整个过程中,铜管中都有感应电流,阻碍强磁体运动,从而使强磁体的加速度始终小于重力加速度,故C正确。

4.阿明有一个磁浮玩具,其原理是利用电磁铁产生磁性,让具有磁性的玩偶稳定地飘浮起来,其构造如图所示。若图中电源的电压恒定,可变电阻为一可以随意改变电阻大小的装置,则下列叙述正确的是              (　　)

A.电路中的电源必须是交流电源

B.电路中的a端点必须连接直流电源的负极

C.若增加环绕软铁的线圈匝数,可增加玩偶飘浮的最大高度

D.若将可变电阻的电阻值调大,可增加玩偶飘浮的最大高度

答案C

解析由题意可知,玩偶稳定地飘浮,且其下端为N极,则电磁铁上端为N极,再结合右手螺旋定则可得,电源需提供直流电,且a端点必须连接直流电源的正极,故选项A、B错误;增加线圈匝数,可使得电磁铁产生的磁场增强,斥力增大,玩偶飘浮的最大高度变大,选项C正确;电阻变大,由欧姆定律知电流变小,电磁铁产生的磁场变弱,玩偶飘浮的最大高度变小,选项D错误。

5.奥斯特发现了电流的磁效应,法拉第认为磁也一定能生电,并进行了大量的实验。如图中环形物体是法拉第使用过的线圈,A、B两线圈绕在同一个铁环上,A与直流电源连接,B与灵敏电流表连接。实验时未发现电流表指针偏转,即没有“磁生电”,其原因是(　　)

A.线圈A中的电流较小,产生的磁场不够强

B.线圈B中产生的电流很小,电流表指针偏转不了

C.线圈A中的电流是恒定电流,不会产生磁场

D.线圈A中的电流是恒定电流,产生稳恒磁场

答案D

解析电流表与线圈B构成闭合电路,当线圈中磁通量发生变化时,线圈中产生感应电动势,从而可出现感应电流。由于线圈A中的电流是恒定电流,产生稳恒磁场,所以线圈B中磁通量没有变化,电流表指针不偏转,D正确。

6.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,且该平面垂直纸面。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

答案B

解析依题意,原磁场方向竖直向上。金属线框从右侧静止释放到最低点过程中,穿过金属线框的磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向为竖直向上,由安培定则可知,感应电流方向为d→c→b→a→d。金属线框从最低点到左侧最高点过程中,穿过金属线框的磁通量增大,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向为竖直向下,由安培定则可知,感应电流方向为d→c→b→a→d。

7.如图所示,矩形线框abcd通过导体杆搭接在金属导轨EF和MN上,整个装置放在方向垂直导轨平面向里的匀强磁场中,导轨左侧接有定值电阻R。当线框向右运动时,下列说法正确的是(　　)

A.R中无电流

B.R中有电流,方向为M→E

C.ab中无电流

D.ab中有电流,方向为b→a

答案D

解析由于线框向右运动,所以ab两端和dc两端存在着相同大小的电势差,ab中有电流,方向为b→a,cd中也有电流,方向为c→d,回路内有电流,R中电流方向为E→M,D正确。

二、多项选择题

8.

1824年,法国科学家阿拉果完成了著名的“圆盘实验”。实验中将一铜圆盘水平放置,在其中心正上方用柔软细线悬挂一枚可以自由旋转的磁针,如图所示。实验中发现,当圆盘在磁针的磁场中绕过圆盘中心的竖直轴旋转时,磁针也随着一起转动起来,但略有滞后。下列说法正确的是              (　　)

A.圆盘上产生了感应电动势

B.圆盘内的涡电流产生的磁场导致磁针转动

C.在圆盘转动的过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量发生了变化

D.圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成电流,此电流产生的磁场导致磁针转动

答案AB

解析把圆盘分割成无数根沿半径方向的金属条,圆盘运动过程中,半径方向的金属条在切割磁感线,在圆心和边缘之间产生了感应电动势,选项A正确;圆盘在径向的辐条切割磁感线过程中,在内部形成涡流,涡流产生的磁场又导致磁针转动,选项B正确;圆盘转动过程中,磁针的磁场穿过整个圆盘的磁通量没有变化,选项C错误;圆盘中的自由电子随圆盘一起运动形成的电流的磁场方向沿圆盘轴线方向,不会使磁针旋转,选项D错误。

9.匀强磁场垂直纸面,规定垂直纸面向里的方向为正,磁感应强度B随时间t变化的规律如图甲所示。在磁场中有一细金属圆环,圆环平面位于纸面内,如图乙所示。令I1、I2、I3分别表示在Oa、ab、bc时间段的感应电流,F1、F2、F3分别表示电流为I1、I2、I3时,金属环上很小的一段受到的安培力。则(　　)

A.I1沿逆时针方向,I2沿顺时针方向

B.I2沿逆时针方向,I3沿顺时针方向

C.F1方向指向圆心,F2方向指向圆心

D.F2方向背离圆心向外,F3方向指向圆心

答案AD

解析在Oa时间段,磁场垂直纸面向里且均匀增强,根据楞次定律可判断产生的感应电流的方向是逆时针的,同理,ab、bc时间段产生的感应电流的方向是顺时针的,A正确,B错误;根据左手定则可判断,在Oa、ab、bc时间段对应金属圆环上很小的一段受到的安培力的方向(或根据“增缩减扩”可知),F1、F3方向指向圆心,而F2背离圆心向外,C错误,D正确。

10.

如图所示,光滑平行金属导轨PP'和QQ'都处于同一水平面内,P和Q之间连接一电阻R,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中。现垂直于导轨放置一根导体棒MN,用一水平向右的力F拉动导体棒MN。以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力方向的说法正确的是              (　　)

A.感应电流方向是N→M

B.感应电流方向是M→N

C.安培力水平向左

D.安培力水平向右

答案AC

解析MN在外力F的作用下向右运动,由右手定则知,感应电流方向为M→P→Q→N→M,故A正确,B错误;由左手定则知,MN受到的安培力方向水平向左,故C正确,D错误。

11.

如图所示,一个闭合三角形导线框ABC位于竖直平面内,其下方(略靠前)固定有一根与导线框平面平行的水平直导线,导线中通以图示方向的恒定电流。释放导线框,它由实线位置处下落到虚线位置处的过程中未发生转动,在此过程中(　　)

A.导线框中感应电流方向依次为ACBA→ABCA→ACBA

B.导线框的磁通量为零时,感应电流却不为零

C.导线框所受安培力的合力方向依次为向上→向下→向上

D.导线框所受安培力的合力为零,做自由落体运动

答案AB

解析根据右手螺旋定则可知,导线上方的磁场方向垂直于纸面向外,下方的磁场方向垂直于纸面向里,而且越靠近导线磁场越强,所以闭合导线框ABC在下降过程中,导线框内垂直于纸面向外的磁通量先增大,当增大到BC边与导线重合时,达到最大,线框再向下运动,导线框内垂直于纸面向外的磁通量逐渐减小至零,然后随导线框的下降,导线框内垂直于纸面向里的磁通量增大,继续下降时由于导线框逐渐远离导线,使导线框内垂直于纸面向里的磁通量再逐渐减小,根据楞次定律可知,感应电流的磁场总是阻碍内部磁通量的变化,所以感应电流的磁场先向内,再向外,最后向内,故导线框中感应电流方向依次为ACBA→ABCA→ACBA,选项A正确;当导线框内的磁通量为零时,内部的磁通量仍然在变化,所以感应电流不为零,选项B正确;根据对楞次定律的理解,感应电流的效果总是阻碍与导体间的相对运动,所以导线框所受安培力的合力方向一直向上,不为零,选项C、D错误。

12.

如图所示,一根长导线弯曲成“”形,通以直流I,正中间用绝缘线悬挂一金属环C,环与导线处于同一竖直平面内。在电流I增大的过程中,下列判断正确的是(　　)

A.金属环中无感应电流产生

B.金属环中有逆时针方向的感应电流

C.悬挂金属环C的竖直线的拉力大于环的重力

D.悬挂金属环C的竖直线的拉力小于环的重力

答案BC

解析Φ=BS,S不变,I增大,B增大,所以有感应电流产生,A错误;由楞次定律得,感应电流方向沿逆时针,B正确;由于环的上半部分所在处的B大于下半部分所在处的B,所以安培力以上半部分为主,I方向向左,B垂直纸面向里,则F安方向向下,所以F拉=mg+F安,拉力大于重力,C正确,D错误。

13.(2018·全国卷Ⅰ)如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一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

答案AD

解析如图甲所示,闭合开关瞬间,右边线圈有电流通过,左边线圈内磁通量增强。由楞次定律可知,增反减同,左边线圈感应磁场方向向左。根据右手螺旋定则可得直导线中电流方向为从南到北。由此可得直导线上方磁场为垂直纸面向里,则磁针N极朝垂直纸面向里的方向转动,故A项正确。

甲

开关闭合并保持一段时间后电路稳定,线圈内无磁通量变化,则直导线中无电流,小磁针恢复南北指向,故B、C项错误。如图乙所示,开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,左边线圈内磁通量减小,由增反减同得其感应磁场方向向右。由右手螺旋定则可得直导线中电流由北到南,直导线上方磁场为垂直纸面向外,则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,故D项正确。

乙

14.如图所示,在匀强磁场中放有平行金属导轨,它与大线圈M相连接,要使小导线圈N获得顺时针方向的感应电流,则放在金属导轨上的金属棒ab的运动情况是(两线圈共面放置)(　　)

A.向右匀速运动 

B.向左加速运动

C.向右减速运动 

D.向右加速运动

答案BC

解析线圈N产生顺时针方向的感应电流,感应电流的磁场方向垂直纸面向里,由楞次定律可知有两种情况:一是M中有沿

顺时针方向逐渐减小的电流,使其在N中的磁场方向向里,且磁通量在减小;二是M中有逆时针方向逐渐增大的电流,使其在N中的磁场方向向外,且磁通量在增大。因此对应前者应使ab向右减速运动;对应后者,则应使ab向左加速运动。

15.右图是创意物理实验设计作品《小熊荡秋千》的示意图。两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒C、D固定在铁架台上,与两个铜线圈P、Q组成一闭合回路,两个磁性很强的条形磁铁如图放置。当用手左右摆动线圈P时,线圈Q也会跟着摆动,仿佛小熊在荡秋千。以下说法正确的是(　　)

A.P向右摆动的过程中,P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)

B.P向右摆动的过程中,Q也会向右摆动

C.P向右摆动的过程中,Q会向左摆动

D.若用手左右摆动Q,P会始终保持静止

答案AB

解析P向右摆动的过程中,穿过P线圈的磁通量减小,根据楞次定律,P中有顺时针方向的电流(从右向左看),故A正确;根据电路连接可知Q下端的电流方向向外,根据左手定则,所受的安培力向右,则Q向右摆动。同理,用手左右摆动Q,P会左右摆动,故B正确,C、D错误。