高考物理一轮复习重要题型名师精讲之电磁感应产生的条件 楞次定律

高考物理一轮复习重要题型名师精讲之电磁感应产生的条件 楞次定律

第1讲 电磁感应产生的条件 楞次定律 图9－1－14‎ ‎1．实验室有一个旧的学生直流电源，输出端的符号模糊不清，无法分辨正负极．某同学设计了下面的判断电源两极的方法．在桌面上放一个小磁针，在小磁针东面放一个螺线管，如图9－1－14所示，闭合开关后，小磁针指南的一端向东偏转．下述判断正确的是(　　)‎ A．电源A端是正极，在电源内电流由A流向B B．电源B端是正极，在电源内电流由A流向B ‎ C．电源A端是正极，在电源内电流由B流向A D．电源B端是正极，在电源内电流由B流向A 解析：小磁针的N极向左偏，由右手螺旋定则，电流方向由B经外电路流向A，电源B端是正极，在电源内电流由A流向B.‎ 答案：B 图9－1－15‎ ‎2．直导线ab放在如图9－1－15所示的水平导体框架上，构成一个闭合回路．长直导线cd和框架处在同一个平面内，且cd和ab平行，当cd中通有电流时，发现ab向左滑动．关于cd中的电流下列说法正确的是(　　)‎ A．电流肯定在增大，不论电流是什么方向 B．电流肯定在减小，不论电流是什么方向 C．电流大小恒定，方向由c到d D．电流大小恒定，方向由d到c 解析：ab向左滑动，说明通过回路的磁通量在减小，通过回路的磁感应强度在减弱，通过cd的电流在减小，与电流方向无关．‎ 答案：B 图9－1－16‎ ‎3．(江门模拟)如图9－1－16是某电磁冲击钻的原理图，若突然发现钻头M向右运动，则可能是(　　)‎ A．开关S闭合瞬间 B．开关S由闭合到断开的瞬间 C．开关S已经是闭合的，变阻器滑片P向左迅速滑动 D．开关S已经是闭合的，变阻器滑片P向右迅速滑动 解析：当开关突然闭合时，左线圈上有了电流，产生磁场，而对于右线圈来说，磁通量增加，由楞次定律可知，为了阻碍磁通量的增加，钻头M向右运动远离左边线圈，故A项正确；当开关由闭合到断开瞬间，穿过右线圈的磁通量要减少，为了阻碍磁通量的减少，钻头M要向左运动靠近左边线圈，故B项错误；开关闭合时，当变阻器滑片P突然向左滑动时，回路的电阻减小，回路电流增大，产生的磁场增强，穿过右线圈的磁通量增大，为了阻碍磁通量的增加，钻头M向右运动远离左边线圈，故C项正确；当变阻器滑片P突然向右滑动时，回路的电阻增大，回路电流减小，产生的磁场减弱，穿过右线圈的磁通量减少，为了阻碍磁通量的减少，钻头M向左运动靠近左边线圈，故D项错误．‎ 答案：AC 图9－1－17‎ ‎4．如图9－1－17所示，通过水平绝缘传送带输送完全相同的铜线圈，线圈均与传送带以相同的速度匀速运动．为了检测出个别未闭合的不合格线圈，让传送带通过一固定匀强磁场区域，磁场方向垂直于传送带，线圈进入磁场前等距离排列，穿过磁场后根据线圈间的距离，就能够检测出不合格线圈，通过观察图形，判断下列说法正确的是(　　)‎ A．若线圈闭合，进入磁场时，线圈相对传送带向后滑动 B．若线圈不闭合，进入磁场时，线圈相对传送带向后滑动 C．从图中可以看出，第2个线圈是不合格线圈 D．从图中可以看出，第3个线圈是不合格线圈状 解析：由电磁感应条件和楞次定律，A正确，B错误．由各线圈位置关系，C错误，D正确．‎ 答案：AD 图9－1－18‎ ‎5．(2009·安徽，20)如图9－1－18甲所示，一个电阻为R，面积为S的矩形导线框abcd，水平放置在匀强磁场中，磁场的磁感应强度为B，方向与ad边垂直并与线框平面成45°角，o、o′分别是ab边和cd边的中点．现将线框右半边obco′绕oo′逆时针旋转90°到图9－1－18乙所示位置．在这一过程中，导线中通过的电荷量是(　　)‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ A. B. C. D．0‎ 解析：根据法拉第电磁感应定律可以导出感应的电荷量为：Q＝；而ΔΦ＝B×cos 45°－＝BScos 45°＝BS，故答案选A.‎ 答案：A ‎1．如图所示，四根等长的铝管和铁块(其中C中铝管不闭合，其他两根铝管和铁管均闭合)竖直放置在同一竖直平面内，分别将磁铁和铁块沿管的中心轴线从管的上端由静止释放，忽略空气阻力，则下列关于磁铁和铁块穿过管的运动时间的说法正确的是(　　)‎ A．tA>tB＝tC＝tD B．tC＝tA＝tB＝tD C．tC>tA＝tB＝tD D．tC＝tA>tB＝tD 解析：A中闭合铝管不会被磁铁磁化，但当磁铁穿过铝管的过程中，铝管可看成很多圈水平放置的铝圈，据楞次定律知，铝圈将发生电磁感应现象，阻碍磁铁的相对运动；因C中铝管不闭合，所以磁铁穿过铝管的过程不发生电磁感应现象，磁铁做自由落体运动；铁块在B中铝管和D中铁管中均做自由落体运动，所以磁铁和铁块在管中运动时间满足tA>tC＝tB＝tD，A正确．‎ 答案：A 图9－1－19‎ ‎2．两根相互平行的金属导轨水平放置于图9－1－19所示的匀强磁场中，在导轨上接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动．当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法中正确的是(　　)‎ A. 导体棒CD内有电流通过，方向是D→C B. 导体棒CD内有电流通过，方向是C→D C．磁场对导体棒CD的作用力向左 D．磁场对导体棒AB的作用力向左 解析：利用楞次定律.两个导体棒与两根金属导轨构成闭合回路，分析出磁通量增加，结合安培定则判断回路中感应电流的方向是B→A→C→D→B.以此为基础，再判断CD内的电流方向，最后根据左手定则进一步确定CD的受力方向，经过比较可得正确答案.‎ 图9－1－20‎ 答案：BD ‎3．某研究性学习小组在探究电磁感应现象和楞次定律时，设计并进行了如下实验：如图9－1－20，矩形金属线圈放置在水平薄玻璃板上，有两块相同的蹄形磁铁，相对固定，四个磁极之间的距离相等．当两块磁铁匀速向右通过线圈位置时，线圈静止不动，那么线圈所受摩擦力的方向是(　　)‎ A．先向左，后向右 B．先向左，后向右，再向左 C．一直向右 D．一直向左 解析：根据楞次定律的推广意义，线圈中产生的感应电流的磁场会阻碍原来磁通量变化，线圈相对磁铁“来拒去留”，即当磁铁靠近时它们互相排斥，线圈受到向右的斥力，当磁铁远离时，线圈受到向右的引力，线圈静止不动，故线圈受到玻璃板对它的静摩擦力方向始终向左．‎ 答案：D 图9－1－21‎ ‎4．如图9－1－21所示，一根长导线弯曲成如图所示形状，通以直流电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，下列叙述正确的是(　　)‎ A．金属环中无感应电流产生 B．金属环中有顺时针方向的感应电流 C．悬挂金属环C的竖直线中的张力不变 D．金属环C仍能保持静止状态 解析：导线中的电流在金属环C内产生的合磁通量向里，故电流I增大的过程中，金属环C中的磁通量向里增大，由安培定则及楞次定律知金属环中有逆时针方向的感应电流，故A、B选项错．由对称性及左手定则知金属环受到了竖直向下的安培力的作用且随着电流I增大而增大，金属环C仍能保持静止状态，故C项错，D项正确．‎ 答案：D 图9－1－22‎ ‎5．某同学在学习了法拉第电磁感应定律之后，自己制作了一个手动手电筒，如图9－1－22是手电筒的简单结构示意图，左右两端是两块完全相同的条形磁铁，中间是一根绝缘直杆，由绝缘细铜丝绕制的多匝环形线圈只可在直杆上自由滑动，线圈两端接一灯泡，晃动手电筒时线圈也来回匀速滑动，灯泡就会发光，其中O点是两磁极连线的中点，a、b两点关于O点对称，则下列说法中正确的是(　　)‎ A．线圈经过O点时穿过的磁通量最小 B．线圈经过O点时受到的磁场力最大 C．线圈沿不同方向经过b点时所受的磁场力方向相反 D．线圈沿同一方向经过a、b两点时其中的电流方向相同 解析：画出磁铁间的磁场分布图可知，靠近两极处磁感应强度最大，O点处磁感应强度最小，故线圈经过O点时穿过的磁通量最小，其所受磁场力也最小，故A项正确，B项错误；线圈沿不同方向经过b点时感应电流方向相反，其所受的磁场力方向也相反，C项正确；线圈沿同一方向经过a、b两点时磁场方向相同，但其变化的方向相反，故电流方向相反，D错误．‎ 答案：AC 图9－1－23‎ ‎6．电阻R、电容器C与一线圈连成闭合回路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图9－1－23所示，现使磁铁开始下落，在N极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是(　　)‎ A．从a到b，上极板带正电 B．从a到b，下极板带正电 C．从b到a，上极板带正电 D．从b到a，下极板带正电 解析：在N极接近线圈上端的过程中．通过线圈的磁感线方向向下，磁通量增大，由楞次定律可判定流过线圈的电流方向向下，外电路电流由b流向a，同时线圈作为电源，下端应为正极，则电容器下极板电势高，带正电．‎ 答案：D 图9－1－24‎ ‎7．如图9－1－24甲所示，长直导线与闭合线框位于同一平面内，长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示．在0～时间内，长直导线中电流向上，则线框中感应电流的方向与所受安培力情况是(　　)‎ A．0～T时间内线框中感应电流方向为顺时针方向 B．0～T时间内线框中感应电流方向为先顺时针方向后逆时针方向 C．0～T时间内线框受安培力的合力向左 D．0～时间内线框受安培力的合力向右，～T时间内线框受安培力的合力向左 解析：0～时间内，电流i在减小，闭合线框内的磁通量必然在减小，由楞次定律可以判断线框中感应电流方向为顺时针方向，而且0～时间内线框受安培力的合力应向左；同理，可以判断在～T时间内，电流i在反向增大，闭合线框内的磁通量必然在增大，由楞次定律可以判断线框中感应电流方向也为顺时针方向，故A项对B项错；而且～T时间内线框受安培力的合力应向右，C、D错误．‎ 答案：A 图9－1－25‎ ‎8．绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上，铁芯上套着一个铝环，线圈与电源、开关相连，如图9－1－25所示．线圈上端与电源正极相连，闭合开关的瞬间，铝环向上跳起．若保持开关闭合，则(　　)‎ A．铝环不断升高 B．铝环停留在某一高度 C．铝环跳起到某一高度后将回落 D．如果电源的正、负极对调，观察到的现象不变 解析：开关闭合瞬间，铝环中的磁通量增加，产生的感应电流受到安培力作用使铝环运动，运动的效果阻碍磁通量的变化，所以铝环向上跳起，开关闭合后，线圈周围的磁场恒定，则铝环将回落，所以A、B两项错误，C项正确；当电源的正负极对调后现象同上，D项正确．‎ 答案：CD 图9－1－26‎ ‎9．(2009·海南单科，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9－1－26所示的电路中，其中R为滑线变阻器，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的滑动头向c端移动时 D．在S已向a闭合的情况下，将R的滑动头向d端移动时 解析：由楞次定律及左手定则可知：只要线圈中电流增强，即穿过N的磁通量增加，则N受排斥而向右运动，只要线圈中电流减弱，即穿过N的磁通量减少，则N受吸引而向左运动．故C选项正确．‎ 答案：C 图9－1－27‎ ‎10．如图9－1－27所示，金属棒ab置于水平放置的金属导体框架cdef上，棒ab与框架接触良好．从某一时刻开始，给这个空间施加一个斜向上的匀强磁场，并且磁场均匀增加，ab棒仍静止，在磁场均匀增加的过程中，关于ab棒受到的摩擦力，下列说法正确的是(　　)‎ A．摩擦力大小不变，方向向右 B．摩擦力变大，方向向右 C．摩擦力变大，方向向左 D．摩擦力变小，方向向左 解析：本题考查电磁感应定律和平衡条件．由法拉第电磁感应定律，ab中产生的电流的大小恒定，方向由b到a，由左手定则，ab受到的安培力方向向左下方，F＝BIL，由于B均匀变大，F变大，F的水平分量Fx变大，静摩擦力Ff＝Fx变大，方向向右，B正确，本题难度中等．‎ 答案：B 图9－1－28‎ ‎11．‎2008年9月25日，我国“神舟七号”载人飞船发射成功，在离地面大约‎200 km 的太空运行．假设载人舱中有一边长为‎50 cm的正方形导线框，在宇航员操作下由水平方向转至竖直方向，此时地磁场磁感应强度B＝4×10－5 T，方向如图9－1－28所示．‎ ‎(1)该过程中磁通量的改变量是多少？‎ ‎(2)该过程线框中有无感应电流？设线框电阻为R＝0.1 Ω，若有电流则通过线框的电量是多少？(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)‎ 解析：(1)设线框在水平位置时法线n方向竖直向上，穿过线框的磁通量 Φ1＝BScos 53°＝6.0×10－6 Wb.‎ 当线框转至竖直位置时，线框平面的法线方向水平向右，与磁感线夹角θ＝143°，穿过线框的磁通量Φ2＝BScos 143°＝－8.0×10－6 Wb 该过程磁通量的改变量大小ΔΦ＝Φ1－Φ2＝1.4×10－5 Wb.‎ ‎(2)因为该过程穿过闭合线框的磁通量发生了变化，所以一定有感应电流．根据电磁感应定律得，‎ ＝＝.通过的电量为q＝·Δt＝＝1.4×10－‎4 C.‎ 答案：(1)1.4×10－5 Wb　(2)1.4×10－‎‎4 C 图9－1－29‎ ‎12．如图9－1－29甲所示，一正方形金属线框位于有界匀强磁场区域内，线框的右边紧贴着边界．t＝0时刻对线框施加一水平向右的外力F，让线框从静止开始做匀加速直线运动，经过时间t0穿出磁场，图9－1－29乙为外力F随时间t变化的图象．若线框质量m，电阻R及图象中F0、t0均为已知量，则根据上述条件，请你推出：‎ ‎(1)磁感应强度B的计算表达式；‎ ‎(2)线框左边刚离开磁场前瞬间的感应电动势E的计算表达式．‎ 解析：(1)线框运动的加速度：a＝①‎ 线框边长：l＝at②‎ 线框离开磁场前瞬间有：v＝at0③‎ 由牛顿第二定律可知：‎3F0－＝ma④‎ 由①②③④式得，B＝ .⑤‎ ‎(2)线框离开磁场前瞬间 感应电动势：E＝Blv⑥‎ 联立②③⑤⑥式得：E＝ .‎ 答案：(1) 　(2)