2021届高考物理一轮复习核心素养测评二十八电磁感应现象楞次定律含解析

2021届高考物理一轮复习核心素养测评二十八电磁感应现象楞次定律含解析

电磁感应现象　楞次定律 ‎(45分钟　100分)‎ 选择题(本题共10小题，每小题7分，共70分，1～9题为单选题，10题为多选题)‎ ‎1.(2019·株洲模拟)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，故其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 ‎【解析】选C。铜是非磁性材料，不能够被磁化，选项B错误；铜是金属材料，在强磁体穿过铜管的整个过程中，铜管始终切割磁感线，铜管中都有感应电流，强磁体受到向上的磁场力，加速度始终小于重力加速度，选项C正确、选项A、D错误。‎ ‎2.(2020·东城区模拟)下面四幅图是用来探究感应电流的方向遵循的规律的实验示意图。灵敏电流计和线圈组成闭合回路，通过插入、拔出磁铁，使线圈中产生感应电流，记录实验过程中的相关信息，分析得出楞次定律。下列说法正确的是 (　　)‎ A.该实验无须确认灵敏电流计指针偏转方向与通过灵敏电流计的电流方向的关系 B.该实验无须记录磁铁在线圈中的磁场方向 C.该实验必须保持磁铁运动的速率不变 10‎ D.该实验必须记录感应电流产生的磁场方向 ‎【解析】选D。该实验需要确认灵敏电流计指针偏转方向与通过灵敏电流计的电流方向的关系才能知道产生的感应电流的具体方向，选项A错误；该实验需要记录磁铁在线圈中的磁场方向，才能得到磁场的变化与感应电流方向的关系，选项B错误；该实验无须保持磁铁运动的速率不变，选项C错误；该实验必须记录感应电流产生的磁场方向，这样才能知道感应电流的磁场方向与原磁场方向的关系，选项D正确。‎ ‎3.如图所示为感应式发电机，a、b、c、d是空间内四个可用电刷与铜盘边缘接触的点，O1、O2是铜盘轴线导线的接线端，M、N是灵敏电流计的接线端。现在将铜盘转动，能观察到的感应电流最大的是 (　　) ‎ A.将灵敏电流计的接线端M、N分别连接a、c位置 B.将灵敏电流计的接线端M、N分别连接O1、a位置 C.将灵敏电流计的接线端M、N分别连接O1、O2位置 D.将灵敏电流计的接线端M、N分别连接c、d位置 ‎【解析】选B。当铜盘转动时，其切割磁感线产生感应电动势，此时铜盘相当于电源，铜盘边缘和中心相当于电源的两极，则要想观察到的感应电流最大，M、N应分别连接电源的两极，故可知只有B项正确。‎ ‎4.如图所示，使一个水平铜盘绕过其圆心的竖直轴OO′转动，且假设摩擦等阻力不计，转动是匀速的。现把一个蹄形磁铁水平向左移近铜盘，则 (　　)‎ A.铜盘转动将变快 B.铜盘转动将变慢 C.铜盘仍以原来的转速转动 D.因磁极方向未知，无法确定 10‎ ‎【解析】选B。转动的铜盘切割磁感线产生感应电流，根据楞次定律的“来拒去留”知，铜盘中感应电流所受的安培力阻碍铜盘的转动，使其转速变慢，故本题答案为选项B。‎ ‎【加固训练】 (2017·全国卷Ⅰ)扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌，为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示。无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是 (　　)‎ ‎【解析】选A。衰减的原理是当紫铜薄板上下及左右振动时，均在紫铜薄板内产生感应电流，薄板受到安培力作用阻碍其运动。只有A选项中当紫铜薄板上下及左右振动时，板中均会产生感应电流。‎ ‎5.如图所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向如图所示，左线圈连着平行导轨M和N，导轨电阻不计，在垂直于导轨方向上放着金属棒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】选D。金属棒匀速向右运动切割磁感线，产生恒定感应电动势，由右手定则判断出电流由a→b，b点电势高于a点，c、d端不产生感应电动势，c点与d点等势，选项A、B错误；金属棒向右加速运动时，b点电势仍高于a点，感应电流增大，穿过右边线圈的磁通量增大，所以右边线圈中也产生感应电流，由楞次定律可判断电流从d流出，在外电路中，d点电势高于c点，选项C错误、选项D正确。‎ 10‎ ‎6.电动汽车越来越被人们所喜爱，某一种无线充电方式的电动汽车基本原理如图所示，路面下依次铺设圆形线圈，相邻两个线圈由供电装置通以反向电流，车身底部固定感应线圈，通过充电装置与蓄电池相连，汽车在此路面上行驶时，就可以进行充电，若汽车正在匀速行驶，下列说法正确的是 (　　)‎ A.感应线圈中产生的是恒定的电流 B.感应线圈中产生的是方向改变、大小不变的电流 C.感应线圈一定受到路面供电线圈磁场的安培力，且该安培力会阻碍汽车运动 D.给路面供电线圈通以同向电流，不会影响充电效果 ‎【解析】选C。由于路面供电线圈中的电流不知是怎么变化，即产生的磁场变化情况无法确定，所以感应线圈中的电流大小和方向不能确定，选项A、B错误；感应线圈随汽车一起运动过程中会产生感应电流，在路面供电线圈的磁场中受到安培力，根据“来拒去留”可知，此安培力阻碍相对运动，即阻碍汽车运动，选项C正确；给路面供电线圈通以同向电流时，路面供电线圈产生相同方向的磁场，穿过感应线圈的磁通量变化率变小，所以产生的感应电流变小，影响充电效果，选项D错误。‎ ‎【加固训练】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，则下列说法中正确的是 (　　)‎ A.在磁铁下落的整个过程中，从上向下看圆环，圆环中的感应电流方向先顺时针后逆时针 B.磁铁在整个下落过程中，圆环对它的作用力始终竖直向上 C.磁铁在整个下落过程中，它的机械能不变 10‎ D.磁铁落地时的速率一定等于 ‎【解析】选B。当条形磁铁靠近圆环时，穿过圆环的磁通量增加，根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为逆时针(从上向下看圆环)，当条形磁铁远离圆环时，穿过圆环的磁通量减小，根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为顺时针(从上向下看圆环)，选项A错误；据楞次定律的推论“来拒去留”原则，可判断磁铁在整个下落过程中，受圆环对它的作用力始终竖直向上，选项B正确；磁铁在整个下落过程中，由于受到磁场力的作用，机械能不守恒，选项C错误；若磁铁从高度h处做自由落体运动，其落地时的速度v=，但磁铁穿过圆环的过程中要产生电流，根据能量守恒定律可知，其落地速度一定小于，选项D错误。‎ ‎7.如图所示，通电螺线管外部正上方和左侧静止悬挂着铝环a和b，两环平面与螺线管的中心轴线都垂直，b环与螺线管的中心轴同轴。当滑动变阻器R的滑片c向左滑动时，两环中产生的感应电流方向和受到的合力方向是 (　　)‎ A.电流方向相同，合力方向a环向上、b环向右 B.电流方向相同，合力方向a环向下、b环向左 C.电流方向相反，合力方向a环向下、b环向右 D.电流方向相反，合力方向a环向上、b环向左 ‎【解析】选D。当滑动变阻器的滑片c向左移动时，接入电路中的电阻变小，电流变大，通电螺线管的磁性将增强，穿过铝环a和b的磁通量都变大，根据楞次定律知，铝环要阻碍磁通量的变大，由于通过两环的磁场方向相反，因此由楞次定律的增反减同可知，两环中产生的感应电流方向相反，选项A、B错误；对b环，由于磁通量增加，则根据楞次定律可知，b环有远离螺线管的运动趋势，即合力向左。对a环，磁通量增加时，a环有远离螺线管的运动趋势，即合力向上，选项C错误、选项D正确。‎ ‎8.(2019·潍坊模拟)如图甲所示，绝缘的水平桌面上放置一金属圆环，在圆环的正上方放置一个螺线管，在螺线管中通入如图乙所示的电流，电流从螺线管a端流入为正。以下说法正确的是 (　　)‎ 10‎ A.0～1 s内圆环面积有扩张的趋势 B.1 s末圆环对桌面的压力小于圆环的重力 C.1～2 s内和2～3 s内圆环中的感应电流方向相反 D.从上往下看，0～2 s内圆环中的感应电流先沿顺时针方向、后沿逆时针方向 ‎【解析】选D。0～1 s螺线管中电流增大，产生的磁场增大，金属环中磁通量增大，有面积缩小趋势，选项A错误；1 s末螺线管中电流最大，但金属环中感应电流为零，二者之间无安培力，所以1 s 末圆环对桌面的压力等于圆环的重力，选项B错误；1～2 s内正方向电流减小，2～3 s内反向电流增大，根据楞次定律知，金属环中感应电流的磁场方向不变，感应电流方向不变，选项C错误；0～1 s内螺线管中电流增大，产生的磁场增大，金属环中磁通量增大，根据楞次定律可知，从上往下看，0～1 s内圆环中的感应电流沿顺时针方向。1～2 s内螺线管中电流减小，产生的磁场减弱，金属环中磁通量减小，根据楞次定律可知，从上往下看，1～2 s内圆环中的感应电流沿逆时针方向，选项D正确。‎ ‎9.(2019·许昌模拟)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)固定一根与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。释放线框，它由实线位置下落到虚线位置未发生转动，在此过程中(　　) ‎ A.线框中感应电流方向依次为ACBA→ABCA B.线框的磁通量为零时，感应电流却不为零 C.线框所受安培力的合力方向依次为向上→向下→向上 D.线框做自由落体运动 ‎【解析】选B。根据右手螺旋定则知，通电直导线上方的磁场垂直纸面向外，下方的磁场垂直纸面向里；离导线近的地方磁感应强度大，离导线远的地方磁感应强度小。线框从上向下靠近导线的过程，垂直纸面向外的磁通量增加，根据楞次定律知，‎ 10‎ 线框中产生顺时针方向的电流；穿越导线时，上方垂直纸面向外的磁场和下方垂直纸面向里的磁场叠加，垂直纸面向外的磁通量减小，垂直纸面向里的磁通量增大，直至最大，根据楞次定律知，线框中产生逆时针方向的电流，垂直纸面向里的磁通量变成最大后，线框继续向下运动，垂直纸面向里的磁通量减小，这时的电流方向又变成了顺时针，即感应电流方向依次为ACBA→ABCA→ACBA，选项A错误；根据以上分析，线框穿越导线时，始终有感应电流存在，选项B正确；根据楞次定律知，安培力始终阻碍线框相对磁场的运动，故安培力的方向始终向上，线框不可能做自由落体运动，选项C、D错误。‎ ‎10.如图所示是研究性学习小组的同学设计的防止电梯坠落的应急安全装置，在电梯轿厢上安装上永久磁铁，电梯的井壁上铺设线圈，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.当电梯突然坠落时，该安全装置可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中电流方向相同 D.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落 ‎【解析】选A、D。若电梯突然坠落，将线圈闭合时，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，选项A正确；感应电流会阻碍磁铁的相对运动，但不能阻止磁铁的运动，选项B错误；当电梯坠落至永久磁铁在如图位置时，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，选项C错误；当电梯坠落至永久磁铁在如图位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落，选项D正确。‎ ‎11.(7分)(多选)如图所示，一根长导线弯曲成“n”形，通以直流电流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 (　　) ‎ 10‎ 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的绝缘线的拉力大于环的重力 D.悬挂金属环C的绝缘线的拉力小于环的重力 ‎【解析】选B、C。由Φ=BS知，金属环的面积S不变，I增大，B增大，所以金属环中有感应电流产生，选项A错误；由楞次定律知，金属环中感应电流方向沿逆时针，选项B正确；由于环的上半部分所在处的磁感应强度大于下半部分，由左手定则可知F安方向向下，所以F拉=mg+F安，拉力大于重力，选项C正确、选项D错误。‎ ‎12.(7分)(多选)如图甲所示为放在同一水平面内的两个闭合同心圆形线圈A、B，线圈A中通入如图乙所示的电流，t=0时电流方向为顺时针(如图中箭头所示)，则下列说法中正确的是 (　　)‎ A.在t1～t2时间段内，线圈B内有顺时针方向的电流，线圈B有扩张的趋势 B.在t1～t2时间段内，线圈B内感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里 C.在0～t1时间段内，线圈B内有逆时针方向的电流 D.在0～t1时间段内，线圈B有收缩的趋势 ‎【解析】选A、B、D。在0～t1时间内，线圈A中顺时针电流在减小，电流产生磁场向里且减小，根据楞次定律的增反减同和增缩减扩，可知线圈B的感应电流方向为顺时针且有收缩趋势，选项C错误、选项D正确；在t1～t2时间段内，线圈A中逆时针电流在增大，电流产生磁场向外且增强，根据楞次定律的增反减同和增缩减扩，可知线圈B的感应电流方向为顺时针且有扩张趋势，线圈B内感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里，选项A、B正确。‎ ‎13.(8分)(多选)航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的。电磁驱动原理如图所示，当固定线圈上突然通过直流电流时，‎ 10‎ 线圈端点的金属环被弹射出去。现在固定线圈左侧同一位置，先后放有分别用横截面积相等的铜和铝导线制成的形状、大小相同的两个闭合环，且电阻率ρ铜<ρ铝。闭合开关S的瞬间(　　)‎ A.从左侧看环中感应电流沿顺时针方向 B.铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力 C.若将环放置在线圈右方，环将向左运动 D.电池正负极调换后，金属环不能向左弹射 ‎【解析】选A、B。闭合开关的瞬间，线圈中电流为右侧流入，通过左侧金属环的磁场方向为向左，则由楞次定律可知，环中感应电流从左侧看为顺时针，选项A正确；由于铜环的电阻较小，故铜环中感应电流较大，故铜环受到的安培力要大于铝环的，选项B正确；若将环放在线圈右方，根据楞次定律可知，环将向右运动，选项C错误；电池正负极调换后，金属环受力仍向左，故仍将向左弹出，选项D错误。‎ ‎14.(8分)(多选)(2019·衡水模拟)如图甲，在同一平面内固定一长直导线PQ和一导线框abcd，abcd在PQ的下方。导线PQ中通有从Q到P的电流，电流i的变化如图乙所示(形状为向上平移的余弦曲线)。导线框abcd中的感应电 流 (　　)‎ A.在t=0时为零 B.在t1时改变方向 C.在t1时最大，且沿 adcba的方向 D.在t3时最大，且沿 adcba的方向 ‎【解析】选A、C。由图乙可知，导线PQ中电流在t=0时达到最大值，电流i变化率为零，故导线框中的磁通量变化率为零，根据法拉第电磁感应定律知，此时导线框中产生的感应电动势为零，导线框abcd中的电流为零，选项A正确；导线PQ中的电流在t1‎ 10‎ 时，其i-t图线斜率正负不变，所以导线框abcd中磁通量变化率的正负不变，根据楞次定律知，此时导线框中产生的感应电流的方向不变，选项B错误；导线PQ中的电流在t1时，其i-t图线的斜率的绝对值最大，电流i变化率最大，导线框abcd中磁通量变化率最大，根据法拉第电磁感应定律知，此时导线框abcd中产生的感应电流最大，且由楞次定律可判断出感应电流的方向沿adcba方向，选项C正确；由楞次定律可判断出在t3时感应电流的方向为沿abcda方向，选项D错误 10‎