【物理】2020届信阳一高一轮复习人教新课标版选修3-24-3楞次定律限时过关练（解析版)

【物理】2020届信阳一高一轮复习人教新课标版选修3-24-3楞次定律限时过关练（解析版)

信阳一高2020年高考物理一轮复习限时过关练：选修3-24.3楞次定律（解析版)‎ ‎1．1916年，斯泰瓦和托尔曼发现，不带电的闭合金属圆线圈绕通过圆心且垂直于线圈平面的轴转动，在转速变化时，线圈中会有电流通过。这一现象可解释为：当线圈转速变化时，由于惯性，自由电子与线圈有相对运动。取金属线圈为参照物，正离子晶格相对静止，由于惯性影响，可等效为自由电子受到一个沿线圈切线方向的“力”F1，但正离子晶格对自由电子的作用力F2不允许自由电子无限制地增大速度，F1和F2会达到平衡，其效果是自由电子相对金属线圈有定向运动。已知F1与线圈角速度的变化率α成正比，F2与自由电子相对正离子晶格的速度成正比。下列说法正确的是 A.若线圈加速转动，α越大，电流越大，且方向与线圈转动方向相同 B.若线圈加速转动，α越大，电流越小，且方向与线圈转动方向相反 C.若线圈减速转动，α越大，电流越大，且方向与线圈转动方向相同 D.若线圈减速转动，α越大，电流越小，且方向与线圈转动方向相反 ‎2．如图甲所示，长直导线AB与固定线圈abcd平行放置，导线中通有如图乙所示的电流，取B到A为电流的正方向。线圈中沿abcda为感应电流的正方向，时间内线圈中感应电流随时间变化的规律为( )‎ A. B.‎ C. D.‎ ‎3．如图所示，A金属环和B金属环放在同一平面内，若将电键S闭合，A环接通电源，则 A.闭合S瞬间，B中有逆时针方向的电流 B.闭合S后，B中有逆时针方向的电流 C.闭合S瞬间，A环受到B环的排斥作用 D.闭合S后，A环受到B环的排斥作用 ‎4．在绝缘水平桌面上，一半径为R的超导圆环置于一个水平均匀辐射的磁场中，磁场汇聚在圆心处，环上各点的磁感应强度大小均为B，若超导圆环上载有恒定电流，其俯视图如图所示。则下列说法正确的是（　　）‎ A.圆环对桌面压力等于圆环重力大小 B.圆环对桌面压力大于圆环重力大小 C.圆环所受安培力的大小2BIR D.圆环所受安培力的大小 ‎5．电子感应加速器的基本原理如图所示，在上、下两个电磁铁的磁极之间有一个环形真空室（上面部分为装置的侧视图，下面部分为真空室的俯视图）将电子从电子枪右端注入真空室，当两极间的磁场做周期性变化时，电子在某段时间内被加速，并沿逆时针方向做圆周运动。不考虑加速过程中电子质量的变化，则下列说法正确的是 A.该装置利用磁场对电子的洛伦兹力使电子加速 B.该装置利用变化的磁场产生的感生电场使电子加速 C.在电子被加速时，真空室中磁场方向必为竖直向上 D.在电子被加速时，电磁铁的线圈中通以图示方向的电流正由大变小 ‎6．下列说法正确的是 A.洛伦兹力对电荷一定不做功 B.感应电流的磁场一定与原磁场方向相反 C.线圈中有感应电流产生说明线圈中的磁通量一定不为零 D.闭合电路的部分导体做切割磁感线运动一定有感应电流产生 ‎7．现代科学研究中常用到高速电子，电子感应加速器就是利用感生电场加速电子的设备.电子感应加速器主要由上、下电磁铁磁极和环形真空室组成.当电磁铁绕组通以变化的电流时会产生变化的磁场，穿过真空室所包围的区域内的磁通量也随时间变化，这时真空室空 间内就产生感应涡旋电场，电子将在涡旋电场作用下得到加速.如图所示（上方为侧视图，下方为真空室的俯视图），若电子被“约束”在半径为R的圆周上逆时针运动，此时电磁铁绕组通以图中所示的电流，则（）‎ A.此时真空室中的磁场方向是从上往下 B.被加速时，电子运动的半径一定变大 C.电子被加速时，电磁铁绕组中电流增大 D.被加速时，电子做圆周运动的周期保持不变 ‎8．如图所示，把一正方形线圈从磁场外自右向左匀速经过磁场再拉出磁场，则从ad边进入磁场起至bc边拉出磁场止，线圈感应电流的情况是( )‎ A.先沿abcda的方向，然后无电流，以后又沿abcda方向 B.先沿abcda的方向，然后无电流，以后又沿adcba方向 C.先无电流，当线圈全部进入磁场后才有电流 D.先沿adcba的方向，然后无电流，以后又滑abcda方向 ‎9．法拉第发明了世界上第一台发电机,如图所示,圆形金属盘安置在电磁铁的两个磁极之间,两电刷MN分别与金属盘的边缘和中心接触良好,且与灵敏电流计相连,金属盘绕中心轴沿图示方向转动,则下列说法正确的是（ ）‎ A.电刷M的电势低于电刷N的电势 B.若只将电刷M移近N,电流计的示数变大 C.若只提高金属盘转速,电流计的示数变小 D.若只将滑动变阻器的滑片向左滑动,电流计的示数变大 ‎10．如图所示为无线充电板为手机充电原理图.充电板内的送电线圈通电后可产生交变磁场，从而使手机内的受电线圈产生交变电流.若在某段时间内，磁场垂直于受电线圈平面向上穿过线圈，其磁感应强度增加.下列说法正确的是 A.c点电势低于d点电势 B.c点电势高于d点电势 C.感应电流方向由d→受电线圈→c D.感应电流方向由c→受电线圈→d ‎11．如图所示，电阻不计的相同的光滑弯折金属轨道MON与均固定在竖直平面内，二者平行且正对，间距为L=‎1m，构成的斜面跟水平面夹角均为，两侧斜面均处在垂直斜面向上的匀强磁场中，磁感应强度大小均为B=0.1T。t=0时，将长度也为L=‎1m，电阻R=0.1Ω的金属杆ab在轨道上无初速释放。金属杆与轨道接触良好，轨道足够长。重力加速度g=‎10m/s2；不计空气阻力，轨道与地面绝缘。‎ ‎（1）求t=2s时杆ab产生的电动势E的大小并判断a、b两端哪端电势高 ‎（2）在t=2s时将与ab完全相同的金属杆cd放在MOO'M'上，发现cd杆刚好能静止，求ab杆的质量m以及放上cd杆后ab杆每下滑位移s=‎1m回路产生的焦耳热Q ‎ ‎ ‎12．电磁炉专用平底锅的锅底和锅壁均由耐高温绝缘材料制成。起加热作用的是安在锅底的一系列半径不同的同心导电环，如图所示，（图中没有画出所有的圆环）。导电环所用的材料单位长度的电阻R0=0.125（/m），从中心向外第n个同心圆环的半径为rn=（2n-1）r1（n为正整数且n7），已知r1=‎1.0cm。当电磁炉开启后，能产生垂直于锅底方向的变化磁场，已知该磁场的磁感应强度B的变化率为=100sin（100t）（T/s），忽略同心导电圆环感应电流之间的相互影响。若不计其他电磁辐射等损失，求：‎ ‎（1）写出r1环中感应电动势e的瞬时表达式，并求其电功率P1；‎ ‎（2）麦克斯韦认为，磁场变化时会在空间激发出感生电场（也称为涡旋电场），上述各环中的感应电流就是电子在感生电场的作用下定向移动形成的。设某段时间内，磁场垂直纸面向里增强，试分析此过程中感生电场方向，并简述判断理由；‎ ‎（3）所有导电圆环的总功率P是多大?（以上计算中取2=10）‎ ‎ 参考答案 ‎1．A ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ AB. 若线圈加速转动，即正离子晶格合线圈波长相对静止加速转动，自由电子相对于正离子晶格向后运动，由于规定正电荷定向运动的方向为电流方向，负电荷定向运动的方向和电流方向相反，所以电流方向与线圈转动方向相同；α越大，即线圈角速度的变化率越大，电流越大，故A正确、B错误；‎ CD. 若线圈减速转动，即正离子晶格合线圈波长相对静止减速转动，自由电子相对于正离子晶格向前运动，由于规定正电荷定向运动的方向为电流方向，负电荷定向运动的方向和电流方向相反，所以电流方向与线圈转动方向相反；α越大，即线圈角速度的变化率越大，电流越大，故CD错误。‎ ‎2．C ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ 在第一个四分之一周期，直导线中电流产生的磁场在线框中的磁通量垂直于纸面向里增大得越来越慢，根据楞次定律，感应电流沿abcda方向，根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势越来越小，感应电流越来越小；‎ 在第二个四分之一周期内，直导线中电流产生的磁场在线框中的磁通量垂直于纸面向里减小得越来越快，根据楞次定律，感应电流沿adcba方向，根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势越来越大，感应电流越来越大；‎ 在第三个四分之一周期内，直导线中电流产生的磁场在线框中的磁通量垂直于纸面向外增大得越来越慢，根据楞次定律，感应电流沿adcba方向，根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势越来越小，感应电流越来越小；‎ 在第四个四分之一周期内，直导线中电流产生的磁场在线框中的磁通量垂直于纸面向外减小得越来越快，根据楞次定律，感应电流沿abcda方向，根据法拉第电磁感应定律可知，感应电动势越来越大，感应电流越来越大；‎ A.综上所述可知，选项A错误；‎ B.综上所述可知，选项B错误；‎ C.综上所述可知，选项C正确；‎ D.综上所述可知，选项D错误。‎ ‎3．C ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A.根据安培定则可知，A环中产生的磁场在B环出垂直纸面向外，闭合S瞬间穿过B的磁场垂直纸面向外增加，由楞次定律可知，感应电流的方向为顺时针，故A错误。‎ B. 闭合S后，B环中的磁通量不再变化，故B环中没有感应电流，故B错误。‎ C.由A的分析可知，A环和B环靠近的部分的电流方向相反，相反的电流之间的作用力是相斥的，即A环受到B环的排斥作用，故C正确。‎ D. 闭合S后，由于B中没有感应电流，所以两环之间没有相互作用力，故D错误。‎ ‎4．D ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ AB．由图中磁场方向且恒定电流顺时针，根据左手定则可知，安培力方向竖直向上，故圆环对桌面压力小于圆环重力大小，故AB错误；‎ CD.将圆环看作长直导线，根据安培力公式可知，圆环受到安培力大小为 F=BIL=2πBIR 故C错误，D正确。‎ ‎5．B ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ AB．两极间的磁场发生变化时，在其周围产生感应电场，电子在感应电场的电场力作用下加速运动，故A错误、B正确；‎ CD．根据安培定则可知，在电子被加速时，真空室中磁场方向竖直向上且逐渐增加，即电磁铁的线圈中通以图示方向的电流正由小变大；或者竖直向下逐渐减小，产生的电场方向为顺时针（俯视），电子受力方向为逆时针，沿逆时针方向做圆周运动，故CD错误。‎ ‎6．A ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A.由左手定则可知，洛伦兹力垂直电荷的运动方向，则洛伦兹力一定不做功。故A正确；‎ B.感应电流的磁场方向阻碍原磁场磁通量的变化，方向可能与原磁场方向相同，可能相反。故B错误；‎ C.线圈中有感应电流产生说明线圈中的磁通量变化率一定不为零，磁通量可以为零。故C错误；‎ D.闭合电路的部分导体做切割磁感线运动，当磁通量变化时，才一定有感应电流产生，故D错误。‎ ‎7．C ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A．电子被“约束”在半径为R的圆周上逆时针运动，可知电场了顺时针方向，根据楞次定律，此时真空室中的磁场方向可能是向下的减弱，也可能是向上的增强，选项A错误；‎ B．因为电子被“约束”在半径为R的圆周上，可知电子被加速时，运动的半径不变，选项B错误；‎ C．当电磁铁绕组线圈中的电流增强时，磁场增大，根据楞次定律，感生电场产生的磁场要阻碍它增大，所以感生电场为顺时针方向，即电流方向顺时针，所以电子运动逆时针方向电场力作用下加速运动，选项C正确；‎ D．在电子被加速过程中，半径不变，由于磁场的变化，导致运动的周期变化，选项D错误。‎ ‎8．D ‎【解析】‎ ‎【分析】‎ 根据题中求线圈的电流情况可知，本题考查判断闭合线圈穿过磁场过程产生的感应电流方向，运用楞次定律进行分析求解。‎ ‎【详解】‎ 线圈进入磁场过程，磁通量增大，产生感应电流，由楞次定律判断可知，感应电流方向为adcba方向；线圈完全在磁场中运动时，线圈的磁通量不变，没有感应电流产生，线圈穿出磁场的过程，磁通量减小，由楞次定律判断可知，感应电流方向为abcda方向；‎ A．不符合题意，错误；‎ B．不符合题意，错误；‎ C．不符合题意，错误；‎ D．正确。‎ ‎9．A ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ A.根据安培定则可知，电磁铁产生的磁场方向向右，由右手定则判断可知，金属盘产生的感应电流方向从M到N，则电刷M的电势低于电刷N的电势，电刷N的电势高于电刷M的电势，故A正确；‎ B.若仅将电刷M移近N，使电刷MN之间距离减小，切割磁感线的有效长度减小，产生的感应电动势减小，感应电流减小，则电流计的示数变小，故B错误；‎ C.若只提高金属盘转速，感应电动势增大，故电流计的示数变大，故C错误；‎ D.若仅将滑动变阻器滑动头向左滑，滑动变阻器接入电路的阻值变大，电路电流减小，磁场减弱，电流计的示数将减小，故D错误。‎ ‎10．AD ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ 根据楞次定律可知，受电线圈内部产生的感应电流方向俯视为顺时针，受电线圈中感应电流方向由c经受电线圈到d，所以c点的电势低于d点的电势；‎ A．正确；‎ B．不符合题意，错误；‎ C．不符合题意，错误；‎ D，正确。‎ ‎11．(1) ；端电势高；(2) ‎0.1kg；‎ ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ 解：(1)只放杆在导轨上做匀加速直线运动，根据右手定则可知端电势高；‎ 杆加速度为： ‎ 时刻速度为： ‎ 杆产生的感应电动势的大小：‎ ‎(2) 时ab杆产生的回路中感应电流： ‎ 对杆有： ‎ 解得杆的质量： ‎ 则知ab杆的质量为‎0.1kg 放上杆后，ab杆做匀速运动，减小的重力势能全部产生焦耳热 根据能量守恒定律则有：‎ ‎12．（1）e=0.14sin（100t）（V），P1=0.4W；（2）感生电场是逆时针方向；（3）1900W ‎【解析】‎ ‎【详解】‎ ‎（1）由法拉第电磁感应定律可得 ‎ ‎  ‎ 则第1环的电阻 ‎ 感应电动势有效值： ，‎ 则功率： ‎ ‎（2）某段时间内，磁场垂直纸面向里增强，根据楞次定律，感应电流方向逆时针，所以电子是顺时针方向转动，电子受到的感生电场力沿顺时针方向，感生电场是逆时针方向；‎ ‎（3）则第n环中感应电动势最大值  E max=100π•πrn2 代入数据解得  Emax=103 rn2                         第n环的电阻为  Rn=0.125π•2πrn=2.5rn                     第n环的电流最大值为  ‎ 半径为rn环的功率Pn，则 Pn=In2Rn=（）2×2.5rn=4002×2.5rn3=（2n-1）3P1   7个导电圆环释放的总功率P，则： P=P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7=1.9×103W