2021版高考物理一轮复习选修3-2第1讲电磁感应现象楞次定律练习含解析

2021版高考物理一轮复习选修3-2第1讲电磁感应现象楞次定律练习含解析

第1讲 电磁感应现象 楞次定律 考点1　电磁感应现象发生的条件(b)‎ ‎ ‎ ‎1.(2019·丽水模拟)在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是 (　　)‎ A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,然后观察电流表的变化 B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,然后观察电流表的变化 C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接,往线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表的变化 D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表的变化 ‎【解析】选D。产生感应电流的条件为:闭合回路内磁通量发生变化。线圈绕在磁铁上,磁通量未变,不会产生感应电流,A、B错误。往线圈中插入条形磁铁的瞬间,线圈中磁通量发生变化,此时线圈中将产生感应电流,但插入后磁通量不再变化,无感应电流,故到相邻房间观察时无示数,C错误。在线圈通电或断电的瞬间,磁通量发生变化,产生感应电流,D正确。‎ ‎2.法拉第在1831年发现了“磁生电”现象。如图所示,他把两个线圈绕在同一个软铁环上,线圈A和电池连接,线圈B用导线连通,导线下面平行放置一个小磁针。实验中可能观察到的现象是(　　)‎ A.用一节电池作电源小磁针不偏转,用十节电池作电源小磁针会偏转 B.线圈B匝数较少时小磁针不偏转,匝数足够多时小磁针会偏转 C.线圈A和电池连接瞬间,小磁针会偏转 D.线圈A和电池断开瞬间,小磁针不偏转 ‎【解析】选C。根据“磁生电”即电磁感应现象的产生条件,只有线圈B中磁通量变化时才能在线圈B中产生感应电流,因此无论线圈B匝数多少,线圈A中电池多少,都不能在线圈B中产生感应电流,选项A、B错误。只有在线圈A和电池连接或断开的瞬间,线圈B中才能产生感应电流,电流产生磁场,使导线下面平行放置的小磁针发生偏转,选项C正确,D错误。‎ 9‎ ‎3.(2019·温州模拟)一灵敏电流计(电流表),当电流从它的正接线柱流入时,指针向正接线柱一侧偏转。现把它与一个线圈串联,试就如图中各图指出:‎ ‎①图(a)中灵敏电流计指针的偏转方向为____________(选填“偏向正极”或“偏向负极”)。 ‎ ‎②图(b)中磁铁下方的极性是__________(选填“N极”或“S极”)。 ‎ ‎【解析】因为灵敏电流计(电流表),当电流从它的正接线柱流入时,指针向正接线柱一侧偏转,则①图(a)中N极向下插入时,根据楞次定律可知,灵敏电流计的电流从正极流入,则指针的偏转方向为偏向正极。②图(b)中电流计指针向负极偏转,可知电流从负极流入,根据楞次定律可知,磁铁下方的极性是S极。‎ 答案:①偏向正极　②S极 ‎ ‎ ‎1.穿过闭合电路的磁通量发生变化,大致有以下几种情况:‎ ‎(1)磁感应强度B不变,线圈面积S发生变化。‎ ‎(2)线圈面积S不变,磁感应强度B发生变化。‎ ‎(3)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化,此时可由ΔΦ=Φ1-Φ0计算并判断磁通量是否变化。‎ ‎(4)线圈面积S不变,磁感应强度B也不变,但二者之间夹角发生变化。‎ ‎2.判断电磁感应现象能否发生的一般流程:‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　用如图装置做“探究感应电流的产生条件”实验,线圈A连接滑动变阻器、开关和学生电源,插在线圈B中;线圈B与电流表连接在一起。为了使电流表发生偏转,请提供一种操作方案________________________________。 ‎ 9‎ ‎【解析】为了使电流表发生偏转,即在线圈中产生感应电流,只需使线圈A中磁通量发生变化,即通过线圈A的电流发生变化,采用的方法是:闭合开关,滑动滑动变阻器。(闭合开关,拔出线圈A;闭合开关等)‎ 答案:闭合开关,滑动滑动变阻器(闭合开关,拔出线圈A;闭合开关等)‎ 考点2　楞次定律的理解和应用(c)‎ ‎ ‎ ‎【典例1】(2019·宁波模拟)如图所示,两个闭合正方形线框A、B的中心重合,放在同一水平面内。当小线框A中通有不断增大的顺时针方向的电流时,对于线框B,下列说法中正确的是 (　　)‎ A.有顺时针方向的电流且有收缩的趋势 B.有顺时针方向的电流且有扩张的趋势 C.有逆时针方向的电流且有收缩的趋势 D.有逆时针方向的电流且有扩张的趋势 ‎【解题思路】‎ ‎【解析】选D。根据安培定则可得,线框A中电流的磁场向里且逐渐增大,根据楞次定律可得,线框B中感应电流的磁场的方向向外,感应电流的方向为逆时针方向,线框A外侧与线框B内侧处产生的磁场方向向外,由左手定则可知线框B有扩张的趋势,故D正确。‎ 9‎ ‎ ‎ ‎1.如图所示,螺线管与灵敏电流计相连,磁铁从螺线管的正上方由静止释放,向下穿过螺线管。下列说法正确的是 (　　)‎ A.电流计中的电流先由a到b,后由b到a B.a点的电势始终低于b点的电势 C.磁铁减少的重力势能等于回路中产生的热量 D.磁铁刚离开螺线管时的加速度小于重力加速度 ‎【解析】选D。电流计中的电流先由b到a,后由a到b,A错误;a点的电势先比b点低,后比b点高,B错误;磁铁减少的机械能等于回路中产生的热量与磁铁的动能之和,C错误;根据楞次定律,感应电流的磁场总是阻碍磁铁与闭合回路间的相对运动,磁铁刚离开螺线管时,受到向上的磁场力,加速度小于重力加速度,D正确。‎ ‎2.(多选)如图所示,一根长导线弯成“n”形,通以直流电流I,正中间用不计长度的一段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C中无感应电流产生 B.金属环C中有沿逆时针方向的感应电流 C.悬挂金属环C的竖直线拉力变大 D.金属环C仍能保持静止状态 ‎【解析】选B、C、D。根据右手螺旋定则可以判断出导线之间的区域磁场方向垂直纸面向里,‎ 9‎ 即金属环中的磁场方向垂直纸面向里,当电流I增大时,通过金属环的磁通量增大,根据楞次定律可知金属环中有感应电流产生,方向为逆时针方向,选项A错误,B正确;因为金属环靠近导线上部,所以金属环上部的磁感应强度大于金属环下部的磁感应强度,根据左手定则可以判断出金属环受到的安培力的合力方向向下,根据共点力的平衡条件可得悬挂金属环C的竖直线拉力变大,选项C正确;金属环C不会旋转,仍能保持静止状态,选项D正确。‎ ‎3.(多选)如图,一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直平面内,环的圆心与两导线距离相等,环的直径小于两导线间距。两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流。若 (　　)‎ A.金属环向上运动,则环上不产生感应电流 B.金属环向下运动,则环上的感应电流方向为顺时针方向 C.金属环向左侧直导线靠近,则环上的感应电流方向为逆时针方向 D.金属环向右侧直导线靠近,则环上的感应电流方向为逆时针方向 ‎【解析】选A、D。金属环向上或向下运动时穿过金属环的磁通量不变,由产生感应电流的条件可知选项A正确,B错误;金属环向左侧直导线靠近,穿过金属环的合磁通量向外并且增强,根据楞次定律可知,环上的感应电流方向为顺时针方向,选项C错误;金属环向右侧直导线靠近,穿过金属环的合磁通量向里并且增强,则环上的感应电流方向为逆时针方向,选项D正确。‎ ‎ ‎ ‎1.楞次定律中“阻碍”的含义:‎ ‎(1)谁阻碍谁:感应电流的磁通量阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量变化。‎ ‎(2)阻碍什么:阻碍的是磁通量变化,而不是阻碍磁通量本身。‎ ‎(3)如何阻碍:当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即“增反减同”。‎ ‎(4)阻碍效果:阻碍并不是阻止,只是延缓了磁通量的变化,这种变化将继续进行。‎ ‎2.应用楞次定律判断感应电流方向的分析步骤:‎ ‎(1)明确研究对象:确定研究的是哪一个闭合回路。‎ ‎(2)分析原因:分析该回路中原磁通量的变化情况。‎ 9‎ ‎(3)增反减同:根据感应电流的磁场总阻碍原磁通量的变化判定感应电流磁场的方向。‎ ‎(4)方向判定:根据安培定则由感应电流磁场方向判定感应电流方向。‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　(多选)如图所示,两个闭合铝环A、B与一个螺线管套在同一铁芯上,A、B可以左右摆动,则 (　　)‎ A.在S闭合的瞬间,A、B必相吸 B.在S闭合的瞬间,A、B必相斥 C.在S断开的瞬间,A、B必相吸 D.在S断开的瞬间,A、B必相斥 ‎【解析】选A、C。在S闭合瞬间,穿过两个线圈的磁通量变化相同,线圈中产生同方向的感应电流,同向电流相吸,则A、B相吸,A正确,B错误;在S断开瞬间,穿过两个线圈的磁通量变化相同,线圈中产生同方向的感应电流,同向电流相吸,则A、B 相吸,C正确,D错误。‎ 考点3　“三定则一定律”的对比(c)‎ ‎ ‎ ‎【典例2】(多选)如图所示,两根固定的硬质平行直导线及虚线AB在同一平面内,两导线关于AB对称,导线中通有大小相等、方向相同的恒定电流I,将与两平行直导线位于同一平面内的硬质矩形金属线框,从图中实线位置向右平移到虚线位置的过程中,下列说法正确的是 (　　)‎ A.线框中的感应电流先沿顺时针方向后沿逆时针方向 B.线框中的感应电流一直沿顺时针方向 C.线框受到的安培力方向先向左后向右 D.线框受到的安培力方向一直向左 9‎ ‎【解析】选B、D。根据安培定则和磁场的叠加原理判断得知,在AB右侧磁场方向垂直纸面向外,左侧磁场方向垂直纸面向里。当导线框位于AB左侧向右运动时,导线框中的磁场方向垂直纸面向里,磁通量减小,根据楞次定律可知,感应电流方向为顺时针方向;当导线框经过AB时,导线框中的磁场方向先垂直纸面向里,后垂直纸面向外,磁通量先减小,后增大,根据楞次定律,可知感应电流方向为顺时针方向;当导线框在AB右侧并向右运动时,导线框中的磁场方向垂直纸面向外,磁通量增加,根据楞次定律可知,感应电流方向为顺时针方向,则可知电流方向一直为顺时针方向,B正确,A错误;根据楞次定律可知,线框受到的安培力的方向一定与线框的运动方向相反,故安培力一直向左,C错误,D正确。‎ ‎ ‎ ‎1.如图所示,通电导线MN与单匝矩形线圈abcd共面,位置靠近ab且相互绝缘。当矩形线圈突然向右运动时,线圈所受安培力的合力方向 (　　)‎ A.向左 　　　　　　　　　 B.向右 C.垂直纸面向外 D.垂直纸面向里 ‎【解析】选A。当矩形线圈突然向右运动时,线圈中会产生逆时针方向的电流,根据左手定则可知,ab边受的安培力向左,cd边受的安培力向左,合力的方向向左,A正确。或根据楞次定律规律“来拒去留”,感应电流的效果总是阻碍相对运动,所以线圈向右运动则所受安培力向左。‎ ‎2.(2019·绍兴模拟)如图所示,Ⅰ和Ⅱ是一对异名磁极,ab为放在其间的金属棒。ab和cd用导线连成一个闭合回路。当ab棒向右运动时,cd金属棒受到向下的安培力。下列说法正确的是 (　　)‎ A.由此可知d端电势高于c端电势 9‎ B.由此可知Ⅰ是S极 C.由此可知Ⅰ是N极 D.当cd棒向下运动时,ab导线受到向左的安培力 ‎【解析】选C。根据题意及左手定则可知,cd中电流的方向由c→d,c端电势高于d端,A错误;ab中电流的方向由b→a,对ab应用右手定则可知Ⅰ是N极,Ⅱ是S极,B错误,C正确;当cd棒向下运动时,回路中会产生由d→c的电流,则ab中电流的方向由a→b,根据左手定则可知,ab受的安培力向右,D错误。‎ ‎ ‎ ‎1.“三个定则、一个定律”的应用对比:‎ 名　称 基本现象 因果关系 应用的定则 或定律 电流的磁 效应 运动电荷、‎ 电流产生磁场 因电生磁 安培定则 洛伦兹力、‎ 安培力 磁场对运动电荷、‎ 电流有作用力 因电受力 左手定则 电磁感应 部分导体做切 割磁感线运动 因动生电 右手定则 闭合回路磁 通量变化 因磁生电 楞次定律 ‎2.“三个定则、一个定律”的相互联系:‎ ‎(1)应用楞次定律时,一般要用到安培定则。‎ ‎(2)研究感应电流受到的安培力,一般先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安培力的方向,有时也可以直接应用楞次定律的推论确定。‎ ‎【加固训练】‎ ‎　　(多选)如图,线圈L1,铁芯M,线圈L2都可自由移动,S合上后使L2中有感应电流且流过电阻R的电流方向为a→b,可采用的办法是 (　　)‎ 9‎ A.使L2迅速靠近L1　　　　 B.断开电源开关S C.将铁芯M插入 D.将铁芯M抽出 ‎【解析】选A、C。由题意可知,流过电阻R的电流方向为a→b,根据楞次定律,则有:穿过线圈L2的感应磁场方向是水平向左,因此要产生这样的感应磁场,要么原磁场水平向左减小,要么原磁场方向水平向右增大;根据右手螺旋定则可知,线圈L1的磁场方向是水平向右,当使L2迅速靠近L1时,导致穿过线圈L2的磁通量向右且增大,因此会产生的感应电流方向为a→b,故A正确;根据右手螺旋定则可知,线圈L1的磁场方向是水平向右,当断开电源开关时,导致穿过线圈L2的磁通量向右且减小,因此会产生的感应电流方向为b→a,故B错误;根据右手螺旋定则可知,线圈L1的磁场方向是水平向右,当铁芯M插入时,导致穿过线圈L2的磁通量向右且增加,因此会产生的感应电流方向为a→b,故C正确,D错误。‎ 9‎