第四章第3节 楞次定律.docx
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第四章第3节楞次定律
第四章第3节 楞次定律
「基础达标练」
1.(多选)如图,匀强磁场垂直于软导线回路平面,由于磁场发生变化,回路变为圆形.则该磁场( )
A.逐渐增强,方向向外
B.逐渐增强,方向向里
C.逐渐减弱,方向向外
D.逐渐减弱,方向向里
解析:
选CD 回路变为圆形,面积增大,说明闭合回路的磁通量减少,所以磁场逐渐减弱,而磁场方向可能向外,也可能向里,故选项C、D正确.
2.(多选)如图是验证楞次定律实验的示意图,竖直放置的线圈固定不动,将磁铁从线圈上方插入或拔出,线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流,各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况,其中表示正确的是( )
解析:
选CD 先根据楞次定律“来拒去留”判断线圈的N极和S极,A中线圈上端为N极,B中线圈上端为N极,C中线圈上端为S极,D中线圈上端为S极,再根据安培定则确定感应电流的方向,A、B错误,C、D正确.
3.(多选)(2019·宁波诺丁汉大学附中模拟)两根相互平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中,与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以在导轨上自由滑动,当AB在外力F作用下向右运动时,下列说法正确的是( )
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CD的作用力向右
解析:
选BD AB切割磁感线产生感应电流,根据右手定则可知,感应电流由C到D,A选项错误,B选项正确;感应电流流过CD,导体棒CD受到安培力作用,根据左手定则可知,安培力向右,C选项错误,D选项正确.
4.如图所示为“研究电磁感应现象”的实验装置,如果在闭合电键时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,那么闭合电键后,实验现象为( )
A.将原线圈迅速拔出副线圈的过程中,电流计指针将向右偏
B.将原线圈迅速拔出副线圈的过程中,电流计指针将不会发生偏转
C.副线圈位置保持不动时,将滑动变阻器滑片向右移动时,电流计指针将不会偏转
D.副线圈位置保持不动时,将滑动变阻器滑片向右移动时,电流计指针将向左偏转
解析:
选D 当在闭合电键时,发现灵敏电流计的指针向右偏了一下,说明穿过大线圈磁通量增加时,电流计指针向右偏转.将原线圈迅速拔出副线圈时,穿过线圈的磁通量减小,电流表指针向左偏转,故A、B错误;副线圈位置保持不动时,将滑动变阻器滑片向右移动时,滑动变阻器接入电路的阻值增大,原线圈电路电流减小,穿过副线圈的磁通量减小,电流计指针向左偏转,故D正确,C错误.
5.大小不等的两导电圆环P、Q均固定在水平桌面上,Q环位于P环内.在两环间的范围内存在方向竖直向下、大小随时间均匀增强的匀强磁场B,则( )
A.P环内有顺时针方向的感应电流
B.P环内有逆时针方向的感应电流
C.Q环内有顺时针方向的感应电流
D.Q环内有逆时针方向的感应电流
解析:
选B 在两环间的范围内存在方向竖直向下、大小随时间均匀增强的匀强磁场B,故穿过两环间的磁通量在增大,根据楞次定律可知,P环中的感应电流方向逆时针,Q环中磁通量始终为零,没有感应电流,B选项正确.
6.如图所示,固定的水平长直导线中通有直流电流I,矩形线框与导线在同一竖直平面内,且一边与导线平行.线框由静止释放,在下落过程中( )
A.穿过线框的磁通量保持不变
B.线框中感应电流方向保持不变
C.线框所受安培力的合力为零
D.线框的机械能不断增大
解析:
选B 线框下落过程中,穿过线框的磁通量减小,选项A错误;由楞次定律可判断出感应电流方向一直沿顺时针方向,选项B正确;线框受到的安培力的合力竖直向上,但小于重力,则合力不为零,选项C错误;在下落过程中,安培力对线框做负功,则其机械能减小,选项D错误.
7.(2019·荆州中学模拟)如图所示的电路中,一个N极朝下的条形磁铁竖直下落,在穿过水平放置的方形导线框的过程中,下列判断正确的是( )
A.磁铁经过图中位置1时,线框中感应电流沿abcd方向,经过位置2时沿adcb方向
B.磁铁经过图中位置1时,线框中感应电流沿adcb方向,经过位置2时沿abcd方向
C.磁铁经过位置1和2时,感应电流都沿abcd方向
D.磁铁经过位置1和2时,感应电流都沿adcb方向
解析:
选A 磁铁经过图中位置1时,线框中向下的磁通量增大,根据楞次定律可知,线框中感应电流为abcd方向,同理,经过位置2时,线框中向下的磁通量减小,感应电流为adcb方向,A选项正确.
8.如图所示为“跳环实验”的实验装置,将一个带较长铁芯的线圈L、开关S和直流电源用导线连接起来后,将一金属套环置于线圈L上,且使铁芯穿过套环,闭合开关S的瞬间,套环立刻沿铁芯竖直跳起一定高度,待电路稳定又落下来.某同学由此实验受到启发,设想在此实验的基础上进行改进,使套环跳起后不落下来,悬在线圈正上方,成为一个“磁悬浮环”,下列哪种方案可能实现他的设想( )
A.增大直流电源的电压
B.选用匝数更多的线圈
C.把直流电源换成交流电源
D.选用质量较小的金属套环
解析:
选C 增大直流电源的电压,在套环中产生的感应电流更大,跳起更高,但还会掉下来,故A错误;选用匝数更多的线圈,在套环中产生的感应电流更大,跳起更高,但还会掉下来,故B错误;把直流电源换成交流电源,则在线圈中始终有感应电流产生,则套环总受安培力作用,这样可以使套环跳起后不落下来,悬在线圈正上方,成为一个“磁悬浮环”,故C正确;选用质量较小的金属套环,同样在套环中产生的感应电流,只是跳起更高,但还会掉下来,故D错误.故选C.
「能力提升练」
1.如图所示,四组同学分别制作探究电磁感应现象的实验装置,在一根较长的铁钉上用漆包线绕了两圈a和b,将与线圈b相连的cd段漆包线水平置于小磁针的正上方,小磁针静止放在水平桌面上,若某一组同学在闭合开关S瞬间,从上向下俯视看,小磁针N极顺时针偏转,那么该组同学是用了下面哪组装置( )
A.
B.
C.
D.
解析:
选B 当开关接通瞬间,线圈b中没有电源,当开关闭合时,线圈b中没有电流,则线圈a中不会产生磁通量变化,因此均不导致小磁针N极转动,故A、C、D错误;电池通电的瞬间,线圈a中产生电流,根据安培定则,结合楞次定律,电流的方向由c到d,cd导线下方的磁场方向垂直纸面向里,则小磁针N极向纸内偏转,S极向纸外偏转,那么从上向下俯视看,小磁针N极顺时针偏转,故B正确.
2.航母上飞机弹射起飞所利用的电磁驱动原理如图所示.合上开关S的瞬间,处于线圈左侧的金属环被弹射出去.则下列说法正确的是( )
A.开关S合上瞬间,从右向左看环中有逆时针方向感应电流
B.金属环向左运动过程中将有收缩趋势
C.若将电池正负极调换后,金属环不能向左弹射
D.若将金属环置于线圈的右侧,环将向右弹射
解析:
选D 线圈中电流为左侧流入,磁场方向为向右,在闭合开关的过程中,磁场变强,则由楞次定律可知,金属环的感应电流由右侧看为顺时针,故A错误;金属环向左运动过程中,穿过线圈的磁通量减小,则由楞次定律可知,为阻碍磁通量减小,故金属环的面积有扩张的趋势,故B错误;电池正负极调换后,金属环受力向左,故仍将向左弹出,故C错误;若金属环放在线圈右方,根据“来拒去留”可得,环将向右弹射,故D正确.
3.(多选)如图所示,在匀强磁场中,放着一个平行导轨与线圈相连接,要使放在D中的A线圈(A、D两线圈共面)各处受到沿半径指向圆心的力,则金属棒MN的运动情况可能是( )
A.加速向右运动
B.加速向左运动
C.减速向右运动
D.减速向左运动
解析:
选AB 要使线圈A受到沿半径指向圆心的力,也就是线圈具有收缩的趋势,企图通过收缩使面积减小以阻碍其磁通量的变化,显然A线圈的原磁通量是增加的,这样D中感应电流产生的磁场应该增大,即MN必须向左或向右做加速运动.故选AB.
4.利用如图所示的电路研究楞次定律,闭合电键S后,将线圈A插入线圈B中时,发现电流计G的指针向左偏一下,则下列判断正确的是( )
A.闭合或断开电键S时,电流计的指针均向左偏
B.闭合电键S后,向左移动滑动触头P,电流计的指针向右偏
C.调换电源极性后,闭合电键S,电流计的指针右偏
D.调换电源极性后,向左移动滑动触头P,电流计的指针向左偏
解析:
选C 闭合开关,将线圈A插入线圈B中时,穿过线圈B的磁通量增大,灵敏电流计的指针向左偏.当断开电键S时穿过线圈B的磁通量减小,则感应电流的方向相反,电流计的指针向右偏,故A错误;当闭合电键,A插进B后保持不动,再将滑动变阻器的触头P迅速向左移动,磁场方向不变,而导致穿过线圈B的磁通量增大,则灵敏电流计指针将向左偏转,故B错误;调换电源极性后,闭合电键S,原线圈内的电流的方向相反,则感应电流磁场的方向相反,所以产生的感应电流的方向相反,则电流计的指针右偏,故C正确;调换电源极性后,闭合电键S,原线圈内的电流的方向相反,所以将滑动变阻器的触头P迅速向左移动,磁场方向相反,而导致穿过线圈B的磁通量增大,则灵敏电流计指针将向右偏转,故D错误.
5.如图所示,试判定当开关S闭合和断开瞬间,线圈ABCD中的电流方向.
解析:
当S闭合时:
①研究的回路是ABCD,穿过回路的磁场是电流I产生的磁场,方向(由安培定则判知)垂直于纸面向里如图所示,且磁通量增加.
②由楞次定律得知感应电流磁场方向应和B原相反,即方向垂直于纸面向外.
③由安培定则判知线圈ABCD中感应电流方向是A→B→C→D→A.
当S断开时:
①研究的回路仍是线圈ABCD,穿过回路的原磁场仍是电流I产生的磁场,方向(由安培定则判知)垂直于纸面向里,且磁通量减少.
②由楞次定律得知感应电流磁场方向应和B原相同,即方向垂直于纸面向里.
③由安培定则判知感应电流方向是A→D→C→B→A.
答案:
S闭合时,感应电流方向为A→B→C→D→A,
S断开时,感应电流方向为A→D→C→B→A
6.磁感应强度为B的匀强磁场仅存在于边长为2l的正方形范围内,有一个电阻为R、边长为l的正方形导线框abcd,沿垂直于磁感线方向,以速度v匀速通过磁场,如图所示,从ab进入磁场时开始计时.
(1)画出穿过线框的磁通量随时间变化的图象;
(2)判断线框中有无感应电流.若有,请判断出感应电流的方向;若无,请说明理由.
解析:
线框穿过磁场的过程可分为三个阶段:
进入磁场阶段(只有ab边在磁场中)、在磁场中运动阶段(ab、cd两边都在磁场中)、离开磁场阶段(只有cd边在磁场中).
(1)①线框进入磁场阶段:
t为0~
,线框进入磁场中的面积与时间成正比,S=lvt,Φ=BS=Blvt最后为Φ=BS=Bl2.
②线框在磁场中运动阶段:
t为
~
,线框磁通量为Φ=Bl2,保持不变.
③线框离开磁场阶段:
t为
~
,Φ=Bl[l-(vt-2l)]=Bl(3l-vt)线框磁通量线性减小,最后为零.
磁通量随时间变化的图象如图所示:
(2)线框进入磁场阶段,穿过线框的磁通量增加,线框中将产生感应电流,由右手定则可知,感应电流方向为逆时针方向.
线框在磁场中运动阶段,穿过线框的磁通量保持不变,无感应电流产生.
线框离开磁场阶段,穿过线框的磁通量减少,线框中将产生感应电流.由右手定则可知,感应电流方向为顺时针方向
答案:
(1)见解析
(2)线框进入磁场阶段,感应电流方向为逆时针方向;线框在磁场中运动阶段,无感应电流;线框离开磁场阶段,感应电流方向为顺时针方向
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- 第四章 第3节 楞次定律 第四