高考物理一轮复习知能演练-9.1-电磁感应现象-楞次定律-沪科版.doc

2013届高考物理一轮复习知能演练 9.1 电磁感应现象 楞次定律 沪科版

1.

图9－1－10
如图9－1－10所示, 绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合电路, 在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A, 下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是(　　)
A. 线圈中通以恒定的电流
B. 通电时, 使滑动变阻器的滑片P匀速移动
C. 通电时, 使滑动变阻器的滑片P加速移动
D. 将开关突然断开的瞬间
解析: 选A.当线圈中通恒定电流时, 产生的磁场为稳定磁场, 通过铜环A的磁通量不发生变化, 不会产生感应电流.
2. (2011·高考上海单科卷)如图9－1－11, 磁场垂直于纸面, 磁感应强度在竖直方向均匀分布, 水平方向非均匀分布. 一铜制圆环用丝线悬挂于O点, 将圆环拉至位置a后无初速释放, 在圆环从a摆向b的过程中(　　)

图9－1－11

A. 感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针
B. 感应电流方向一直是逆时针
C. 安培力方向始终与速度方向相反
D. 安培力方向始终沿水平方向
解析: 选A D.圆环从位置a运动到磁场分界线前, 磁通量向里增大, 感应电流为逆时针; 跨越分界线过程中, 磁通量由向里最大变为向外最大, 感应电流为顺时针; 再摆到b的过程中, 磁通量向外减小, 感应电流为逆时针, 所以选A; 由于圆环所在处的磁场, 上下对称, 所受安培力竖直方向平衡, 因此总的安培力沿水平方向, 故D正确.
3. 如图9－1－12甲所示, 两个闭合圆形线圈A、B的圆心重合, 放在同一水平面内, 线圈A中通以如图乙所示的变化电流, t＝0时电流方向为顺时针(如图中箭头所示). 在t1～t2时间内, 对于线圈B, 下列说法中正确的是(　　)

图9－1－12

A. 线圈B内有顺时针方向的电流, 线圈有扩张的趋势
B. 线圈B内有顺时针方向的电流, 线圈有收缩的趋势
C. 线圈B内有逆时针方向的电流, 线圈有扩张的趋势
D. 线圈B内有逆时针方向的电流, 线圈有收缩的趋势
解析: 选A.在t1～t2时间内, 通入线圈A中的电流是正向增大的, 即逆时针方向增大的, 其内部会产生增大的向外的磁场, 穿过B的磁通量增大, 由楞次定律可判定线圈B中会产生顺时针方向的感应电流. 线圈B中电流为顺时针方向, 与A的电流方向相反, 有排斥作用, 故线圈B将有扩张的趋势.
4. (2012·皖南八校联考)如图9－1－13所示, P、Q是两根竖直且足够长的金属杆, 处在垂直纸面向里的匀强磁场B中, MN是一个螺线管, 它的绕线方法没有画出, P、Q的输出端a、b和MN的输入端c、d之间用导线相连, A是在MN的正下方水平放置在地面上的金属圆环. 现将金属棒ef由静止释放, 在下滑过程中始终与P、Q棒良好接触且无摩擦. 在金属棒释放后下列说法正确的是(　　)

图9－1－13

A. A环中有大小不变的感应电流
B. A环中有越来越大的感应电流
C. A环对地面的压力先减小后增大
D. A环对地面的压力先增大后减小
解析: 选 D.金属棒下滑过程中受到重力、安培力两个力的作用, 随着金属棒速度的增大, 回路中电流逐渐增大, 金属棒所受安培力逐渐增大, 棒的加速度逐渐减小, 当安培力等于重力时棒匀速下落, 回路中电流恒定不变, A、B皆错误. 回路中电流通过线圈时产生磁场, 此磁场强弱随回路中电流的变化而变化, 从而在环中产生感应电流, 由于回路中电流增大, 线圈中产生的磁场增强, 使通过环的磁通量增大, 由广义的楞次定律可知环与线圈间产生斥力, 使环对地面的压力大于环的重力. 由于棒做加速度逐渐减小的加速运动, 棒的速度变化越来越慢, 则线圈产生的磁场变化越来越慢, 通过环的磁通量变化率越来越小, 环中的电流越来越小, 当棒匀速运动时环中电流为零. 由于开始时环中电流最大但线圈产生的磁场最弱为零、最终状态下线圈产生的磁场最强但环中电流为零, 故环与线圈间的斥力必是先从零增大后又减小到零, 故C错误、D正确.

图9－1－14
5. 如图9－1－14所示, 固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中, 金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动. t＝0时, 磁感应强度为B0, 此时MN到达的位置使MDEN构成一个边长为l的正方形. 为使MN棒中不产生感应电流, 从t＝0开始, 磁感应强度B随时间t应怎样变化？请推导出这种情况下B与t的关系式
解析: 要使MN棒中不产生感应电流, 应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化.
在t＝0时刻, 穿过线圈平面的磁通量
Φ1＝B0·S＝B0·l2
设t时刻的磁感应强度为B, 此时磁通量为
Φ2＝Bl(l＋vt)
由Φ1＝Φ2, 得B＝
答案: 见解析

一、选择题
1. 下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(　　)

图9－1－15

A. ①②　　　　　　　　　　 B. ③④
C. ①③④ D. ④
解析: 选 B.根据楞次定律可确定感应电流的方向, 当磁铁向下运动时, 若磁铁N极向下, 如图①, 则: (1)闭合线圈原磁场的方向——向下; (2)穿过闭合线圈的磁通量的变化——增加; (3)感应电流产生的磁场方向——向上; (4)利用安培定则判断感应电流的方向——与图中箭头方向不同故①错误③正确, 同理可得②错误④正确, 选项B正确.

图9－1－16
2. 两个大小不同的绝缘金属圆环如图9－1－16叠放在一起, 小圆环有一半面积在大圆环内, 当大圆环中通顺时针方向电流的瞬间, 小圆环中感应电流的方向是(　　)
A. 顺时针方向
B. 逆时针方向
C. 左半圆顺时针, 右半圆逆时针
D. 无感应电流
解析: 选 B.根据安培定则, 当大圆环中电流为顺时针方向时, 圆环内的磁场是垂直于纸面向里的, 而环外的磁场方向垂直于纸面向外, 虽然小圆环在大圆环里外的面积一样, 但环里磁场比环外磁场要强, 净磁通量还是垂直于纸面向里. 由楞次定律知, 感应电流的磁场阻碍垂直于纸面向里方向的磁通量的增强, 应垂直于纸面向外, 再由安培定则得出小圆环中感应电流的方向为逆时针方向, B选项正确.

图9－1－17
3. 如图9－1－17所示, ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈, 当滑动变阻器R的滑片P向右滑动过程中, 线圈ab将(　　)
A. 静止不动
B. 顺时针转动
C. 逆时针转动
D. 发生转动, 但因电源的极性不明, 无法确定转动方向
解析: 选 B.当P向右滑动时, 电路总电阻减小, 电路中的电流是增大的, 两磁铁间的磁场增强, 闭合导体线圈的磁通量增大, 线框中产生感应电流, 受到磁场力而发生转动, “转动”是结果, 反抗原因是“磁通量增大”, 因此转动后应使穿过线圈的磁通量减小, 故应沿顺时针转动. 故应选 B.

图9－1－18
4. 如图9－1－18所示, A为水平放置的橡胶圆盘, 在其侧面带有负电荷－Q, 在A正上方用丝线悬挂一个金属圆环B(丝线未画出), 使B的环面与圆盘平行, 其轴线与橡胶圆盘A的轴线O1O2重合. 现使橡胶圆盘A由静止开始绕其轴线O1O2按图中箭头方向加速转动, 则(　　)
A. 金属圆环B有扩大半径的趋势, 丝线受到的拉力增大
B. 金属圆环B有缩小半径的趋势, 丝线受到的拉力减小
C. 金属圆环B有扩大半径的趋势, 丝线受到的拉力减小
D. 金属圆环B有缩小半径的趋势, 丝线受到的拉力增大
解析: 选 B.橡胶圆盘A在加速转动时, 产生的磁场在不断增加, 穿过B的磁通量不断增加, 根据楞次定律可判知B正确.

图9－1－19
5. (2012·西安八校联考)如图9－1－19所示, 虚线abcd为矩形匀强磁场区域, 磁场方向竖直向下, 圆形闭合金属线框以一定的速度沿光滑绝缘水平面向磁场区域运动. 如图9－1－20所示给出的是圆形闭合金属线框的四个可能到达的位置, 则圆形闭合金属线框的速度可能为零的位置是(　　)

图9－1－20

A. ①② B. ①④
C. ②③ D. ④
解析: 选 B.因为线框在进、出磁场时, 线框中的磁通量发生变化, 产生感应电流, 安培力阻碍线框运动, 使线框的速度可能减为零, 故B正确.

图9－1－21
6. 如图9－1－21所示, 矩形闭合线圈放置在水平薄板上, 有一块蹄形磁铁如图所示置于平板的正下方(磁极间距略大于矩形线圈的宽度). 当磁铁匀速向右通过线圈正下方时, 线圈仍静止不动, 那么线圈受到薄板的摩擦力方向和线圈中产生感应电流的方向(从上向下看)是(　　)
A. 摩擦力方向一直向左
B. 摩擦力方向先向左、后向右
C. 感应电流的方向顺时针→逆时针→逆时针→顺时针
D. 感应电流的方向顺时针→逆时针
解析: 选AC.穿过线圈的磁通量先向上方向增加, 后减少, 当线圈处在磁铁中间以后, 磁通量先向下方向增加, 后减少, 所以感应电流的方向顺时针→逆时针→逆时针→顺时针, 故C正确, D错误; 根据楞次定律可以判断: 磁铁向右移动过程中, 磁铁对线圈有向右的安培力作用, 所以摩擦力方向向左, 故A正确, B错误.

图9－1－22
7. 如图9－1－22所示, 闭合的矩形金属框abcd的平面与匀强磁场垂直, 现金属框固定不动而磁场运动, 发现ab边所受安培力的方向为竖直向上, 则此时磁场的运动可能是(　　)
A. 水平向右平动
B. 水平向左平动
C. 竖直向上平动
D. 竖直向下平动
解析: 选A.ab受到的力向上, 由右手定则可知, ab上电流的方向由b→a, 由楞次定律可得, 线框内的磁通量在增加, 磁场向右运动, A项正确, B项错误; 当磁场上下运动时, 线框内的磁通量不变化, 不产生感应电流, C、D项错误.

图9－1－23
8. (2012·杭州高三检测)如图9－1－23所示, 一根长导线弯成如图abcd的形状, 在导线框中通以直流电, 在框的正中间用绝缘的橡皮筋悬挂一个金属环P, 环与导线框处于同一竖直平面内, 当电流I增大时, 下列说法中正确的是(　　)
A. 金属环P中产生顺时针方向的电流
B. 橡皮筋的长度增大
C. 橡皮筋的长度不变
D. 橡皮筋的长度减小
解析: 选 B.导线框中的电流所产生的磁场在金属环P内的磁通量方向垂直于纸面向里, 当电流I增大时, 金属环P中的磁通量向里且增大, 由楞次定律和安培定则可知金属环P中产生逆时针方向的感应电流, 故A错; 根据对称性及左手定则可知金属环P所受安培力的合力方向向下, 并且随电流I的增大而增大, 所以橡皮筋会被拉长, 故B正确, C、D错误.
9. 如图9－1－24所示, 开始时矩形线圈与磁场垂直, 且一半在匀强磁场内一半在匀强磁场外, 若要线圈中产生感应电流, 下列方法中可行的是(　　)

图9－1－24

A. 将线圈向左平移一小段距离
B. 将线圈向上平移
C. 以ab为轴转动(小于90°)
D. 以ac为轴转动(小于60°)
解析: 选ACD.当线圈向左平移一小段距离时, 穿过闭合电路abdc的磁通量变化(减小), 有感应电流产生, A正确; 将线圈向上平移时, 磁通量不变, 无感应电流, B错误; 以ab为轴转动小于90°和以ac为轴转动小于60°时, 磁通量都是从最大减小, 故有感应电流, C、D正确.
10. 如图9－1－25所示, 粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈. 当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时, 若线圈始终不动, 则关于线圈受到的支持力N及在水平方向运动趋势的判断正确的是(　　)

图9－1－25

A. N先小于mg后大于mg, 运动趋势向左
B. N先大于mg后小于mg, 运动趋势向左
C. N先小于mg后大于mg, 运动趋势向右
D. N先大于mg后小于mg, 运动趋势向右
解析: 选 D.条形磁铁从线圈正上方等高快速经过时, 通过线圈的磁通量先增加后减小. 当通过线圈的磁通量增加时, 为阻碍其增加, 在竖直方向上线圈有向下运动的趋势, 所以线圈受到的支持力大于其重力, 在水平方向上有向右运动的趋势; 当通过线圈的磁通量减小时, 为阻碍其减小, 在竖直方向上线圈有向上运动的趋势, 所以线圈受到的支持力小于其重力, 在水平方向上有向右运动的趋势. 综上所述, 线圈受到的支持力先大于重力后小于重力, 运动趋势总是向右.
二、非选择题

图9－1－26
11. 如图9－1－26所示, 匀强磁场区域宽为d, 一正方形线框abcd的边长为l, 且l＞d, 线框以速度v通过磁场区域, 从线框进入到完全离开磁场的时间内, 线框中没有感应电流的时间是多少？
解析: 从线框进入到完全离开磁场的过程中, 当线框bc　边运动至磁场右边缘到ad边运动至磁场左边缘过程中无感应电流.
此过程位移为: l－d
故t＝.
答案:

图9－1－27
12. 如图9－1－27所示, 磁感应强度为B的匀强磁场仅存在于边长为2L的正方形abcd中, 在这个正方形的同一平面内, 有一电阻为R、边长为L的正方形导体线圈ABCD, 以速度v匀速通过磁场. 从BC边进入磁场开始计时, 试回答下列问题:
(1)穿过线圈的磁通量Φ随时间t如何变化, 并作出磁通量随时间变化的图像.
(2)线圈中有无感应电流, 若有, 请判断出感应电流的方向.

解析: (1)由于本题中线圈的速度不变, 可根据题意把整个过程从时间上分成三段, 即0～L/v(BC边进磁场到AD边进磁场)、L/v～2L/v(整个线圈都在磁场中)、2L/v～3L/v(BC边出磁场到AD边出磁场)三个时间段. 根据磁通量的公式Φ＝B·S可知, 线圈的磁通量在第一段时间内从零均匀增大到最大值, 然后在第二段时间内磁通量保持最大值不变, 在第三段时间内均匀减小直到零(如图所示).

(2)由法拉第电磁感应定律可以知道只有通过闭合回路的磁通量发生变化才有感应电动势和感应电流, 所以在第一时间段和第三时间段才有感应电动势和感应电流, 且由楞次定律可知, 第一段时间内的感应电流方向为逆时针; 第三段时间内的感应电流方向为顺时针; 在第二时间段里无感应电流.
答案: 见解析

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