2.1 楞次定律 练习-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

2.1 楞次定律 练习 一、单选题 1．航母上的飞机起飞可以利用电磁驱动来实现。电磁驱动原理示意图如图所示，在固定线圈左右两侧对称位置放置两个闭合金属圆环，铝环和铜环的形状、大小相同、已知铜的电阻率较小，不计所有接触面间的摩擦，则闭合开关S的瞬间（　　）      A．铝环向右运动，铜环向左运动 B．铝环和铜环都向右运动 C．铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力 D．从左向右看，铜环中的感应电流沿逆时针方向 2．关于教材中的插图下面说法正确的是（    ） A．甲图是利用右手定则来判断直线电流产生的磁场方向的示意图 B．乙图是利用左手定则来判断通电导线在磁场中受力方向的示意图 C．丙图是利用左手定则来判断导线切割磁感线时产生的感应电流方向的示意图 D．丁图是磁电式电流表其物理学原理是基于通电线圈在磁场中受到安培力作用而发生转动 3．如图所示，水平放置的两条电阻不计的光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当MN在外力作用下向左匀加速运动运动时，PQ的电流方向及运动情况是（　　） A．P→Q，向右运动 B．Q→P，向右运动 C．P→Q，向左运动 D．Q→P，向左运动 4．某同学设想的减小电梯坠落时造成伤害的一种应急安全装置如图所示，在电梯轿厢底部安装永久强磁铁，磁铁N极朝上，电梯井道内壁上铺设若干金属线圈，线圈在电梯轿厢坠落时能自动闭合，从而减小对厢内人员的伤害。当电梯轿厢坠落到图示位置时，下列说法正确的是（　　） A．从上往下看，金属线圈A中的感应电流沿顺时针方向 B．从上往下看，金属线圈B中的感应电流沿逆时针方向 C．电梯轿厢在金属线圈AB的阻碍作用下，速度越来越小最终可以使轿厢停在图示位置 D．金属线圈B有收缩的趋势，A有扩张的趋势 5．如图所示，在绝缘的水平面上，有闭合的两个线圈a、b，线圈a处在匀强磁场中，现将线圈a从磁场中匀速拉出，线圈a、b中产生的感应电流方向分别是（　　） A．顺时针，顺时针 B．顺时针，逆时针 C．逆时针，顺时针 D．逆时针，逆时针 6．用如图所示的实验装置探究影响感应电流方向的因素。将条形磁体的某一极插入和拔出线圈的过程中，下列判断正确的是（　　） A．电流表指针发生偏转，且偏转方向不同 B．电流表指针发生偏转，且偏转方向相同 C．磁体受到线圈的作用力，且方向均向上 D．磁体受到线圈的作用力，且方向均向下 7．某小组将螺线管通有电流I，若将一个单匝线圈a套在螺线管上且圆心通过螺线管的轴线（线圈a的直径略大于螺线管的直径），将另一个单匝线圈b放在螺线管的上方，且与a线圈在同一竖直平面上，如图所示。当电流增大时，下列有关b线圈的电流方向（由左向右观察）。a线圈的收缩或扩张趋势判断正确的是（　　） A．顺时针；扩张 B．顺时针；收缩 C．逆时针；收缩 D．逆时针；扩张 二、多选题 8．如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，MN的左边有一闭合电路，当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动．则PQ新做的运动可能是（　　） A．向右加速运动 B．向左加速运动 C．向右减速运动 D．向左减速运动 9．现代高层建筑中，电梯系统安装了电磁缓冲装置。在电梯轿厢底部对称安装了8台永久强磁铁，磁铁S极均朝上，电梯井道内壁上铺设若干金属线圈，当电梯轿厢超速下降时会迅速启动缓冲系统，使线圈立即闭合。当电梯轿厢超速下降到如图所示位置时，下列说法正确的是（　　） A．下方线圈对轿厢有阻碍作用，上方线圈对轿厢无阻碍作用 B．轿厢上方与下方之间的金属线圈相互排斥 C．从上往下看，轿厢上方线圈的感应电流沿顺时针方向 D．上方线圈有收缩的趋势，下方线圈有扩张的趋势 10．下列四幅图关于各物理量方向的关系中，正确的是（　　） A． B． C． D． 三、解答题 11．如图所示，导体棒ab向右做切割磁感线运动。 (1)请用楞次定律判断感应电流的方向。 (2)感应电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向三者之间满足什么关系？ 12．交流异步电动机是利用交变电流产生的旋转磁场带动闭合线圈转动的电动机，其工作原理与下图所示的装置类似。磁铁旋转产生旋转磁场，带动闭合线圈转动。请根据所学物理知识回答以下问题，并说明理由。 （1）线圈中是否有感应电流? （2）线圈转动方向是否与磁铁转动方向一致? （3）电动机带负载工作时，线圈的转速是否可以达到磁铁转动的转速? 13．如图甲所示，abcd中的磁场按图乙的形式随时间变化，磁场垂直纸面向里为正方向，则矩形线框内的感应电流方向是怎样的，以及bc边受到的安培力的方向是怎样的？ 14．如图所示，一根足够长的无缝铝管竖直放置，一块圆形强磁铁从铝管上端开口处静止释放。不计摩擦阻力和空气阻力，在磁铁下落的过程中，请回答： （1）铝管是否产生感应电流并说明原因； （2）描述磁铁进入铝管后的运动情况； （3）系统中的能量转化情况。 15．在经典物理理论中，氢原子的核外电子绕原子核做匀速圆周运动。设电子运动方向如图甲所示。已知电子质量为m、环绕半径为r、静电力常量为k、元电荷为e。 （1）求电子绕核运动的角速度大小和电子绕核运动形成的等效电流I； （2）在图甲的情况下，分别施加磁感应强度大小相等、方向相反、垂直于电子轨道平面的匀强磁场和，如图乙、丙所示。施加磁场后，电子仍沿原方向做半径为r的匀速圆周运动，但角速度的大小分别变为和。 a．根据牛顿运动定律、洛伦兹力相关知识，分析并判断与，与的大小关系； b．①图乙和丙中，设电子绕核运动所形成的等效电流分别为和，请填写表1（选填“增大”“减小”或“不变”）。 表1 相比于（1）中的I 相比于（1）中的I ②等效电流亦会在轨道内激发磁场。图乙、丙中，由于等效电流的变化，其在轨道内激发的磁场的磁感应强度相对于图甲分别变化了和，请填写表2（选填“相同”“相反”或“无法确定”）。 表2 与的方向 与的方向 参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C D A D A A A BC BC BD 1．C 【详解】AB．闭合开关S的瞬间，穿过两个金属环的磁通量向左增大，由楞次定律的推广可知，为阻碍磁通量的增大，铝环向左运动，铜环向右运动，AB错误； C．由于铝环和铜环的形状、大小相同、已知铜的电阻率较小，则有铜环的电阻较小，在闭合开关S的瞬间，两环产生的感应电动势大小相等，可知铜环中的感应电流大于铝环中的感应电流，则铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力，C正确； D．闭合开关S的瞬间，由右手螺旋定则可知，固定线圈产生的磁场方向向左且增大，则穿过铜环的磁通量向左增大，由楞次定律可知，从左向右看，铜环中的感应电流沿顺时针方向，D错误。 故选C。 2．D 【详解】A．甲图是利用右手螺旋定则来判断直线电流产生的磁场方向的示意图，故A错误； B．乙图是利用右手定则来判断导线切割磁感线时产生的感应电流方向的示意图，故B错误； C．丙图是利用左手定则来判断通电导线在磁场中受力方向的示意图，故C错误； D．磁电式电流表其物理学原理是基于通电线圈在磁场中受到安培力作用而发生转动，故D正确； 故选D。 3．A 【详解】当MN在外力作用下向左匀加速运动运动时，根据右手定则和安培定则可知，线圈中电流产生的磁场向上穿过线圈，且穿过线圈的磁通量增加；根据楞次定律可知，线圈感应电流产生的磁场方向向下，根据右手螺旋定则可知通过金属棒PQ的电流方向由P→Q，根据左手定则可知，金属棒PQ受到的安培力向右，则金属棒PQ向右运动。 故选A。 4．D 【详解】AB．当电梯坠落至题图位置时，闭合线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从上往下看是逆时针方向，B中向上的磁场增强，感应电流的方向从上往下看是顺时针方向，故AB错误； C．电梯轿厢在金属线圈AB的阻碍作用下速度逐渐减小，加速度也在减小，等到加速度减为零开始匀速下降，不能阻止磁铁的运动，故轿厢最终不能停在图示位置，故C错误； D．闭合线圈A中向上的磁场减弱，B中向上的磁场增强，根据楞次定律可知，线圈B有收缩的趋势，A有扩张的趋势，故D正确。 故选D。 5．A 【详解】线圈a从磁场中匀速拉出，的过程中穿过a线圈的磁通量在减小，则根据楞次定律可知a线圈的电流为顺时针，a中产生的电流为恒定电流，则线圈a靠近线圈b的过程中线圈b的磁通量在向外增大，根据楞次定律可得线圈b产生的电流为顺时针。 故选A。 6．A 【详解】AB．将条形磁体的某一极插入和拔出线圈的过程中，线圈所在位置的原磁场方向一定，穿过线圈的磁通量分别增大和减小，线圈中均有感应电流，电流表指针均发生偏转，根据楞次定律可知，插入和拔出线圈的过程中，感应电流方向相反，即电流表指针偏转方向不同，故A正确，B错误； CD．根据楞次定律可知，感应电流激发的磁场对原磁体有磁场力的作用，该力总要阻碍原磁体的相对运动，即磁体受到线圈的作用力，插入时方向向上，拨出时方向向下，故CD错误。 故选A。 7．A 【详解】由图可知，螺线管中电流产生的磁场左端是S极，右端是N极，b线圈中的磁通量是向左增强，根据楞次定律可知，由左向右观察，b线圈中产生顺时针的电流；由于a线圈中的净剩向右的磁通量增大，则线圈有扩张的趋势使磁通量减小。 故选A。 8．BC 【详解】MN向右运动，说明MN受到向右的安培力，因为ab在MN处的磁场垂直纸面向里，根据左手定则可知，MN中的感应电流由M→N，根据安培定则可知，L1中感应电流的磁场方向向上，根据楞次定律可知，L2中磁场方向可能向上减弱，也可能向下增强；若L2中磁场方向向上减弱，则PQ中电流为Q→P且减小，PQ向右减速运动；若L2中磁场方向向下增强，则PQ中电流为P→Q且增大，PQ向左加速运动。 故选BC。 9．BC 【详解】BC．电梯轿厢底部安装了永磁铁，故上、下方线圈在电梯轿厢下降时会产生感应电流，根据楞次定律，从上往下看可知，上方线圈电流方向为顺时针，下方线圈电流方向为逆时针，两线圈相互排斥，故BC正确； AD．上、下方线圈均对轿厢有阻碍作用，轿厢向下运动，远离上方线圈，故上方线圈有扩张的趋势，轿厢靠近下方线圈，故下方线圈有收缩的趋势，故AD错误。 故选BC。 10．BD 【详解】A．由左手定则可知，安培力的方向总是与磁感应强度的方向垂直，即安培力方向应指向左上方，故A错误； B．磁场的方向向下，电流的方向向里，由左手定则可知安培力的方向向左，故B正确； C．由右手螺旋定则可知，螺线管内部磁场的方向应向右，故C错误； D．根据楞次定律可知，当条形磁铁插入螺线管时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，再根据右手螺旋定则可知，螺线管中电流的方向为逆时针（从上向下看），故D正确。 故选BD。 11．(1)a→d→c→b→a (2)满足右手定则 【详解】（1）导体棒ab向右做切割磁感线运动，穿过回路的磁通量向里增加，根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向垂直纸面向外，根据安培定则可知，感应电流的方向为a→d→c→b→a。 （2）感应电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向三者之间满足右手定则。即右手大拇指为导体棒运动的速度v的方向，让原磁场B的方向垂直穿过手掌心，四指的方向即为感应电流I的方向。 12．（1）有；（2）是；（3）不可以 【详解】（1）由题图可知，当磁铁旋转产生旋转磁场时，穿过闭合线圈的磁通量发生变化，线圈中有感应电流产生。 （2）对磁铁旋转从右向左看，磁铁逆时针转动，闭合线圈的上直边相对磁铁顺时针转动，由右手定则可知，上直边产生的感应电流方向从右向左，由左手定则可知，上直边受到的安培力沿逆时针方向，即上直边受到的安培力对线圈产生逆时针方向的转动力矩，线圈逆时针转动，线圈转动方向是与磁铁转动方向一致。 （3）电动机带负载工作时，线圈的转速不可以达到磁铁转动的转速，若线圈的转速达到磁铁转动的转速，则穿过闭合线圈的磁通量不会发生变化，线圈中不会产生感应电流，线圈就不会产生转动的力矩，电动机不能带负载工作。 13．0~1s感应电流方向为逆时针方向，1s~3s顺时针方向，3s~4s逆时针方向：0~1s内安培力方向向左，1s~2s内向右，2s～3s内向左，3s~4 s内向右 【详解】由图乙可知，0~1s磁感应强度随时间逐渐增大，由楞次定律可知，感应电流的方向为逆时针方向，1s~2s磁感应强度逐渐减小，2s~3s磁感应强度负方向逐渐增大，由楞次定律可知，1s~3s感应电流的方向为顺时针方向，3s~4s磁感应强度负方向逐渐减小，由楞次定律可知，感应电流的方向为逆时针方向； 由左手定则，可知0~1s内bc边受到的安培力方向向左，1s~2s内向右，2s～3s内向左，3s~4 s内向右。 14．（1）见解析；（2）见解析；（3）见解析 【详解】（1）强磁铁从铝管中经过时，铝管中会产生感应电流，因铝管形成的闭合回路中的磁通量发生变化。 （2）由楞次定律可知，感应电流的磁场总是阻碍磁铁相对铝管的运动，磁铁运动越快，铝管中的感应电流越大，感应电流对磁铁的阻碍作用也越大，因此磁铁先做加速度逐渐减小的加速运动，最后做匀速运动。 （3）磁铁由静止释放后，磁铁的一部分机械能首先转化为电能，由焦耳定律可知，电能再转化为铝管的内能。 15．（1）；；（2）a. ；； b.①增大；减小；②相反；相反 【详解】（1）电子绕核做圆周运动，则 解得 电子绕核运动形成的等效电流 （2）a.乙图中电子受洛伦兹力方向指向圆心，则 丙图中电子受洛伦兹力方向背离圆心，则 可知 b．①根据 则相比于（1）中的I增大；相比于（1）中的I减小； ②因图乙中等效电流相比于（1）中的I增大，则在轨道内激发的磁场的磁感应强度向外增加，则相对于图甲变化方向向外，与的方向相反； 因图丙中等效电流相比于（1）中的I减小，则在轨道内激发的磁场的磁感应强度向外减小，相对于图甲的变化向里，与的方向相反； 学科网（北京）股份有限公司 $$