内容正文:
课时提升训练(17) 电磁感应现象 楞次定律
考点一 楞次定律和右手定则的应用
1.(多选)(2025·湖州检测)中国科学院科普云平台的格致论道栏目中,罗会仟老师演示了用超导线圈悬浮一个强磁铁的实验,如图所示,此时强磁铁N极朝上。当快速将磁铁从图示位置向下拔出,则( )
A.俯视超导线圈,其电流的方向为顺时针
B.俯视超导线圈,其电流的方向为逆时针
C.将磁铁S极朝上再从下方靠近超导线圈,线圈受引力
D.将磁铁S极朝上再从下方靠近超导线圈,线圈受斥力
答案:BD
2.(多选)两根相互平行的固定金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中,在导轨上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AB的作用力向左
答案:BD
考点二 楞次定律推论的应用
3.如图所示,某教室墙上有一扇朝南的钢窗,将钢窗右侧向外打开,以推窗人的视角来看,窗框中产生( )
A.顺时针电流,且有收缩趋势
B.顺时针电流,且有扩张趋势
C.逆时针电流,且有收缩趋势
D.逆时针电流,且有扩张趋势
D 解析:地磁场方向由南指向北,将钢窗右侧向外打开,则向北穿过钢窗的磁通量减少,根据楞次定律知,感应电流产生的磁场方向由南指向北,即以推窗人的视角来看,感应电流方向为逆时针,同时根据“增缩减扩”可知,窗框有扩张趋势,D正确。
4.如图所示,光滑固定导轨M、N水平放置,两根导体棒P、Q平行放置在导轨上,形成一个闭合回路。当一条形磁体从高处下落接近回路时(重力加速度为g)( )
A.P、Q将相互靠拢
B.P、Q将相互远离
C.磁体的加速度仍为g
D.磁体的加速度一定大于g
A 解析:当一条形磁体从高处下落接近回路时,穿过回路的磁通量增大,根据楞次定律可知,P、Q将相互靠拢从而阻碍回路的磁通量增大,A正确,B错误;根据楞次定律可知,回路中感应电流的磁场将阻碍条形磁体的靠近,所以磁体的加速度一定小于g,C、D错误。
考点三 “三定则、一定律”的综合应用
5.某实验小组的同学用如图所示装置研究电磁感应现象,软铁环上绕有M、N两个线圈,M线圈与电源和滑动变阻器相连,N线圈与电流表相连,闭合开关S的瞬间,观察到电流表指针向右偏转。下列说法正确的是( )
A.闭合S后,滑片P匀速向上滑动的过程中,电流表指针不偏转
B.闭合S后,滑片P加速向上滑动的过程中,电流表指针向左偏转
C.断开S的瞬间,电流表指针不发生偏转
D.断开S的瞬间,电流表指针向右偏转
B 解析:闭合开关S的瞬间,电流突然增大,穿过线圈N的磁通量增大,观察到电流表指针向右偏转,开关S闭合后,滑片P匀速或加速向上滑动的过程中,电流减小,穿过线圈N的磁通量减小,电流表指针向左偏转,A错误,B正确;断开开关的瞬间,流过线圈M的电流减小,则穿过线圈N的磁通量减小,电流表指针向左偏转,C、D错误。
6.如图所示,在一有界匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨,虚线为有界磁场的左边界,导轨跟圆形线圈M相接,图中线圈N与线圈M共面、彼此绝缘,且两线圈的圆心重合,半径RM<RN。在磁场中垂直于导轨放置一根导体棒ab,已知磁场垂直于导轨所在平面向外。欲使线圈N有收缩的趋势,下列说法正确的是( )
A.导体棒可能沿导轨向左做加速运动
B.导体棒可能沿导轨向右做加速运动
C.导体棒可能沿导轨向左做减速运动
D.导体棒可能沿导轨向左做匀速运动
C 解析:导体棒ab加速向左运动时,导体棒ab产生的感应电动势和感应电流增大,由右手定则知ab中电流方向由b→a,根据安培定则可知,M在其内部产生磁场方向垂直纸面向外,由于磁感线是闭合的曲线,所以M外部磁感线垂直纸面向里,所以穿过N的磁通量垂直纸面向外且在增大,由楞次定律知N中电流方向沿顺时针,与M中电流方向相反,N有扩张趋势,A错误;同理分析得B、D错误,C正确。
7.磁单极子自1932年被狄拉克提出以来,科学家们一直都在努力寻找其存在的确凿证据。如果一个只有S极的磁单极子从上向下穿过如图所示的闭合超导线圈,则从上向下看,这个线圈中将出现( )
A.先逆时针后顺时针的感应电流
B.先顺时针后逆时针的感应电流
C.逆时针方向的持续流动的感应电流
D.顺时针方向的持续流动的感应电流
D 解析:只有S极的磁单极子从上向下穿过如图所示的闭合超导线圈时,穿过线圈的磁通量先向上增加,后向下减小,根据楞次定律可知,从上向下看线圈中产生顺时针方向的持续流动的感应电流,D正确。
8.通电螺线管外套着a、b两个金属环。两个环的圆心在螺线管的轴线上,如图所示。闭合开关S,在移动滑动变阻器的滑动头P时,下列说法正确的是( )
A.磁通量Φa<Φb
B.a、b两环中感应电流的磁场与螺线管内部磁场方向相同
C.当P向右滑动时,b环中的感应电流方向为逆时针方向(从左向右看)
D.当P向右滑动时,a、b两环的面积有扩张的趋势
D 解析:螺线管内部磁场和外部磁场均通过线圈a、b,且内部磁场的磁通量大于外部磁场的磁通量,则Φ=Φ内-Φ外,因为螺线管外部磁场通过金属环a的磁通量小于通过金属环b的磁通量,故Φa>Φb,A错误;若螺线管电流的磁场变强,穿过两金属环的磁通量变大,故感应电流的磁场与螺线管内部磁场反向,反之,感应电流的磁场与螺线管内部磁场同向,B错误;P向右滑动,滑动变阻器阻值减小,电路总阻值减小,螺线管电流变大,根据安培定则,可知通过b环的磁通量向左变大,再根据楞次定律,可知b环中的感应电流方向为顺时针方向(从左向右看),C错误;金属环处在螺线管外部磁场当中,螺线管外部磁场与内部磁场方向相反,根据左手定则可知,a、b两环的面积有扩张的趋势,D正确。
9.如图所示,在同一个水平面内彼此绝缘的两个光滑圆环A、B,大圆环A中通有顺时针方向的恒定电流I。小圆环B的一半面积在圆环A内、一半面积在圆环A外,下列说法正确的是( )
A.穿过环B的磁通量为0
B.环B中有持续的感应电流
C.若增大环A内的电流,则环B会向右移动
D.若减小环A内的电流,则环B会产生逆时针方向的电流
C 解析:电流在环A内侧的磁场向里,在环A外侧的磁场向外,对于环B,其左侧向里的磁场大于右侧向外的磁场,磁通量不为0,A错误;环A中通有恒定电流I,环B中磁通量不变,故无感应电流,B错误;若增大环A内的电流,则环B中向里的磁通量增加,根据楞次定律知,环B会向右移动,C正确;若减小环A内的电流,则环B中向里的磁通量减小,根据楞次定律判断,环B中会产生顺时针方向的电流,D错误。
10.如图甲所示,在光滑水平面上,使电路abcd的ad端加上如图乙所示的交变电压,a点电势高于d点电势时电压u为正值,电路abcd所围区域内还有一弹性导线框MNPQ置于光滑水平面上,以下说法错误的是( )
A.t1时刻,线框MNPQ中的感应电流为零
B.t2时刻,电路abcd对线框MN的安培力为零
C.t3时刻,线框MNPQ中的感应电流为顺时针方向
D.t2~t3时间内,线框MNPQ的面积会变大
D 解析:t1时刻,电势差最大但是图像的斜率为0,则其变化率也为0,所以线框MNPQ中的感应电流为零,A正确;t2时刻,线框MNPQ中的感应电流最大,但是电路中电流为0,其产生的磁场也为0,则电路abcd对线框MNPQ的安培力为0,B正确;t3时刻,由安培定则知,电路abcd产生的磁场方向垂直水平面向上,并且磁通量增大,由楞次定律及安培定则,可知线框MNPQ中的感应电流为顺时针方向,C正确;t2~t3时间内,电路中的电流增大,线框MNPQ中的磁通量增大,由楞次定律推论知线框MNPQ的面积会变小,D错误。
11.(2025·宁波模拟)如图甲所示,A、B为两个相同的环形线圈,共轴并靠近放置,线圈A中通有如图乙所示的交变电流,下列说法正确的是( )
A.t1时刻两线圈间作用力最大
B.t2时刻两线圈间作用力最大
C.在t1到t2时间内,A、B两线圈相互排斥
D.在t2到t3时间内,A、B两线圈相互排斥
D 解析:由题图可知,在t1时刻线圈A中的电流最大,此时产生的磁通量的变化率是最小的,为零,所以线圈B中感应电流为零,因此两线圈间作用力为零,A错误;在t2时刻,线圈A中的电流为零,而磁通量的变化率是最大的,所以线圈B中感应电流最大,但线圈A、B间的相互作用力为零,B错误;在t1到t2时间内,若设顺时针(从右向左看)方向为正,则线圈A中电流方向沿顺时针且大小减小,根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B方向向左的磁通量大小减小,由楞次定律可知,线圈B中的电流方向沿顺时针,因此线圈A、B中电流方向相同,相互吸引,C错误;在t2到t3时间内,若设顺时针方向(从右向左看)为正,则线圈A中电流方向沿逆时针且大小增大,根据右手螺旋定则可判定穿过线圈B方向向右的磁通量大小增大,由楞次定律可知,线圈B中的电流方向沿顺时针,因此线圈A、B中电流方向相反,线圈A、B互相排斥,D正确。
12.如图所示,在竖直方向上的两个匀强磁场B1和B2中,各放入一个完全一样的水平金属圆盘a和b,它们可绕竖直轴自由转动。用导线将a盘中心与b盘边缘相连,b盘中心与a盘边缘相连。从上向下看,当a盘顺时针转动时( )
A.b盘总是逆时针转动
B.若B1、B2同向,b盘顺时针转动
C.若B1、B2反向,b盘顺时针转动
D.b盘总是顺时针转动
C 解析:若B1、B2都竖直向上,从上向下看,当a盘顺时针转动时,其半径切割磁感线,感应电流方向为a′→O→b′→O′→a′,b盘电流方向为b′→O′,根据左手定则,b盘受到安培力沿逆时针方向(俯视)转动;若B1、B2都竖直向下,从上向下看,当a盘顺时针转动时,其半径切割磁感线,感应电流方向为O→a′→O′→b′→O,b盘电流方向为O′→b′,根据左手定则,b盘受到安培力沿逆时针方向(俯视)转动;若B1向上,B2向下,从上向下看,当a盘顺时针转动时,其半径切割磁感线,感应电流方向为a′→O→b′→O′→a′,b盘电流方向为b′→O′,根据左手定则,b盘受到安培力沿顺时针方向(俯视)转动;若B1向下,B2向上,从上向下看,当a盘顺时针转动时,其半径切割磁感线,感应电流方向为O→a′→O′→b′→O,b盘电流方向为O′→b′,根据左手定则,b盘受到安培力沿顺时针方向(俯视)转动,A、B、D错误,C正确。
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