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1、
課時作業(yè)(四十七) 電磁感應現(xiàn)象和楞次定律
[基礎(chǔ)訓練]
1.(2018·黑龍江大慶實驗中學模擬)如圖所示,套在條形磁鐵外的三個線圈,其面積S1>S2=S3,1、2在同一位置,且3線圈在磁鐵的正中間.設各線圈中的磁通量依次為Φ1、Φ2、Φ3,則它們的大小關(guān)系是( )
A.Φ1>Φ2>Φ3 B.Φ1>Φ2=Φ3
C.Φ1<Φ2<Φ3 D.Φ1<Φ2=Φ3
答案:C 解析:在條形磁鐵內(nèi)外都有磁場,套在條形磁鐵外的三個線圈的磁通量為內(nèi)部向左的磁通量減去外部向右的磁通量,而內(nèi)部向左的磁通量相同,外部向右的磁通量越大,總磁通量越小,1、2在同一位置,1的外部面積大,則向右的
2、磁通量大,故Φ2>Φ1,2、3面積一樣,3位置外部向右磁通量小,則Φ3>Φ2,可知Φ1<Φ2<Φ3,選項C正確.
2.(多選)閉合的鋁環(huán)豎直放置,在其右側(cè)的軸線上水平放置一小磁針,小磁針可在水平方向上自由運動,下列說法正確的是( )
A.如果鋁環(huán)向右運動,則小磁針沿水平方向向右運動
B.如果鋁環(huán)向右運動,則小磁針沿水平方向向左運動
C.如果鋁環(huán)垂直軸線向上運動,則小磁針沿水平方向向右運動
D.如果鋁環(huán)垂直軸線向上運動,則小磁針沿水平方向向左運動
答案:AD 解析:如果鋁環(huán)向右運動,則穿過鋁環(huán)的磁通量向左增加,則感應電流的磁場向右,從左向右看鋁環(huán)中的感應電流沿順時針方向,則鋁環(huán)
3、的右側(cè)相當于N極,則小磁針沿水平方向向右運動,A正確,B錯誤;如果鋁環(huán)垂直軸線向上運動,則穿過鋁環(huán)的磁通量向左減少,則感應電流的磁場向左,從左向右看鋁環(huán)中的感應電流沿逆時針方向,則鋁環(huán)的左側(cè)相當于N極,則小磁針沿水平方向向左運動,C錯誤,D正確.
3.(2018·福建質(zhì)檢)法拉第在1831年發(fā)現(xiàn)了“磁生電”現(xiàn)象.如圖所示,他把兩個線圈繞在同一個軟鐵環(huán)上,線圈A和電池連接,線圈B用導線連通,導線下面平行放置一個小磁針.實驗中可能觀察到的現(xiàn)象是( )
A.用一節(jié)電池作電源小磁針不偏轉(zhuǎn),用十節(jié)電池作電源小磁針會偏轉(zhuǎn)
B.線圈B匝數(shù)較少時小磁針不偏轉(zhuǎn),匝數(shù)足夠多時小磁針會偏轉(zhuǎn)
C.線圈A
4、和電池連接瞬間,小磁針會偏轉(zhuǎn)
D.線圈A和電池斷開瞬間,小磁針不偏轉(zhuǎn)
答案:C 解析:根據(jù)“磁生電”即電磁感應現(xiàn)象的產(chǎn)生條件,只有線圈B中磁通量變化時才能在線圈B中產(chǎn)生感應電流,因此無論線圈B匝數(shù)多少,線圈A中電池多少,都不能在線圈B中產(chǎn)生感應電流,選項A、B錯誤.只有在線圈A和電池連接或斷開的瞬間,線圈B中才能產(chǎn)生感應電流,電流產(chǎn)生磁場,使導線下面平行放置的小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn),選項C正確,D錯誤.
4.(2018·甘肅天水一中月考)如圖所示,繞在鐵芯上的線圈與電源、滑動變阻器和開關(guān)組成閉合回路,在鐵芯的右端套有一個表面絕緣的銅環(huán)A,下列各種情況中銅環(huán)A中沒有感應電流的是( )
A.
5、線圈中通以恒定的電流
B.通電時,使滑動變阻器的滑片P勻速移動
C.通電時,使滑動變阻器的滑片P加速移動
D.將開關(guān)突然斷開的瞬間
答案:A 解析:線圈中通以恒定的電流時,線圈中產(chǎn)生穩(wěn)恒的磁場,穿過銅環(huán)A的磁通量不變,沒有感應電流產(chǎn)生,選項A正確;通電時,使滑動變阻器的滑片P勻速移動時,滑動變阻器接入電路的電阻變化,回路中電流變化,線圈中產(chǎn)生的磁場變化,穿過銅環(huán)A的磁通量變化,產(chǎn)生感應電流,選項B錯誤;通電時,使滑動變阻器的滑片P加速移動時,滑動變阻器接入電路的電阻變化,則回路中電流變化,線圈產(chǎn)生的磁場變化,穿過銅環(huán)A的磁通量變化,產(chǎn)生感應電流,選項C錯誤;將開關(guān)突然斷開的瞬間,線圈產(chǎn)
6、生的磁場從有到無,穿過銅環(huán)A的磁通量減小,產(chǎn)生感應電流,選項D錯誤.
5.(2018·山東煙臺期末)如圖所示,通電導線MN與單匝矩形線圈abcd共面,位置靠近ab且相互絕緣.當矩形線圈突然向右運動時,線圈所受安培力的合力方向( )
A.向左 B.向右
C.垂直紙面向外 D.垂直紙面向里
答案:A 解析:當矩形線圈突然向右運動時,線圈中會產(chǎn)生逆時針方向的電流,根據(jù)左手定則可知,ab邊受的安培力向左,cd邊受的安培力向左,合力的方向向左,A正確.或根據(jù)楞次定律規(guī)律“來拒去留”,感應電流的效果總是阻礙相對運動,所以線圈向右運動則所受安培力向左.
6. (2018·江蘇蘇北四市
7、聯(lián)考)如圖所示,螺線管與靈敏電流計相連,磁鐵從螺線管的正上方由靜止釋放,向下穿過螺線管.下列說法正確的是( )
A.電流計中的電流先由a到b,后由b到a
B.a(chǎn)點的電勢始終低于b點的電勢
C.磁鐵減少的重力勢能等于回路中產(chǎn)生的熱量
D.磁鐵剛離開螺線管時的加速度小于重力加速度
答案:D 解析:電流計中的電流先由b到a,后由a到b,A錯誤;a點的電勢先比b點低,后比b點高,B錯誤;磁鐵減少的機械能等于回路中產(chǎn)生的熱量與磁鐵的動能之和,C錯誤;根據(jù)楞次定律,感應電流的磁場總是阻礙磁鐵與閉合回路間的相對運動,磁鐵剛離開螺線管時,受到向上的磁場力,加速度小于重力加速度,D正確.
7.
8、(2018·遼寧省實驗中學月考)(多選)如圖所示,一根長導線彎成“n”形,通以直流電流I,正中間用不計長度的一段絕緣線懸掛一金屬環(huán)C,環(huán)與導線處于同一豎直平面內(nèi),在電流I增大的過程中,下列敘述正確的是( )
A.金屬環(huán)C中無感應電流產(chǎn)生
B.金屬環(huán)C中有沿逆時針方向的感應電流
C.懸掛金屬環(huán)C的豎直線拉力變大
D.金屬環(huán)C仍能保持靜止狀態(tài)
答案:BCD 解析:根據(jù)右手螺旋定則可以判斷出導線之間的區(qū)域磁場方向垂直紙面向里,即金屬環(huán)中的磁場方向垂直紙面向里,當電流I增大時,通過金屬環(huán)的磁通量增大,根據(jù)楞次定律可知金屬環(huán)中有感應電流產(chǎn)生,方向為逆時針方向,選項A錯誤,B正確;因為金屬
9、環(huán)靠近導線上部,所以金屬環(huán)上部的磁感應強度大于金屬環(huán)下部的磁感應強度,根據(jù)左手定則可以判斷出金屬環(huán)受到的安培力的合力方向向下,根據(jù)共點力的平衡條件可得懸掛金屬環(huán)C的豎直線拉力變大,選項C正確;金屬環(huán)C不會旋轉(zhuǎn),仍能保持靜止狀態(tài),選項D正確.
8.(2018·浙江聯(lián)考)如圖所示,一矩形線框以豎直向上的初速度進入只有一條水平邊界的勻強磁場,磁場方向垂直紙面向里,進入磁場后上升一段高度又落下離開磁場,運動中線框只受重力和安培力作用,線框在向上、向下經(jīng)過圖中1、2位置時的速率按時間順序依次為v1、v2、v3和v4,則可以確定( )
A.v1
10、.v4v2,A錯誤;線框離開磁場時受到的安培力方向豎直向上,重力方向豎直向下,二者大小關(guān)系不能確定,故v3、v4大小關(guān)系也不能確定,C錯誤.
9.(多選)如圖所示,螺線管內(nèi)有一平行于軸線的磁場,規(guī)定圖中箭頭所示方向為磁感應強度B的正方向,螺線管與“
11、U”形導線框cdef相連,導線框cdef內(nèi)有一半徑很小的金屬圓環(huán)L,圓環(huán)與導線框cdef在同一平面內(nèi),當螺線管內(nèi)的磁感應強度隨時間按圖乙所示規(guī)律變化時,下列說法正確的是( )
甲
乙
A.在t1時刻,金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量最大
B.在t2時刻,金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量最大
C.在t1~t2時間內(nèi),金屬圓環(huán)L內(nèi)有逆時針方向的感應電流
D.在t1~t2時間內(nèi),金屬圓環(huán)L有收縮的超勢
答案:BD 解析:當螺線管內(nèi)的磁感應強度隨時間按圖乙所示規(guī)律變化時,在導線框cdef內(nèi)產(chǎn)生感應電動勢和感應電流.在t1時刻,感應電流為零,金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量為零,A項錯誤;在t2時刻,感應電流
12、最大,金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量最大,B項正確;由楞次定律知在t1~t2時間內(nèi),導線框cdef內(nèi)產(chǎn)生逆時針方向的感應電流,感應電流逐漸增大,金屬圓環(huán)L內(nèi)的磁通量增大,根據(jù)楞次定律知金屬圓環(huán)L內(nèi)有順時針方向的感應電流,C項錯誤;在t1~t2時間內(nèi),金屬圓環(huán)L有收縮的趨勢,D項正確.
[能力提升]
10.(2018·貴州貴陽一模)(多選)如圖所示,兩根固定的硬質(zhì)平行直導線及虛線AB在同一平面內(nèi),兩導線關(guān)于AB對稱,導線中通有大小相等、方向相同的恒定電流I,將與兩平行直導線位于同一平面內(nèi)的硬質(zhì)矩形金屬線框,從圖中實線位置向右平移到虛線位置的過程中,下列說法正確的是( )
A.線框中的感應電流先
13、沿順時針方向后沿逆時針方向
B.線框中的感應電流一直沿順時針方向
C.線框受到的安培力方向先向左后向右
D.線框受到的安培力方向一直向左
答案:BD 解析:根據(jù)安培定則和磁場的疊加原理判斷得知,在AB右側(cè)磁場方向垂直紙面向外,左側(cè)磁場方向垂直紙面向里.當導線框位于AB左側(cè)向右運動時,導線框中的磁場方向垂直紙面向里,磁通量減小,根據(jù)楞次定律可知,感應電流方向為順時針方向;當導線框經(jīng)過AB時,導線框中的磁場方向先垂直紙面向里,后垂直紙面向外,磁通量先減小,后增大,根據(jù)楞次定律,可知感應電流方向為順時針方向;當導線框在AB右側(cè)并向右運動時,導線框中的磁場方向垂直紙面向外,磁通量增加,根據(jù)楞次
14、定律可知,感應電流方向為順時針方向,則可知電流方向一直為順時針方向,B正確,A錯誤;根據(jù)楞次定律可知,線框受到的安培力的方向一定與線框的運動方向相反,故安培力一直向左,C錯誤,D正確.
11.(2018·安徽合肥巢湖模擬)如圖所示,一個U形金屬導軌水平放置,其上放有一個金屬導體棒ab,有一磁感應強度為B的勻強磁場斜向上穿過導軌平面,且與豎直方向的夾角為θ.在下列各過程中,一定能在導軌與導體棒構(gòu)成的回路里產(chǎn)生感應電流的是( )
A.a(chǎn)b向右運動,同時使θ減小
B.使磁感應強度B減小,θ同時也減小
C.a(chǎn)b向左運動,同時增大磁感應強度B
D.a(chǎn)b向右運動,同時增大磁感應強度B和θ(
15、0°<θ<90°)
答案:A 解析:設回路面積為S,據(jù)題意,磁通量Φ=BScos θ,若要使回路中產(chǎn)生感應電流,則需使磁通量Φ發(fā)生變化.對A選項,S增大,θ減小,cos θ增大,則Φ增大,A正確.對B選項,B減小,θ減小,cos θ增大,Φ可能不變,B錯誤.對C選項,S減小,B增大,Φ可能不變,C錯誤.對D選項,S增大,B增大,θ增大,cos θ減小,Φ可能不變,D錯誤.故只有A正確.
12.如圖所示,通電導線MN與單匝圓形線圈a共面,位置靠近圓形線圈a左側(cè)且相互絕緣.當MN中電流突然減小時,下列說法正確的是( )
A.線圈a中產(chǎn)生的感應電流方向為順時針方向
B.線圈a中產(chǎn)生的感
16、應電流方向為逆時針方向
C.線圈a所受安培力的合力方向垂直紙面向里
D.線圈a所受安培力的合力方向水平向左
答案:A 解析:根據(jù)安培定則,MN中電流產(chǎn)生的磁場在導線左側(cè)垂直紙面向外,在導線右側(cè)垂直紙面向里.由于導線MN位置靠近圓形線圈a左側(cè),所以單匝圓形線圈a中合磁場方向為垂直紙面向里.當MN中電流突然減小時,垂直紙面向里的磁通量減少,根據(jù)楞次定律可知,線圈a中產(chǎn)生的感應電流方向為順時針方向,選項A正確,B錯誤.由左手定則可知,導線左側(cè)圓弧所受安培力方向水平向右,導線右側(cè)圓弧所受安培力方向水平向右,所以線圈a所受安培力的合力方向水平向右,選項C、D錯誤.
13.(2018·山東省實驗中
17、學一診)(多選)勻強磁場中有一細金屬圓環(huán),圓環(huán)平面位于紙面內(nèi),如圖甲所示.磁場方向垂直紙面,規(guī)定向里的方向為正,磁感應強度B隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示.用I1、I2、I3分別表示Oa、ab、bc段的感應電流,F(xiàn)1、F2、F3分別表示金屬環(huán)產(chǎn)生對應感應電流時其中很小段受到的安培力.則( )
甲
乙
A.I1沿逆時針方向,I2沿順時針方向
B.I2沿順時針方向,I3沿逆時針方向
C.F1方向指向圓心,F(xiàn)2方向指向圓心
D.F2方向背離圓心向外,F(xiàn)3方向指向圓心
答案:AD 解析:由題圖可知,在Oa段磁場方向垂直于紙面向里,穿過圓環(huán)的磁通量增加,由楞次定律可知,感應電流I
18、1沿逆時針方向,在ab段磁場方向垂直紙面向里,穿過圓環(huán)的磁通量減少,由楞次定律可知,感應電流I2沿順時針方向,選項A正確;在bc段磁場垂直紙面向外,磁通量增加,由楞次定律可知,感應電流I3沿順時針方向,選項B錯誤;由左手定則可知,Oa段電流受到的安培力F1方向指向圓心,ab段電流受到的安培力F2方向背離圓心向外,選項C錯誤;bc段電流受到的安培力F3方向指向圓心,選項D正確.
14.如圖所示,固定于水平面上的金屬架CDEF處在豎直向下的勻強磁場中,金屬棒MN沿框架以速度v向右做勻速運動.t=0時,磁感應強度為B0,此時MN到達的位置使MDEN構(gòu)成一個邊長為l的正方形.為使MN棒中不產(chǎn)生感應電流,從t=0開始,磁感應強度B應怎樣隨時間t變化?請推導出這種情況下B與t的關(guān)系式.
答案:B= 解析:要使MN棒中不產(chǎn)生感應電流,應使穿過線圈平面的磁通量不發(fā)生變化
在t=0時刻,穿過線圈平面的磁通量
Φ1=B0S=B0l2
設t時刻的磁感應強度為B,此時磁通量為
Φ2=Bl(l+vt)
由Φ1=Φ2得B=.