2022-2023學(xué)年高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 4-3 楞次定律練習(xí) 新人教版選修3-2

2022-2023學(xué)年高中物理 第四章 電磁感應(yīng) 4-3 楞次定律練習(xí) 新人教版選修3-2時(shí)間：40分鐘滿(mǎn)分：100分一、選擇題(每小題6分，共60分)1關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是()A感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是與原磁場(chǎng)方向相反B閉合線圈放在變化的磁場(chǎng)中就一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流C閉合線圈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流D感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙原來(lái)磁場(chǎng)的磁通量的變化答案D解析電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，若磁通量減小，則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同，選項(xiàng)A錯(cuò)誤。若閉合線圈平面與磁場(chǎng)方向平行，則無(wú)論磁場(chǎng)強(qiáng)弱如何變化，穿過(guò)線圈的磁通量始終為零，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項(xiàng)B錯(cuò)誤。若線圈切割磁感線時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量不發(fā)生變化，則不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。只有選項(xiàng)D正確。2(多選)如圖所示，一輕質(zhì)絕緣橫桿兩側(cè)各固定一金屬環(huán)，橫桿可繞中心點(diǎn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，老師拿一條形磁鐵插向其中一個(gè)小環(huán)，后又取出插向另一個(gè)小環(huán)，同學(xué)們看到的現(xiàn)象及現(xiàn)象分析正確的是()A磁鐵插向左環(huán)，橫桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)B磁鐵插向右環(huán)，橫桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)C磁鐵插向左環(huán)，左環(huán)中不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流D磁鐵插向右環(huán)，右環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流答案BD解析左環(huán)不閉合，磁鐵插向左環(huán)時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，但不產(chǎn)生感應(yīng)電流，環(huán)不受力，橫桿不轉(zhuǎn)動(dòng)，故A、C錯(cuò)誤；右環(huán)閉合，磁鐵插向右環(huán)時(shí)，環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，環(huán)受到磁場(chǎng)的作用，橫桿轉(zhuǎn)動(dòng)；根據(jù)楞次定律的推論：來(lái)拒去留，從上向下看橫桿發(fā)生逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，故B、D正確。3(多選)如圖所示，當(dāng)磁鐵運(yùn)動(dòng)時(shí)，流過(guò)電阻的電流由A經(jīng)R到B，則磁鐵的運(yùn)動(dòng)可能是()A向下運(yùn)動(dòng)B向上運(yùn)動(dòng)C向左平移D以上都不可能答案BC解析此題可通過(guò)逆向思維應(yīng)用楞次定律來(lái)判定。由感應(yīng)電流方向ARB，應(yīng)用安培定則知感應(yīng)電流在線圈內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向應(yīng)是從上指向下，由楞次定律判得線圈內(nèi)磁通量的變化應(yīng)是向下減小或向上增加，由條形磁鐵的磁感線分布知線圈內(nèi)原磁場(chǎng)是向下的，故應(yīng)是磁通量減小，即磁鐵向上運(yùn)動(dòng)或向左、右平移，所以B、C正確。4如圖所示，金屬環(huán)所在區(qū)域存在著勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直紙面向里。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度逐漸增大時(shí)，內(nèi)、外金屬環(huán)中感應(yīng)電流的方向?yàn)?()A外環(huán)順時(shí)針、內(nèi)環(huán)逆時(shí)針B外環(huán)逆時(shí)針，內(nèi)環(huán)順時(shí)針C內(nèi)、外環(huán)均為逆時(shí)針D內(nèi)、外環(huán)均為順時(shí)針答案B解析首先明確研究的回路由外環(huán)和內(nèi)環(huán)共同組成，回路中包圍的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里且磁通量增加。由楞次定律可知兩環(huán)之間的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反，垂直于紙面向外，再由安培定則判斷出感應(yīng)電流的方向是在外環(huán)沿逆時(shí)針?lè)较颍趦?nèi)環(huán)沿順時(shí)針?lè)较?，故選項(xiàng)B正確。5掃描隧道顯微鏡(STM)可用來(lái)探測(cè)樣品表面原子尺寸上的形貌。為了有效隔離外界振動(dòng)對(duì)STM的擾動(dòng)，在圓底盤(pán)周邊沿其徑向?qū)ΨQ(chēng)地安裝若干對(duì)紫銅薄板，并施加磁場(chǎng)來(lái)快速衰減其微小振動(dòng)，如圖所示。無(wú)擾動(dòng)時(shí)，按下列四種方案對(duì)紫銅薄板施加恒磁場(chǎng)；出現(xiàn)擾動(dòng)后，對(duì)于紫銅薄板上下及左右振動(dòng)的衰減最有效的方案是()答案A解析根據(jù)題意，要使紫銅薄板振動(dòng)的衰減最有效，所施加的磁場(chǎng)應(yīng)使得紫銅薄板上下左右振動(dòng)時(shí)，通過(guò)板面的磁通量發(fā)生變化最顯著，產(chǎn)生感應(yīng)電流，使安培力的作用阻礙紫銅薄板的振動(dòng)最有效，而B(niǎo)、C、D三項(xiàng)中的薄板左右輕微振動(dòng)時(shí)，均并不會(huì)顯著引起磁通量的變化，A項(xiàng)中薄板上下、左右振動(dòng)時(shí)，通過(guò)板面的磁通量變化最顯著，故A項(xiàng)正確。6如圖，在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一U形金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌平面與磁場(chǎng)垂直。金屬桿PQ置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌形成閉合回路PQRS，一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內(nèi)，線框與導(dǎo)軌共面?，F(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始的瞬間，關(guān)于感應(yīng)電流的方向，下列說(shuō)法正確的是()APQRS中沿順時(shí)針?lè)较?，T中沿逆時(shí)針?lè)较駼PQRS中沿順時(shí)針?lè)较?，T中沿順時(shí)針?lè)较駽PQRS中沿逆時(shí)針?lè)较颍琓中沿逆時(shí)針?lè)较駾PQRS中沿逆時(shí)針?lè)较?，T中沿順時(shí)針?lè)较虼鸢窪解析當(dāng)金屬桿PQ突然向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，回路PQRS垂直于紙面向里的磁通量增大，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，根據(jù)安培定則可得感應(yīng)電流為逆時(shí)針?lè)较?；感?yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直紙面向外，T內(nèi)部由于垂直紙面向內(nèi)的磁通量不變，多了感應(yīng)電流產(chǎn)生的向外的磁場(chǎng)，根據(jù)楞次定律，圓環(huán)的感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里，根據(jù)安培定則可得T中產(chǎn)生的感應(yīng)電流為順時(shí)針?lè)较?，故D項(xiàng)正確。7. 如圖所示，兩個(gè)相同的鋁環(huán)套在一根光滑絕緣桿上，將一條形磁鐵向左插入鋁環(huán)的過(guò)程中，兩環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是()A同時(shí)向左運(yùn)動(dòng)，間距增大B同時(shí)向左運(yùn)動(dòng)，間距不變C同時(shí)向左運(yùn)動(dòng)，間距變小D同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)，間距增大答案C解析當(dāng)將一條形磁鐵向左插入鋁環(huán)的過(guò)程中，依據(jù)楞次定律可得：兩個(gè)圓環(huán)皆阻礙條形磁鐵的運(yùn)動(dòng)，對(duì)條形磁鐵施加一個(gè)向右的作用力。依據(jù)牛頓第三定律可得：條形磁鐵對(duì)兩個(gè)圓環(huán)皆有一個(gè)反作用力，使兩個(gè)圓環(huán)皆向左運(yùn)動(dòng)。依據(jù)磁場(chǎng)力的大小可知，右邊的圓環(huán)受到的反作用力較大，運(yùn)動(dòng)的平均速度較大，而左邊的圓環(huán)受到的反作用力較小，運(yùn)動(dòng)的平均速度較小，因此它們間的間距逐漸減小。另外，兩個(gè)圓環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向相同，依據(jù)安培定則和左手定則可以判斷，兩個(gè)圓環(huán)之間是相互吸引的，故間距變小，C正確。8(多選)如圖所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動(dòng)的金屬棒PQ、MN，當(dāng)PQ在外力的作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，MN在磁場(chǎng)力的作用下向右運(yùn)動(dòng)，則PQ所做的運(yùn)動(dòng)可能是()A向右加速運(yùn)動(dòng) B向左加速運(yùn)動(dòng)C向右減速運(yùn)動(dòng) D向左減速運(yùn)動(dòng)答案BC解析當(dāng)PQ向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，用右手定則可判定PQ中感應(yīng)電流的方向是由QP，由安培定則可知穿過(guò)L1的磁場(chǎng)方向向上；若PQ向右加速運(yùn)動(dòng)，則穿過(guò)L1的磁通量增加，用楞次定律可以判斷流過(guò)MN的感應(yīng)電流是從NM的，用左手定則可判定MN受到向左的安培力，將向左運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若PQ向右減速運(yùn)動(dòng)，流過(guò)MN的感應(yīng)電流方向、MN所受的安培力的方向均將反向，MN向右運(yùn)動(dòng)，所以選項(xiàng)C正確；同理可判斷選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。9(多選)如圖甲所示，圓形線圈P靜止在水平桌面上，其正上方懸掛一相同的線圈Q，P和Q共軸，Q中通有變化的電流，電流隨時(shí)間變化的規(guī)律如圖乙所示，P所受的重力為G，桌面對(duì)P的支持力為FN，則()At1時(shí)刻，F(xiàn)N>G Bt2時(shí)刻，F(xiàn)N>GCt3時(shí)刻，F(xiàn)N<G Dt4時(shí)刻，F(xiàn)NG答案AD解析t1時(shí)刻線圈Q中電流在增大，電流的磁場(chǎng)增強(qiáng)，穿過(guò)線圈P的磁通量增加，P有遠(yuǎn)離Q的趨勢(shì)，受到Q的排斥作用，設(shè)這個(gè)斥力大小為F，則有FNFG，即FN>G，選項(xiàng)A正確；t2時(shí)刻Q中電流恒定，線圈P中無(wú)變化的磁場(chǎng)，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，P只受重力G與桌面支持力FN作用而平衡，有FNG，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；同理在t4時(shí)刻Q中電流恒定，有FNG，選項(xiàng)D正確；t3時(shí)刻Q中電流為零，對(duì)P無(wú)磁場(chǎng)力作用，仍有FNG，選項(xiàng)C錯(cuò)誤。10(多選)如圖所示，一塊長(zhǎng)方形光滑鋁板水平放在桌面上，鋁板右端拼接一根與鋁板等厚的條形磁鐵，一個(gè)質(zhì)量分布均勻的閉合鋁環(huán)以初速度v從板的左端沿中線向右端滾動(dòng)，則()A鋁環(huán)的滾動(dòng)速度將越來(lái)越小B鋁環(huán)將保持勻速運(yùn)動(dòng)C鋁環(huán)的運(yùn)動(dòng)將逐漸偏向條形磁鐵的N極或S極D鋁環(huán)的運(yùn)動(dòng)速率會(huì)改變，但運(yùn)動(dòng)方向?qū)⒉粫?huì)發(fā)生改變答案AD解析由于鋁環(huán)沿中線向右滾動(dòng)時(shí)，磁通量不斷增大，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，出現(xiàn)安培阻力，使其速度越來(lái)越小，故A正確、B錯(cuò)誤；鋁環(huán)沿中線運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的安培力與磁場(chǎng)方向垂直，與鋁環(huán)的運(yùn)動(dòng)方向相反，因此鋁環(huán)不會(huì)偏向磁鐵的N極或S極，故C錯(cuò)誤；鋁環(huán)的運(yùn)動(dòng)速率會(huì)改變，但運(yùn)動(dòng)方向?qū)⒉粫?huì)發(fā)生改變，當(dāng)鋁環(huán)的速度減為零時(shí)，磁通量不變，則沒(méi)有安培力出現(xiàn)，所以會(huì)停止，故D正確。二、非選擇題(共3小題，40分)11(12分)如圖所示，試判定當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合和斷開(kāi)瞬間，線圈ABCD 中的感應(yīng)電流方向。答案S閉合時(shí)，感應(yīng)電流方向?yàn)锳DCBA；S斷開(kāi)時(shí)，感應(yīng)電流方向?yàn)锳BCDA。解析當(dāng)S閉合的瞬間：穿過(guò)回路的合磁場(chǎng)方向與電流I產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同，垂直紙面向外(如圖所示)，且磁通量增大；由楞次定律知感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向應(yīng)和B原相反，即垂直紙面向里；由安培定則判知線圈ABCD中感應(yīng)電流方向是ADCBA。當(dāng)S斷開(kāi)時(shí)：穿過(guò)回路的原磁場(chǎng)方向仍與電流I產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相同，垂直紙面向外，但磁通量減??；由楞次定律得知感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向應(yīng)和B原相同，即垂直紙面向外；由安培定則判知感應(yīng)電流方向是ABCDA。12(12分)在“研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)中，首先按圖甲連接電路，以查明電流計(jì)指針的偏轉(zhuǎn)方向與電流方向之間的關(guān)系；當(dāng)閉合開(kāi)關(guān)S時(shí)，觀察到電流計(jì)指針向左偏，不通電時(shí)電流計(jì)指針停在正中央。然后按圖乙所示，將電流計(jì)與副線圈B連成一個(gè)閉合回路，將原線圈A、電池、滑動(dòng)變阻器和開(kāi)關(guān)S串聯(lián)成另一個(gè)閉合電路。(1)S閉合后，原線圈A插入副線圈B的過(guò)程中，電流計(jì)的指針將如何偏轉(zhuǎn)？(2)線圈A放在線圈B中不動(dòng)時(shí)，指針如何偏轉(zhuǎn)？(3)線圈A放在線圈B中不動(dòng)，將滑動(dòng)變阻器的滑片P向左滑動(dòng)時(shí)，電流計(jì)指針將如何偏轉(zhuǎn)？(4)線圈A放在B中不動(dòng)，突然斷開(kāi)S，電流計(jì)指針又將如何偏轉(zhuǎn)？答案(1)向右偏轉(zhuǎn)(2)不偏轉(zhuǎn)(3)向右偏轉(zhuǎn)(4)向左偏轉(zhuǎn)解析由圖甲可知當(dāng)電流從電流計(jì)的正接線柱進(jìn)入時(shí)，電流計(jì)指針左偏，則電流從負(fù)接線柱進(jìn)入電流計(jì)時(shí)，指針將向右偏轉(zhuǎn)。由圖乙可知，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，原線圈A中磁場(chǎng)的方向向上。(1)將原線圈A插入副線圈B的過(guò)程中，B中磁場(chǎng)方向向上且磁通量增加，由楞次定律知，B線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向應(yīng)該向下，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電流從電流計(jì)負(fù)接線柱流入電流計(jì)，故電流計(jì)的指針將向右偏轉(zhuǎn)。(2)線圈A放在線圈B中不動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)不變，磁通量不變，無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)。(3)將滑動(dòng)變阻器的滑片P向左滑動(dòng)時(shí)，線圈A中電流增強(qiáng)，線圈B中磁場(chǎng)方向向上且增強(qiáng)，由楞次定律知，B線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向下，故感應(yīng)電流從電流計(jì)負(fù)接線柱流入電流計(jì)，所以電流計(jì)的指針將向右偏轉(zhuǎn)。(4)突然斷開(kāi)S，B中磁場(chǎng)方向向上減弱，磁通量減少，由楞次定律知，B線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向應(yīng)向上，所以產(chǎn)生的感應(yīng)電流從電流計(jì)正接線柱流入電表，故電流計(jì)的指針將向左偏轉(zhuǎn)。13(16分)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)僅存在于邊長(zhǎng)為2l的正方形范圍內(nèi)，有一個(gè)電阻為R、邊長(zhǎng)為l的正方形導(dǎo)線框abcd，沿垂直于磁感線方向，以速度v勻速通過(guò)磁場(chǎng)，如圖所示，從ab進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)。(1)畫(huà)出穿過(guò)線框的磁通量隨時(shí)間變化的圖象；(2)判斷線框中有無(wú)感應(yīng)電流。若有，請(qǐng)判斷出感應(yīng)電流的方向；若無(wú)，請(qǐng)說(shuō)明理由。答案(1)見(jiàn)解析圖(2)線框進(jìn)入磁場(chǎng)階段，線框中感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?；線框在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)階段，線框中無(wú)感應(yīng)電流；線框離開(kāi)磁場(chǎng)階段，線框中感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?。解析線框穿過(guò)磁場(chǎng)的過(guò)程可分為三個(gè)階段：進(jìn)入磁場(chǎng)階段(只有ab邊切割磁感線)、在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)階段(ab、cd兩邊都切割磁感線)、離開(kāi)磁場(chǎng)階段(只有cd邊切割磁感線)。(1)線框進(jìn)入磁場(chǎng)階段：t為0，線框進(jìn)入磁場(chǎng)中的面積Slvt，與時(shí)間成正比，穿過(guò)線圈的磁通量BSBlvt，t時(shí)，BSBl2。線框在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)階段：t為，穿過(guò)線框的磁通量為Bl2，保持不變。線框離開(kāi)磁場(chǎng)階段：t為，穿過(guò)線框的磁通量為Bl3Bl2Blvt，線性減小，t時(shí)為零。故磁通量隨時(shí)間變化的圖象如圖所示。(2)線框進(jìn)入磁場(chǎng)階段，穿過(guò)線框的磁通量增加，線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流。由楞次定律可知，感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?。線框在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)階段，穿過(guò)線框的磁通量保持不變，無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生。線框離開(kāi)磁場(chǎng)階段，穿過(guò)線框的磁通量減小，線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流。由楞次定律可知，感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颉?