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《走向高考》2013高考物理总复习 9-1电磁感应现象 楞次定律


9-1 电磁感应现象 一、选择题

楞次定律

1.如图所示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, 其中正确的 是( )

[答案]

CD

[解析] 根据楞次定律可确定感应电流的方向:对 C 选项,当磁 铁向下运动时:(1)闭合线圈原磁场的方向——向上;(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——向下; (4)利用安培定则判断感应电流的方向——与图中箭头方向相同。 C 故 项正确。同理分析可知 D 项正确。 2.两个大小不同的绝缘金属圆环如图所示叠放在一起,小圆环有 一半面积在大圆环内, 当大圆环通上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 [答案] B

[解析] 根据安培定则,当大圆环中电流为顺时针方向时,圆环 所在平面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“×”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。 3.如图所示,闭合线圈 abcd 在磁场中运动到如图位置时,ab 边受到的磁场力竖直向上,此线圈的运动情况可能是( A.向右进入磁场 )

B.向左移出磁场 C.以 ab 为轴转动 D.以 ad 为轴转动 [答案] B

[解析] ab 边受磁场力竖直向上,由左手定则知,通过 ab 的电 流方向是由 a 指向 b,由右手定则可知当线圈向左移出磁场时,bc 边切割磁感线可产生顺时针方向的电流, 当然也可以用楞次定律判断

当线圈向左移出磁场时,磁通量减小,产生顺时针的感应电流,故 B 正确,当以 ab 或 ad 为轴转动时,在图示位置,导线不切割磁感线无 电流产生,故 C、D 错。 4.(2012· 海南卷)如图,一质量为 m 的条形磁铁用细线悬挂在天 花板上,细线从一水平金属圆环中穿过。现将环从位置Ⅰ 释放,环 经过磁铁到达位置Ⅱ。 设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分 别为 T1 和 T2,重力加速度大小为 g,则( )

A.T1>mg,T2>mg B.T1<mg,T2<mg C.T1>mg,T2<mg D.T1<mg,T2>mg [答案] A

[解析] 当圆环经过磁铁上端时,磁通量增大,根据楞次定律可 知磁铁要把圆环向上推, 根据牛顿第三定律可知圆环要给磁铁一个向 下的磁场力,因此有 T1>mg,当圆环经过磁铁下端时,磁通量减小。 根据楞次定律可知磁铁要把圆环向上吸, 根据牛顿第三定律可知圆环 要给磁铁一个向下的磁场力,因此有 T2>mg,所以只有 A 正确。 5.(2012· 广东四校联考)

如图所示,两个完全相同的矩形导线框 A、B 在靠得很近的竖直 平面内,线框的对应边相互平行。线框 A 固定且通有电流 I,线框 B 从图示位置由静止释放,在运动到 A 下方的过程中( A.穿过线框 B 的磁通量先变小后变大 B.线框 B 中感应电流的方向先顺时针后逆时针 C.线框 B 所受安培力的合力为零 D.线框 B 的机械能一直减小 [答案] D )

[解析] 在运动到 A 下方的过程中, 穿过线框 B 的磁通量先向外 增大,后减小,然后再向里增大,后减小,最后又向外增大后减小, A 项错误;根据安培定则可知,线框 B 中感应电流的方向为顺时针 →逆时针→顺时针→逆时针→顺时针→逆时针,B 项错误;安培力对 线框有阻碍作用,安培力的合力不为零,且做负功,线框的机械能减 小,C 项错误。D 项正确。 6. 如图所示, 是一个可以绕垂直于纸面的轴 O 转动的闭合矩 ab 形导体线圈,当滑动变阻器 R 的滑片 P 自左向右滑动过程中,线圈 ab 将( )

A.静止不动 B.逆时针转动 C.顺时针转动 D.发生转动,但因电源的极性不明,无法确定转动的方向 [答案] C

[解析] 当 P 向右滑动时,电路中电阻减小,电流增大,线圈 ab 的磁通量增加,根据楞次定律判断,线圈 ab 将顺时针转动。 7.(2012· 长沙名校模考)如图所示,通过水平绝缘传送带输送完 全相同的铜线圈, 线圈等距离排列, 且与传送带以相同的速度匀速运 动。 为了检测出个别未闭合的不合格线圈, 让传送带通过一固定匀强 磁场区域,磁场方向垂直于传送带,根据穿过磁场后线圈间的距离, 就能够检测出不合格线圈,通过观察图形。判断下列说法正确的是 ( )

A.若线圈闭合,进入磁场时,线圈相对传送带向后滑动 B.若线圈不闭合,进入磁场时,线圈相对传送带向后滑动 C.从图中可以看出,第 3 个线圈是不合格线圈

D.从图中可以看出,第 4 个线圈是不合格线圈 [答案] AC

[解析] 若线圈闭合进入磁场时,由于产生电磁感应现象,根据 楞次定律可判断闭合线圈相对传送带向后滑动,故 A 对、B 错;从 图中可以看出,2、3 两线圈间距小,3、4 两线圈间距大,其余各线 圈间距相同, 说明第 3 个线圈相对传送带没有滑动, 3 个线圈是不 第 合格线圈,C 对、D 错。 8.(2012· 厦门质检)如图所示,一带铁芯线圈置于竖直悬挂的闭 合铝框右侧,与线圈相连的导线 abcd 内有水平向里变化的磁场。下 列哪种变化磁场可使铝框向左偏离( )

[答案]

A

[解析] 铝框向左运动,是为了阻碍本身磁通量的增加,由楞次 定律可知:带铁芯线圈产生的电流增加,其产生的磁场增强。为使线 圈产生的电流变大,由法拉第电磁感应定律可知:线框 abcd 中的磁 ΔB 场的 逐渐增加,选项 A 正确,B、C、D 错误。 Δt 9.(2012· 浙江温州八校联考)电吉他是利用电磁感应原理工作的

一种乐器。 如图甲为电吉他的拾音器的原理图, 在金属弦的下方放置 有一个连接到放大器的螺线管。 一条形磁铁固定在管内, 当拨动金属 弦后, 螺线管内就会产生感应电流, 经一系列转化后可将电信号转为 声音信号。 若由于金属弦的振动, 螺线管内的磁通量随时间的变化如 图乙所示,则对应感应电流的变化为( )

[答案] [解析]

B ΔΦ E 由感应电流公式 I=R=n ,感应电流大小与磁通量 RΔt

的变化率有关,在 Φ-t 图象上各点切线的斜率的绝对值表示感应电 流的大小,斜率的正、负号表示电流的方向;根据图乙,在 0~t0 时 间内,感应电流 I 的大小先减小到零,然后再逐渐增大,电流的方向 改变一次,选项 B 符合要求。 10.

如图所示是一种延时开关。S2 闭合,当 S1 闭合时,电磁铁 F 将 衔铁 D 吸下,将 C 线路接通。当 S1 断开时,由于电磁感应作用,D 将延迟一段时间才被释放,则( )

A.由于 A 线圈的电磁感应作用,才产生延时释放 D 的作用 B.由于 B 线圈的电磁感应作用,才产生延时释放 D 的作用 C.如果断开 B 线圈的电键 S2,无延时作用 D.如果断开 B 线圈的电键 S2,延时将变长 [答案] [解析] BC S1 断开时,A 线圈中电流消失,磁通量减少,B 线圈中

产生感应电流,阻碍线圈中磁通量的减少,A 错,B 对;若断开 S2, B 线圈无感应电流,磁通量立即减为零,不会有延时作用,C 对,D 错。 二、非选择题 11.

如图所示, 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? [答案] l-d v

[解析] 从线框进入到完全离开磁场的过程中,当线框 bc 边运 动至磁场右边缘至 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 l-d 故 t= v 。 12.如图所示,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,求磁 感应强度 B 随时间 t 变化的关系式。

[答案]

B=

B0l l+vt

[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=B0S= B0l2 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= B0l 。 l+vt

13.磁感应强度为 B 的匀强磁场仅存在于边长为 2l 的正方形范 围内,有一个电阻为 R、边长为 l 的正方形导线框 abcd,沿垂直于磁 感线方向,以速度 v 匀速通过磁场,如图所示,从 ab 进入磁场时开 始计时。

(1)画出穿过线框的磁通量随时间变化的图象; (2)判断线框中有无感应电流。若有,请判断出感应电流的方向; 若无,请说明理由。 [答案] (1)如图所示

(2)线框进入磁场阶段,感应电流方向逆时针;线框在磁场中运 动阶段,无感应电流;线框离开磁场阶段,感应电流方向为顺时针方 向。 [解析] 线框穿过磁场的过程可分为三个阶段: 进入磁场阶段(只 有 ab 边在磁场中)、在磁场中运动阶段(ab、cd 两边都在磁场中)、离 开磁场阶段(只有 cd 边在磁场中)。 l (1)①线框进入磁场阶段: 为 0~v, t 线框进入磁场中的面积与时 间成正比,S=lvt,最后为 Φ=BS=Bl2 l 2l ②线框在磁场中运动阶段:t 为v~ v 线框磁通量为 Φ=Bl2,保持不变。 2l 3l ③线框离开磁场阶段:t 为 v ~ v ,线框磁通量线性减小,最后 为零。 (2)线框进入磁场阶段,穿过线框的磁通量增加,线框中将产生 感应电流。由右手定则可知,感应电流方向为逆时针方向。 线框在磁场中运动阶段, 穿过线框的磁通量保持不变, 无感应电 流产生。 线框离开磁场阶段, 穿过线框的磁通量减小, 线框中将产生感应 电流。由右手定则可知,感应电流方向为顺时针方向。 14.我国的“嫦娥二号”探月卫星在发射 1533 秒后进入近地点

高度为 200km 的地月转移轨道。假设卫星中有一边长为 50cm 的正 方形导线框, 由于卫星的调姿由水平方向转至竖直方向, 此时地磁场 磁感应强度 B=4×10-5T,方向如图所示。问:

(1)该过程中磁通量的改变量是多少? (2)该过程线框中有无感应电流? 设线框电阻为 R=0.1Ω,若有 电流则通过线框的电量是多少?(sin37° =0.6,cos37° =0.8) [答案] [解析] (1)1.4×10-5Wb (2)1.4×10-4C

(1)设线框在水平位置时法线 n 方向竖直向上,穿过线

框的磁通量 Φ1=BScos53° =6.0×10-6Wb。 当线框转至竖直位置时, 线框平面的法线方向水平向右, 与磁感 线夹角 θ=143° ,穿过线框的磁通量 Φ2=BScos143° =-8.0×10-6Wb 该过程磁通量的改变量大小 ΔΦ=Φ1-Φ2=1.4×10-5Wb。 (2)因为该过程穿过闭合线框的磁通量发生了变化, 所以一定有 感应电流。根据电磁感应定律得, E ΔΦ I = R =RΔt。 ΔΦ 通过的电量为 q= I · Δt= R =1.4×10-4C。


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