高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 楞次定律一课一练

第二章　电磁感应

1  楞次定律

【基础巩固】

1.如图所示,匀强磁场与圆形导体环平面垂直,导体EF与环接触良好,当EF向右匀速运动时              (　　)

A.穿过圆环的磁通量不变,环上无感应电流产生

B.整个环中有顺时针方向的电流

C.整个环中有逆时针方向的电流

D.环的右侧有逆时针方向的电流,环的左侧有顺时针方向的电流

解析:由右手定则知EF上的电流由E→F,故环右侧的电流方向为逆时针,环左侧的电流方向为顺时针,故选项D正确.

答案:D

2.如图所示,两同心圆环A、B置于同一水平面上,其中B为均匀带负电的绝缘环,A为导体环.当B绕环心转动时,导体环A产生顺时针方向的电流且具有扩张趋势,则B的转动情况是(　　)

A.顺时针加速转动      B.顺时针减速转动

C.逆时针加速转动        D.逆时针减速转动

解析:由题可知,A中感应电流为顺时针,由安培定则可知,感应电流产生的磁场向里,由楞次定律可知,引起感应电流的磁场可能为向外增大或向里减小.若原磁场向外,则B中电流应为逆时针,由于B带负电,B应顺时针转动且转速增大;若原磁场向里,则B中电流应为顺时针,则B应逆时针转动且转速减小.又因为导体环A具有扩张趋势,则B中电流应与A中的方向相反,即B应顺时针转动且转速增大,故选项A正确.

答案:A

3.(多选)如图所示,闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在有界匀强磁场中,将它从匀强磁场中匀速拉出,下列说法正确的是              (　　)

A.向左拉出和向右拉出时,环中的感应电流方向相反

B.向左或向右拉出时,环中感应电流方向都是沿顺时针方向的(俯视)

C.向左或向右拉出时,环中感应电流方向都是沿逆时针方向的(俯视)

D.环在离开磁场之前无感应电流

解析:不管将金属圆环从哪边拉出磁场,穿过环的磁通量都要减少,根据楞次定律可知,感应电流的磁场要阻碍原磁通量的减少,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,应用安培定则可以判断出感应电流的方向是沿顺时针方向的(俯视),选项B正确,选项A、C错误.在环离开磁场前,穿过环的磁通量不变,无感应电流,选项D正确.

答案:BD

4.如图所示,导轨间的磁场方向垂直于纸面向里,圆形金属环B正对电磁铁A,当导线MN在导轨上向右加速滑动时,则              (　　)

A.MN导线无感应电流,B环无感应电流

B.MN导线有向上的感应电流,从左向右看B环有逆时针方向的感应电流

C.MN导线有向下的感应电流,从左向右看B环有逆时针方向的感应电流

D.MN导线有向上的感应电流,从左向右看B环有顺时针方向的感应电流

解析:根据右手定则可以判断出,MN导线有向上的感应电流.根据右手螺旋定则可以判断出,电磁铁A在金属环B中的磁场方向向左.感应电动势E=Blv,导线向右加速滑动,电动势增大,感应电流也增大,故通过金属环B的磁通量也增大.根据楞次定律可知,从左向右看金属环B中感应电流方向沿顺时针方向.选项D正确.

答案:D

5.在探究楞次定律的实验中,某同学用试触法判断电流表指针偏转方向与电流流向的关系时,将电池的负极与电流表的A接线柱连接,连接B接线柱的导线试触电池正极时,发现指针指示如图甲中的b位置.

甲                乙            丙             

(1)现将电流表的两接线柱与乙线圈的两个接线柱连接,将磁体S极向下             插入线圈时,电流表指针指示位置如图甲中的a位置,则与线圈接线柱C连接的是电流表的　　　　接线柱. 

(2)若将电流表的A、B接线柱分别与丙线圈的E、F接线柱连接,将磁体从线圈中抽出时,电流表指针指示位置如图甲中的b位置,则磁体P端是　　　极. 

解析:(1)将电池的负极与电流表的A接线柱连接,连接B接线柱的导线试触电池正极,发现指针指示题图甲中的b位置,电流从B流入电流表,说明电流从哪端流入,指针就向哪端偏转,而将磁体S极向下插入线圈时,电流表指针指示位置如题图甲中的a位置,说明感应电流从A流入电流表;根据楞次定律“增反减同”,感应电流的磁场向下,再由安培定则,判断线圈C是电流流出端,而D是电流流入端,那么与线圈接线柱C连接的是电流表的B接线柱.

(2)若将电流表的A、B接线柱分别与丙线圈的E、F接线柱连接,将磁体从线圈中抽出时,电流表指针指示位置如题图甲中的b位置,则感应电流从B流入电流表,说明F接线柱是正极,因此感应电流从上向下看是沿顺时针的,依据安培定则与楞次定律得感应电流的磁场向下,由于磁体向上运动,则磁体Q端是N极,P端是S极.

答案:(1)B　(2)S

6.下图是某小组在研究磁通量变化时感应电流的方向实验中的部分操作示意图,图甲是电流通过灵敏电流表时指针的偏转情况,图乙是磁体从线圈中抽出时灵敏电流表指针的偏转情况.

甲              乙              丙

 (1)图甲电路中串联定值电阻R主要是为了　                   . 

A.减小电路两端的电压,保护电源

B.增大电路两端的电压,保护电源

C.减小电路中的电流,保护灵敏电流表

D.减小电路中的电流,便于观察灵敏电流表的示数

(2)如图乙所示,当磁体向上抽出时,电流表中指针　　　　(选填“左”或“右”)偏;继续操作如图丙所示,此时条形磁体的运动是　　　　(选填“插入”或“抽出”)线圈. 

解析:(1)电路中串联定值电阻的目的是减小电流,保护灵敏电流表,故选项C正确.

(2)在乙图中,线圈中的磁场方向向下,当磁体向上抽出时,穿过线圈的磁通量减小,根据楞次定律知,感应电流的磁场与原磁场方向相同,则流过电流表的电流方向为从下往上,所以电流表指针向右偏.在丙图中,线圈中的磁场方向向上,感应电流流过电流表的方向是从上向下,则感应电流的磁场方向向上,与原磁场方向相同,故穿过线圈的磁通量在减小,即磁体抽出线圈.

答案:(1)C　(2)右　抽出

【拓展提高】

7.如图甲所示,两个闭合圆线圈A、B圆心重合,放在同一水平面内,线圈A中通以如图乙所示的变化电流,t=0时电流的方向为顺时针(如图中箭头所示).在t1~t2时间内,对于线圈B,下列说法正确的是              (　　)

甲                  乙

A.线圈B内有顺时针方向的电流,线圈B有扩张的趋势

B.线圈B内有顺时针方向的电流,线圈B有收缩的趋势

C.线圈B内有逆时针方向的电流,线圈B有扩张的趋势

D.线圈B内有逆时针方向的电流,线圈B有收缩的趋势

解析:t1~t2时间内,线圈A中的电流方向为逆时针,根据安培定则可知在线圈A内部产生的磁场方向垂直于纸面向外,线圈A外部产生的磁场方向垂直于纸面向里,穿过线圈B的合磁场方向垂直于纸面向外,由于线圈A中的电流增大,穿过线圈B的磁通量增大,根据楞次定律和安培定则,在线圈B中将产生顺时针方向的感应电流,并且线圈B有扩张的趋势,故选项A正确,选项B、C、D错误.

答案:A

8.(多选)如图所示,通电螺线管N置于闭合金属环M的中心轴线上,当N中的电流突然减小时,则              (　　)

A.金属环M有缩小的趋势

B.金属环M有扩张的趋势

C.螺线管N有缩短的趋势

D.螺线管N有伸长的趋势

解析:当通入通电螺线管的电流突然减小时,螺线管每匝间的相互吸引力也减小,所以匝间距有增大趋势;对金属环M,穿过的磁通量也随之减少,由于它包围内外磁场,只有减小面积才能阻碍磁通量的减少,金属环M有缩小的趋势.选项A、D正确.

答案:AD

9.(多选)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MN、PQ,当PQ在外力的作用下运动时(运动速度越大,产生的感应电流越大),MN在安培力的作用下向右运动,则PQ所做的运动可能是              (　　)

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

解析:当PQ向右运动时,用右手定则可判定PQ中感应电流的方向是Q→P,由安培定则可知穿过L1的磁场方向是自下而上的;若PQ向右加速运动,则穿过L1的磁通量增大,用楞次定律可以判断流过MN的感应电流方向是N→M,用左手定则可判定MN受到向左的安培力,MN将向左运动,故选项A错误;若PQ向右减速运动,流过MN的感应电流方向、MN所受的安培力的方向均将反向,MN向右运动,故选项C正确;同理可判断选项B正确,选项D错误.

答案:BC

10.(2023·广东广州)如图所示,两平行直导线cd和ef竖直放置,通以方向相反、大小相等的恒定电流,a、b、p三个相同的闭合金属圆环位于两导线所在的平面内,a在导线cd的左侧,b在导线ef的右侧,p在导线cd与ef之间,则              (　　)

A.穿过p的磁通量为0

B.a、b圆心处的磁场方向相反

C.cd、ef受到的安培力方向相反

D.a向左平动时产生逆时针方向的感应电流

解析:由右手螺旋定则可知,cd导线和ef导线在p处产生的磁场都垂直于纸面向外,由矢量合成法则,可知p处的磁场方向垂直于纸面向外,则穿过p的磁通量不为0,故选项A错误;由右手螺旋定则可知,cd导线在a处产生的磁场垂直于纸面向里,ef导线在a处产生的磁场垂直于纸面向外,a离导线cd更近,则cd导线在a处产生的磁场更强,故a处磁场方向垂直于纸面向里;由右手螺旋定则可知,cd导线在b处产生的磁场垂直于纸面向外,ef导线在b处产生的磁场垂直于纸面向里,b离导线ef更近, ef导线在b处产生的磁场更强,则b处磁场方向垂直于纸面向里,因此a、b圆心处的磁场方向相同,故选项B错误;反向电流相互排斥,则cd所受安培力水平向左,ef所受安培力水平向右,方向相反,故选项C正确;根据右手螺旋定则,ef导线在cd处产生的磁场垂直于纸面向外,a向左平动时,切割磁感线,根据右手定则可知,导线中产生顺时针方向的感应电流, 故选项D错误.

答案:C

11.(1)下图为研究电磁感应现象的实验装置,将图中所缺的导线补接完整.

(2)电路正确连接后,小线圈B已经放在大线圈A的内部(如图),闭合开关,发现灵敏电流表向右轻微偏转,则断开开关瞬间,灵敏电流表指针向　　　　(选填“左”或“右”)偏转. 

(3)若用楞次定律解释(2)中实验现象,需要明确　　　. 

A.灵敏电流表指针偏转方向与电流流入方向之间的关系

B.线圈A的绕向

C.线圈B的绕向

D.两线圈的匝数

解析:(1)将电源、开关、滑动变阻器、小线圈B串联成一个回路,再将电流表与大线圈A串联成另一个回路.

(2)闭合开关,穿过A线圈的磁通量增大,灵敏电流表的指针向右偏;当断开开关瞬间,穿过A线圈的磁通量减小,灵敏电流表指针将向左偏转.

(3)若用楞次定律解释(2)中实验现象,需要明确①电流表的电流流入方向与指针的偏转方向的关系;②小线圈B的绕向;③大线圈A的绕向.选项A、B、C正确.

答案:(1)如图所示.　(2)左　(3)ABC

【挑战创新】

12.(多选)如图所示,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路.将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态.下列说法正确的是              (　　)

A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直于纸面向里的方向转动

B.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直于纸面向里的方向

C.开关闭合并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直于纸面向外的方向

D.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直于纸面向外的方向转动

解析:开关闭合后的瞬间,根据楞次定律,左边线圈中产生电流,电流的方向由南到北,根据安培定则,直导线上方的磁场方向垂直于纸面向里,所以小磁针N极朝垂直于纸面向里的方向转动,选项A正确.开关闭合并保持一段时间后,穿过左边线圈中的磁通量不变,因此左边线圈中没有感应电流,小磁针不会偏转,选项B、C错误.开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间,根据楞次定律可知,左边线圈中产生电流,电流的方向由北到南,根据安培定则,直导线上方的磁场方向垂直于纸面向外,小磁针N极朝垂直于纸面向外的方向转动,选项D正确.

答案:AD