高考物理备考微专题精准突破专题53 楞次定律的理解和应用解析版.docx
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高考物理备考微专题精准突破专题53楞次定律的理解和应用解析版
2020年高考物理备考微专题精准突破
专题5.3楞次定律的理解和应用
【专题诠释】
1.楞次定律中“阻碍”的含义
2.感应电流方向判断的两种方法
法一:
用楞次定律判断
法二:
用右手定则判断
该方法适用于部分导体切割磁感线.判断时注意掌心、四指、拇指的方向:
(1)掌心——磁感线垂直穿入;
(2)拇指——指向导体运动的方向;
(3)四指——指向感应电流的方向.
【高考领航】
【2019·全国卷Ⅲ】楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现?
( )
A.电阻定律B.库仑定律C.欧姆定律D.能量守恒定律
【答案】 D
【解析】 楞次定律表述了感应电流的磁场方向,同时也体现了不同能量间的关系。
总能量是守恒的,感应电流做功产生电能,电能是“阻碍”的结果,D正确。
【2018·高考全国卷Ⅰ】如图,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极朝垂直纸面向里的方向转动
B.开关闭合后并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向
C.开关闭合后并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向
D.开关闭合后并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
【答案】 AD
【解析】 开关闭合后的瞬间,根据安培定则可知,两线圈内的磁场方向水平向右.因为线圈内的磁通量增加,根据楞次定律可判断直导线内的电流方向由南到北,再根据安培定则可知直导线内的电流在正上方产生的磁场方向垂直纸面向里,则小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动,故选项A正确;开关闭合后并保持一段时间后,与直导线相连的线圈内磁通量不变,则直导线没有感应电流,故小磁针不动,故选项B、C错误;开关闭合后并保持一段时间再断开后的瞬间,与直导线相连的线圈内磁通量减少,根据楞次定律可判断直导线内的电流方向由北到南,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,故选项D正确.
【2017·高考全国卷Ⅲ】如图,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直.金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面.现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是( )
A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向
C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向
【答案】 D
【解析】 金属杆PQ向右切割磁感线,根据右手定则可知PQRS中感应电流沿逆时针方向;原来T中的磁场方向垂直于纸面向里,金属杆PQ中的感应电流产生的磁场方向垂直于纸面向外,使得穿过T的磁通量减小,根据楞次定律可知T中产生顺时针方向的感应电流,综上所述,可知A、B、C项错误,D项正确.
【方法技巧】
楞次定律可以推广为:
感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因,列表说明如下:
内容
例证
阻碍原磁通量变化——“增反减同”
磁铁靠近线圈,B感与B原反向
阻碍相对运动——“来拒去留”
磁铁靠近,是斥力;磁铁远离,是引力
使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”
P、Q是光滑固定导轨,a、b是可动金属棒,磁铁下移,面积应减小,a、b靠近
B减小,线圈扩张
阻碍原电流的变化——“增反减同”
合上S,B先亮
【最新考向解码】
例1.(2019·江苏扬州一模)航母上飞机弹射起飞是利用电磁驱动来实现的。
电磁驱动原理如图所示,在固定线圈左右两侧对称位置放置两个闭合金属圆环,铝环和铜环的形状、大小相同,已知铜的电阻率较小,则合上开关S的瞬间( )
A.两个金属环都向左运动B.两个金属环都向右运动
C.铜环受到的安培力小于铝环受到的安培力D.从左侧向右看,铝环中感应电流沿顺时针方向
【答案】 D
【解析】 合上开关S的瞬间,穿过两个金属环的磁通量变大,为阻碍磁通量的增大,铝环向左运动,铜环向右运动,A、B错误;由于铜环和铝环的形状、大小相同,铜的电阻率较小,故铜环的电阻较小,两环对称地放在固定线圈两侧,闭合S瞬间,穿过两环的磁通量的变化率相同,两环产生的感应电动势大小相同,铜环电阻较小,则铜环中的感应电流较大,故铜环受到的安培力较大,C错误;由右手螺旋定则可知,闭合S瞬间,穿过铝环的磁通量向左增大,由楞次定律知,从左侧向右看,铝环中感应电流沿顺时针方向,D正确。
例2.(2019·江苏扬州高邮高三下学期调研)如图所示,两灯泡A1、A2相同,A1与一理想二极管D连接,线圈L的直流电阻不计。
下列说法正确的是( )
A.闭合开关S后,A1会逐渐变亮B.闭合开关S稳定后,A1、A2亮度相同
C.断开S的瞬间,a点的电势比b点低D.断开S的瞬间,A1会逐渐熄灭
【答案】 C
【解析】 闭合开关S后,虽然线圈产生自感电动势阻碍电流的增大,但两灯和线圈不是串联的关系,故两灯立刻变亮,A错误;闭合开关S稳定后,因线圈L的直流电阻不计,所以A1与二极管被短路,灯泡A1不亮,而A2亮,因此A1、A2亮度不同,B错误;断开S的瞬间,A2会立刻熄灭,因线圈产生感应电动势,故a点的电势低于b点,线圈L与灯泡A1及二极管构成回路,但二极管具有单向导电性,所以回路中没有感应电流,A1会立即熄灭,C正确,D错误。
例3.(2019·广东广州名校联考)如图所示,圆环形导体线圈a平放在水平桌面上,在a的正上方固定一竖直
螺线管b,二者轴线重合,螺线管b与电源、滑动变阻器连接成如图所示的电路.若将滑动变阻器的滑片P
向下滑动,下列表述正确的是( )
A.线圈a中将产生沿顺时针方向(俯视)的感应电流
B.穿过线圈a的磁通量减小
C.线圈a有扩张的趋势
D.线圈a对水平桌面的压力FN将增大
【答案】 D
【解析】 当滑动变阻器的滑片P向下滑动时,螺线管中的电流将增大,使穿过线圈a的磁通量变大,选项B错误;由楞次定律可知,线圈a中将产生沿逆时针方向(俯视)的感应电流,并且线圈a有缩小和远离螺线管的趋势,线圈a对水平桌面的压力FN将增大,故选项D正确,A、C错误.
【微专题精练】
1.(2019·浙江嘉兴一中测试)如图所示为安检门原理图,左边门框中有一通电线圈,右边门框中有一接收线圈.工作过程中某段时间通电线圈中存在顺时针方向均匀增大的电流,则( )
A.无金属片通过时,接收线圈中的感应电流方向为顺时针
B.无金属片通过时,接收线圈中的感应电流增大
C.有金属片通过时,接收线圈中的感应电流方向为顺时针
D.有金属片通过时,接收线圈中的感应电流大小发生变化
【答案】D.
【解析】:
当左侧通电线圈中存在顺时针方向均匀增大的电流时,通过右侧线圈的磁通量增大,根据楞次定律可以知道,右侧线圈产生的感应电流方向为逆时针,由于磁场是均匀增大,则产生的感应电流为恒定的,故选项A、B错误;当有金属片通过时,接收线圈中磁通量仍然增大,故产生的感应电流方向仍然为逆时针,但是由于金属片中也要产生感应电流,所以接收线圈中的感应电流大小发生变化,故选项C错误,选项D正确.
2.如图,粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈.当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方水平快速经过时,若线圈始终不动,则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是( )
A.FN先小于mg后大于mg,运动趋势向左B.FN先大于mg后小于mg,运动趋势向左
C.FN先小于mg后大于mg,运动趋势向右D.FN先大于mg后小于mg,运动趋势向右
【答案】D
【解析】:
.根据楞次定律的推论判断.磁铁靠近线圈时,线圈阻碍它靠近.线圈受到磁场力方向为右偏下,故FN>mg,有向右运动趋势,磁铁从B点离开线圈时,线圈受到磁场力方向向右偏上,故FN 3.如图所示,在一固定水平放置的闭合导体圆环上方,有一条形磁铁,从离地面高h处,由静止开始下落,最后落在水平地面上.磁铁下落过程中始终保持竖直方向,并从圆环中心穿过圆环,而不与圆环接触.若不计空气阻力.重力加速度为g,下列说法中正确的是( ) A.在磁铁下落的整个过程中,圆环中的感应电流方向先逆时针后顺时针(从上向下看圆环) B.磁铁在整个下落过程中,受圆环对它的作用力先竖直向上后竖直向下 C.磁铁在整个下落过程中,它的机械能不变 D.磁铁落地时的速率一定等于 【答案】A 【解析】: .当条形磁铁靠近圆环时,穿过圆环的磁通量增加,根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为逆时针(从上向下看圆环),当条形磁铁远离圆环时,穿过圆环的磁通量减小,根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为顺时针(从上向下看圆环),A正确;根据楞次定律的推论“来拒去留”原则,可判断磁铁在整个下落过程中,受圆环对它的作用力始终竖直向上,B错误;磁铁在整个下落过程中,由于受到磁场力的作用,机械能不守恒,C错误;若磁铁从高度h处做自由落体运动,其落地时的速度v= ,但磁铁穿过圆环的过程中要产生一部分电热,根据能量守恒定律可知,其落地速度一定小于 ,D错误. 4.(2019·北京西城区期末)从1822年至1831年的近十年时间里,英国科学家法拉第心系“磁生电”.在他的研 究过程中有两个重要环节: (1)敏锐地觉察并提出“磁生电”的闪光思想; (2)通过大量实验,将“磁生电”(产生 感应电流)的情况概括为五种: 变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的 导体.结合你学过的相关知识,试判断下列说法正确的是( ) A.环节 (1)提出“磁生电”思想是受到了麦克斯韦电磁场理论的启发 B.环节 (1)提出“磁生电”思想是为了对已经观察到的“磁生电”现象做出合理解释 C.环节 (2)中五种“磁生电”的条件都可以概括为“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化” D.环节 (2)中“在磁场中运动的导体”这种情况不符合“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”这一条件 【答案】: C 【解析】: 法拉第提出“磁生电”的闪光思想是受奥斯特发现电流周围存在磁场的影响,A、B错;环节 (2)中“磁生电”的条件由法拉第总结概括为“穿过闭合导体回路的磁通量发生变化”,C对,D错. 5.下列图中能产生感应电流的是( ) 【答案】: B 【解析】: 根据产生感应电流的条件判断: A中,电路没闭合,无感应电流;B中,磁感应强度不变,面积增大,闭合电路的磁通量增大,有感应电流;C中,穿过线圈的磁感线相互抵消,闭合电路的磁通量恒为零,无感应电流;D中,磁通量不发生变化,无感应电流. 6.物理课上,老师做了一个奇妙的“跳环实验”.如图所示,她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线 连接起来后,将一金属套环置于线圈L上,且使铁芯穿过套环,闭合开关S的瞬间,套环立刻跳起.某同 学另找来器材再探究此实验.他连接好电路,经重复试验,线圈上的套环均未动.对比老师演示的实验, 下列四个选项中,导致套环未动的原因可能是( ) A.线圈接在了直流电源上B.电源电压过高 C.所选线圈的匝数过多D.所用套环的材料与老师的不同 【答案】: D 【解析】: 金属套环跳起的原因是开关S闭合时,套环上产生感应电流与通电螺线管上的电流相互作用而引起的.线圈接在直流电源上,S闭合时,金属套环也会跳起.电压越高,线圈匝数越多,S闭合时,金属套环跳起越剧烈.若套环是非导体材料,则套环不会跳起,故选项A、B、C错误,D正确. 7.(2019·浙江宁波模拟)如图甲所示,在同一平面内有两个圆环A、B,圆环A将圆环B分为面积相等的两部分,以图甲中A环电流沿顺时针方向为正,当圆环A中的电流如图乙所示变化时,下列说法正确的是( ) A.B中始终没有感应电流B.B中有顺时针方向的感应电流 C.B中有逆时针方向的感应电流D.B中的感应电流先沿顺时针方向,后沿逆时针方向 【答案】: B 【解析】: 由于圆环A中的电流发生了变化,故圆环B中一定有感应电流产生,由楞次定律判定B中有顺时针方向的感应电流,故B选项正确. 4.如图所示,通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面,第一次将金属框由Ⅰ平移到Ⅱ,第二次将金属 框绕cd边翻转到Ⅱ,设先后两次通过金属框的磁通量变化量大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2,则( ) A.ΔΦ1>ΔΦ2,两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现 B.ΔΦ1=ΔΦ2,两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现 C.ΔΦ1<ΔΦ2,两次运动中线框中均有沿adcba方向电流出现 D.ΔΦ1<ΔΦ2,两次运动中线框中均有沿abcda方向电流出现 【答案】: C 【解析】: 设金属框在位置Ⅰ的磁通量为Φ1,金属框在位置Ⅱ的磁通量为Φ2,由题可知: ΔΦ1=|Φ2-Φ1|,ΔΦ2=|-Φ2-Φ1|,所以金属框的磁通量变化量大小ΔΦ1<ΔΦ2,由安培定则知两次磁通量均向里减小,所以由楞次定律知两次运动中线框中均出现沿adcba方向的电流,C对. 8.(2019·湖南株洲模拟)如图,在一根竖直放置的铜管的正上方某处从静止开始释放一个强磁体,在强磁体沿 着铜管中心轴线穿过铜管的整个过程中,不计空气阻力,那么( ) A.由于铜是非磁性材料,故强磁体运动的加速度始终等于重力加速度 B.由于铜是金属材料,能够被磁化,使得强磁体进入铜管时加速度大于重力加速度,离开铜管时加速度小于重力加速度 C.由于铜是金属材料,在强磁体穿过铜管的整个过程中,铜管中都有感应电流,加速度始终小于重力加速度 D.由于铜是金属材料,铜管可视为闭合回路,强磁体进入和离开铜管时产生感应电流,在进入和离开铜管时加速度都小于重力加速度,但在铜管内部时加速度等于重力加速度 【答案】: C 【解析】: 铜是非磁性材料,不能够被磁化,B错误;铜是金属材料,在强磁体穿过铜管的整个过程中,铜管始终切割磁感线,铜管中都有感应电流,强磁体受到向上的磁场力,加速度始终小于重力加速度,C正确,A、D错误. 9.(2019·青岛模拟)如图甲所示,水平面上的平行导轨MN、PQ上放着两根导体棒ab、cd,两棒中间用绝缘丝线系住.开始时匀强磁场垂直于纸面向里,磁感应强度B随时间t的变化如图乙所示,I和FT分别表示流过导体棒中的电流和丝线的拉力(不计电流之间的相互作用力),则在t0时刻( ) A.I=0,FT=0 B.I=0,FT≠0 C.I≠0,FT=0D.I≠0,FT≠0 【答案】C 【解析】: .t0时刻,磁场变化,磁通量变化,故I≠0;由于B=0,故ab、cd所受安培力均为零,丝线的拉力为零,C项正确. 10.如图所示,AOC是光滑的金属轨道,AO沿竖直方向,OC沿水平方向,PQ是一根金属直杆如图所示立在导轨上,直杆从图示位置由静止开始在重力作用下运动,运动过程中Q端始终在OC上,空间存在着垂直于纸面向外的匀强磁场,则在PQ杆滑动的过程中,下列判断正确的是( ) A.感应电流的方向始终是由P→Q B.感应电流的方向先是由P→Q,后是由Q→P C.PQ受磁场力的方向垂直杆向左 D.PQ受磁场力的方向先垂直于杆向左,后垂直于杆向右 【答案】BD 【解析】: .在PQ杆滑动的过程中,杆与导轨所围成的三角形面积先增大后减小,三角形POQ内的磁通量先增大后减小,由楞次定律可判断B项正确;再由PQ中电流方向及左手定则可判断D项正确. 11.两根相互平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中,在导轨上接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动.当AB在外力F作用下向右运动时,下列说法中正确的是( ) A.导体棒CD内有电流通过,方向是D→CB.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. 【解析】: 本题中AB导体棒切割磁感线,根据右手定则判定AB棒中的电流方向为B→A,则CD棒中的电流方向为C→D,所以A错误,B正确;根据左手定则,判定CD棒受到的安培力的方向为水平向右,所以C项错误;AB棒中感应电流方向为B→A,根据左手定则判定AB棒所受安培力的方向为水平向左,即安培力的方向阻碍AB棒的相对运动,所以D项正确.
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