全国通用版版高考物理一轮复习 第十章 电磁感应 课时分层作业 二十八 101 电磁感应现象 楞次定律.docx
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全国通用版版高考物理一轮复习第十章电磁感应课时分层作业二十八101电磁感应现象楞次定律
课时分层作业二十八电磁感应现象 楞次定律
(45分钟 100分)
【基础达标题组】
一、选择题(本题共10小题,每小题6分,共60分。
1~7小题为单选题,8~10小题为多选题)
1.如图所示,A为通电线圈,电流方向如图所示,B、C为与A在同一平面内的两同心圆,ΦB、ΦC分别为通过两圆面的磁通量的大小,下列判断正确的是( )
A.ΦB=ΦC B.ΦB>ΦC
C.ΦB<ΦCD.无法判断
【解析】选B。
根据右手螺旋定则,结合磁场的特点可得,线圈A中产生的磁场的方向垂直向外,而外部则垂直向里;磁通量可看成穿过线圈的磁感线条数,由于线圈A中产生的磁场的方向垂直向外,而外部则垂直向里,当线圈的面积越大时,则相互抵消的越多,因此穿过线圈B的磁通量大,线圈C的磁通量小,故B正确,A、C、D错误。
2.(2018·长沙模拟)如图所示,一个金属圆环水平放置在竖直向上的匀强磁场中,若要使圆环中产生如箭头所示方向的瞬时感应电流,下列方法可行的是
( )
A.使匀强磁场均匀增大
B.使圆环绕水平轴ab如图转动30°
C.使圆环绕水平轴cd如图转动30°
D.保持圆环水平并使其绕过圆心的竖直轴转动
【解析】选A。
根据楞次定律可知,若匀强磁场均匀增大,通过圆环的磁通量增大,将产生从上向下看为顺时针方向的感应电流,电流方向与图中方向相符,故A项正确;使圆环绕水平轴ab如图转动30°或者使圆环绕水平轴cd如图转动30°,通过圆环的磁通量都将减小,产生的感应电流方向与图中所示的相反,故B、C项错误;保持圆环水平并使其绕过圆心的竖直轴转动,通过圆环的磁通量不改变,不会产生感应电流,故D项错误。
3.(2018·赣州模拟)如图所示,有一个铜盘,轻轻拨动它,能长时间地绕转轴自由转动。
如果在转动时把蹄形磁铁的两极放在铜盘边缘,但并不与铜盘接触,我们将观察到的现象是( )
A.铜盘的转动不受磁铁的影响
B.铜盘的转动能持续更长时间
C.铜盘能在较短的时间内停止
D.由于磁铁的影响,铜盘会反向转动
【解析】选C。
当铜盘转动时,切割磁感线,产生感应电动势,由于电路闭合,则出现感应电流,处于磁场中的部分圆盘会受到安培力作用,此力阻碍铜盘转动,使得铜盘能在较短的时间内停止,故C正确,A、B、D错误。
4.(2018·漳州模拟)长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动,如图甲所示。
长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的电流,i-t图象如图乙所示。
规定沿长直导线向上的电流为正方向。
关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方向,下列说法正确的是( )
A.由顺时针方向变为逆时针方向
B.由逆时针方向变为顺时针方向
C.由顺时针方向变为逆时针方向,再变为顺时针方向
D.由逆时针方向变为顺时针方向,再变为逆时针方向
【解析】选D。
据图乙可知,在四分之一周期内,电流变大,据右手螺旋定则可知,矩形线圈所处的磁场垂直纸面向里变大,即导致穿过线圈中的磁通量增大,由楞次定律可知,产生的感应电流方向为逆时针;同理分析可知,在
~
T时间内,矩形线圈产生的电流方向为顺时针;在
T~T时间内矩形线圈产生的感应电流方向为逆时针;故A、B、C错误,D正确。
【加固训练】
某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律。
当条形磁铁自上而下穿过固定线圈时,通过电流计的感应电流的方向是( )
A.a→G→b
B.先a→G→b,后b→G→a
C.b→G→a
D.先b→G→a,后a→G→b
【解析】选D。
当条形磁铁沿固定线圈的中轴线自上至下经过固定线圈时,穿过线圈的磁通量向下,且先增加后减小,根据楞次定律,感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化,故感应电流的磁场先向上后向下,故感应电流先逆时针后顺时针(俯视),故A、B、C错误,D正确。
5.(2018·蚌埠模拟)A为水平放置的胶木圆盘,在其侧面均匀分布着负电荷,在A的正上方用绝缘丝线悬挂一个金属圆环B,使B的环面水平且与圆盘面平行,其轴线与胶木盘A的轴线OO′重合,如图所示。
现使胶木盘A由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动,则( )
A.金属环B的感应电流方向与箭头所示方向相同,丝线受到的拉力减小
B.金属环B的感应电流方向与箭头所示方向相同,丝线受到的拉力增大
C.金属环B的感应电流方向与箭头所示方向相反,丝线受到的拉力减小
D.金属环B的感应电流方向与箭头所示方向相反,丝线受到的拉力增大
【解析】选A。
胶木盘A由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动,形成环形电流;环形电流的大小增大,根据右手螺旋定则可知,通过B线圈的磁通量向下,且增大;根据楞次定律可知,金属环B中的感应电流方向与箭头所示方向相同;再根据楞次定律的另一种表述,引起的机械效果阻碍磁通量的增大,知金属环的面积有缩小的趋势,且有向上的运动趋势,所以丝线的拉力减小。
故A正确,B、C、D错误。
6.如图,金属环A用绝缘轻绳悬挂,与长直螺线管共轴,并位于其左侧。
若变阻器的滑片P向左移动,则( )
A.金属环A向左运动,同时向外扩张
B.金属环A向左运动,同时向里收缩
C.金属环A向右运动,同时向外扩张
D.金属环A向右运动,同时向里收缩
【解析】选B。
变阻器滑片P向左移动,电阻变小,电流变大,据楞次定律,感应电流的磁场方向与原电流磁场方向相反,故相互排斥,则金属环A将向左运动,因磁通量增大,金属环A有收缩趋势,故A、C、D错误,B正确。
【加固训练】
如图所示,当条形磁铁沿线圈轴线ab从左向右穿过线圈的过程中,线圈受到的磁场力方向( )
A.始终向左 B.始终向右
C.先向左后向右D.先向右后向左
【解析】选A。
由楞次定律的相对运动角度来分析,则由“来拒去留”可知,当磁铁靠近时,线圈受到水平向左的安培力;当远离时,线圈受到水平向左的安培力,故线圈受到的作用力方向始终向左,故A正确,B、C、D错误。
7.(2018·郑州模拟)如图所示,用一根硬导线做成一个面积为S的正方形线框,把线框的右半部分置于匀强磁场中,磁场方向垂直纸面向里,磁感应强度大小为B,ab为线框的一条对称轴。
则( )
A.若磁感应强度B增大,线框具有扩张的趋势
B.若线框绕ab转动,会产生逆时针方向的感应电流
C.若线框绕ab以角速度ω匀速转动,则产生感应电动势的表达式为BSωsinωt
D.将线框沿垂直磁场方向匀速拉出的过程中,若拉力增大为原来的两倍,则安培力的功率增大为原来的四倍
【解析】选D。
磁场方向垂直纸面向里,穿过线框的磁通量增大,根据楞次定律,感应电流的磁场为了阻碍磁通量的增加,线框有收缩的趋势,故A项错误;若线框绕ab转动,穿过线框的磁通量减小,根据楞次定律可以知道,产生的感应电流为顺时针方向,故B项错误;若线框绕ab以角速度ω匀速转动,线框有一半在磁场中,则产生感应电动势的表达式为e=
BSωsinωt,故C项错误;线框匀速拉出,则拉力等于安培力,故F安=BIL,其中I=
拉力加倍,故速度v加倍,故安培力的功率P=F安v,则安培力的功率增大为原来的四倍,故D项正确。
8.下列图中表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景,导体ab上的感应电流方向为b→a的是( )
【解析】选B、C、D。
ab棒顺时针转动,运用右手定则:
磁感线穿过手心,拇指指向顺时针方向,则导体ab上的感应电流方向为a→b,故A项错误;ab向纸外运动,运用右手定则时,磁感线穿过手心,拇指指向纸外,则知导体ab上的感应电流方向为b→a,故B项正确;穿过回路的磁通量减小,由楞次定律知,回路中感应电流方向由b→a→d→c,则导体ab上的感应电流方向为b→a,故C项正确;ab棒沿导轨向下运动,由右手定则判断知导体ab上的感应电流方向为b→a,故D项正确。
9.航母上飞机弹射起飞利用的电磁驱动原理如图所示。
当固定线圈上突然通过直流电流时,线圈左侧的金属环被弹射出去,现在线圈左侧同一位置,先后放上用横截面积相等的铜和铝导线制成形状、大小相同的两个闭合环,电阻率ρ铜<
ρ铝,则合上开关S的瞬间( )
A.从右侧看,环中产生沿逆时针方向的感应电流
B.铜环受到的安培力大于铝环受到的安培力
C.若将金属环置于线圈的右侧,环将向右弹射
D.电池正负极调换后,金属环仍能向左弹射
【解析】选B、C、D。
线圈中电流为左侧流入,磁场方向为向右,在闭合开关的过程中,磁场变强,则由楞次定律可以知道,感应电流由右侧看为顺时针,故A项错误;因为铜环的电阻较小,故铜环中感应电流较大,故铜环受到的安培力要大于铝环,故B项正确;若环放在线圈右方,根据“来拒去留”可得,环将向右运动,故C项正确;电池正负极调换后,金属环受力向左,故仍将向左弹出,故D项正确。
10.等离子体气流由左方连续以速度v0射入P1和P2两板间的匀强磁场中,ab直导线与P1、P2相连接,线圈A与直导线cd连接。
线圈A内有如图乙所示的变化磁场,且磁场B的正方向规定为向左,如图甲所示,则下列叙述正确的是
( )
A.0~1s内ab、cd导线互相排斥
B.1~2s内ab、cd导线互相吸引
C.2~3s内ab、cd导线互相排斥
D.3~4s内ab、cd导线互相吸引
【解题指导】解答本题应注意以下两点:
(1)明确ab、cd导线中产生电流的原理,ab导线中产生的电流是磁流体发电,cd导线中产生的电流是电磁感应现象。
(2)电流之间的相互作用:
同向电流相互吸引,反向电流相互排斥。
【解析】选B、C。
由左侧电路可以判断ab中电流方向由a到b;由右侧电路及图乙可以判断,0~2s内cd中电流为由c到d,跟ab中电流同向,因此ab、cd相互吸引,故A项错误,B项正确;2~4s内cd中电流为由d到c,跟ab中电流反向,因此ab、cd相互排斥,故C项正确、D项错误。
二、计算题(本题共2小题,共20分。
需写出规范的解题步骤)
11.(8分)在如图所示的电路中,在闭合和断开开关S时,电流计G的指针有什么变化?
该题中两个线圈所组成的电路彼此不通,L2中的电流是如何产生的?
这种现象在工作和生活中有哪些应用?
【解析】当L1中电流发生变化时产生变化的磁场,该磁场经过L2时,在L2中发生电磁感应现象,所以在开关通断时电流表均有示数;原因是两线圈中产生了互感现象;互感现象可以把能量由一个电路传到另一个电路。
电磁感应定律的应用包括:
变压器就是利用互感现象制成的,在电力工程和电子电路中,互感现象有时会影响电路的正常工作,这时要求设法减小电路间的互感。
答案:
见解析
12.(12分)(2018·唐山模拟)电吉他是利用电磁感应原理工作的一种乐器。
如图所示为电吉他的扩音器的原理图,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。
(1)金属弦的作用类似“研究电磁感应现象”实验中铁芯的作用,则被拨动后靠近螺线管的过程中,通过放大器的电流方向为 (以图象为准,选填“向上”或“向下”)。
(2)(多选)下列说法正确的是 。
A.金属弦上下振动的周期越大,螺线管内感应电流的方向变化也越快
B.金属弦上下振动过程中,经过相同位置时速度越大,螺线管中感应电动势也越大
C.电吉他通过扩音器发出的声音随感应电流强度增大而变响,增减螺线管匝数会起到调节音量的作用
D.电吉他通过扩音器发出的声音频率和金属弦振动频率相同
【解析】
(1)金属弦靠近螺线管时,线圈中磁场变强,根据楞次定律可得通过放大器的电流方向为向下。
(2)选B、C、D。
电吉他通过扩音器发出的声音频率与感应电流的频率相同,即与金属弦振动频率相同,故A错误,D正确;感应电动势的大小与磁通量的变化率有关,与线圈匝数有关,故B、C正确。
答案:
(1)向下
(2)B、C、D
【加固训练】
如图所示是家庭用的“漏电保护器”的关键部分的原理图,其中P是一个变压器铁芯,入户的两根电线(火线和零线)采用双线绕法,绕在铁芯的一侧作为原线圈,然后再接入户内的用电器。
Q是一个脱扣开关的控制部分(脱扣开关本身没有画出,它是串联在如图所示左边的火线和零线上,开关断开时,用户的供电被切断),Q接在铁芯另一侧副线圈的两端a、b之间,当a、b间没有电压时,Q使得脱扣开关闭合,当a、b间有电压时,脱扣开关立即断开,使用户断电。
(1)用户正常用电时,a、b之间有没有电压?
为什么?
(2)如果某人站在地面上,手误触火线而触电,脱扣开关是否会断开?
为什么?
【解析】
(1)用户正常用电时,a、b之间没有电压,因为双线绕成的初级线圈的两根导线中的电流总是大小相等、方向相反,穿过铁芯的磁通量总为零,副线圈中不会产生感应电动势。
(2)会断开,因为人站在地面上手误触火线,电流通过火线和人体流向大地,不通过零线,这样变压器的铁芯中就会有磁通量的变化,从而在副线圈中产生感应电动势,即a、b间有电压,脱扣开关就会断开。
答案:
见解析
【能力拔高题组】
1.(8分)如图所示,在同一水平面内有两根光滑平行金属导轨MN和PQ,在两导轨之间竖直放置通电螺线管,ab和cd是放在导轨上的两根金属棒,它们分别放在螺线管的左右两侧,保持开关闭合,最初两金属棒处于静止状态。
当滑动变阻器的滑动触头向左滑动时,两根金属棒与导轨构成的回路中感应电流方向(俯视图)及ab、cd两棒的运动情况是( )
A.感应电流为顺时针方向,两棒相互靠近
B.感应电流为顺时针方向,两棒相互远离
C.感应电流为逆时针方向,两棒相互靠近
D.感应电流为逆时针方向,两棒相互远离
【解析】选D。
当变阻器滑片向左滑动时,电路的电流变大,根据安培定则可知线圈中垂直于导轨向下的磁场增加,穿过两棒所围成的闭合回路的磁通量变大,根据楞次定律可得,线框abdc产生逆时针方向感应电流,ab棒和cd棒中的电流方向相反,两棒受到方向相反的安培力,两棒相互远离,故A、B、C项错误,D项正确。
2.(12分)如图所示,MN、PQ为间距L=0.5m且足够长的平行导轨,NQ⊥MN,导轨平面与水平面间的夹角θ=37°,NQ间连接一个R=4Ω的电阻。
一匀强磁场垂直于导轨平面,磁感应强度B=1T。
将一根质量m=0.05kg、电阻r=1Ω的金属棒ab,紧靠NQ放置在导轨上,且与导轨接触良好,导轨的电阻不计。
现静止释放金属棒,金属棒沿导轨向下运动过程中始终与NQ平行。
已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ=0.5,当金属棒滑行至cd处时已经达到稳定速度,cd离NQ的距离s=0.2m。
g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。
问:
(1)当金属棒滑行至cd处时回路中的电流多大?
(2)金属棒达到的稳定速度多大?
(3)若将金属棒滑行至cd处时刻记作t=0,从此时刻起,让磁场的磁感应强度逐渐减小,可使金属棒中不产生感应电流,则t=1s时磁感应强度多大?
【解析】
(1)
(2)对导体棒进行受力分析,如图所示
根据平衡条件,得
mgsinθ=f+F=μmgcosθ+F
代入数据,得
F=0.1N
又安培力F=BIL
I=
得F=
v=
=2m/s
解得I=0.2A
(3)金属棒中不产生感应电流,对导体棒受力分析
ma=mgsinθ-μmgcosθ
s′=vt+
at2
BLs=B1(s+s′)L
解得:
B1=
T
答案:
(1)0.2A
(2)2m/s (3)
T
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