浙江省2021版高考物理一轮复习第九章电磁感应交变电流第1节电磁感应现象楞次定律达标检测含解析 1 8页

第1节 电磁感应现象 楞次定律 ‎1.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分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则(　　)‎ A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2‎ C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．不能判断 解析：选C.导体MN周围的磁场并非匀强磁场，靠近MN处的磁场强些，磁感线密一些，远离MN处的磁感线疏一些，当线框在Ⅰ位置时，穿过平面的磁通量为ΦI，当线框平移到Ⅱ位置时，磁通量为ΦⅡ，则磁通量的变化量为ΔΦ1＝|ΦⅡ－ΦⅠ|＝ΦⅠ－ΦⅡ.当线框翻转至Ⅱ位置时，磁感线相当于从“反面”穿过平面，则磁通量为－ΦⅡ，则磁通量的变化量是ΔΦ2＝|－ΦⅡ－ΦⅠ|＝ΦⅠ＋ΦⅡ，所以ΔΦ1<ΔΦ2.‎ ‎2．(多选)(2020·宁波质检)下列情况能产生感应电流的是(　　)‎ A．如图甲所示，导体AB顺着磁感线运动 B．如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时 C．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时 D．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时 解析：选BD.甲图中导体AB顺着磁感线运动，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化，无感应电流，故选项A错误；乙图中条形磁铁插入线圈时，线圈中的磁通量增加，拔出时线圈中的磁通量减少，都有感应电流产生，故选项B正确；丙图中开关S一直接通，回路中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，线圈中不产生感应电流，故选项C错误；丙图中开关S接通，滑动变阻器的阻值变化使闭合回路中的电流变化，螺线管A的磁场变化，螺线管B中的磁通量变化，线圈中产生感应电流，故选项D正确．‎ ‎3．如图所示，甲是闭合铜线框，乙是有缺口的铜线框，丙是闭合的塑料线框，它们的正下方都放置一薄强磁铁，现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放(各线框下落过程中不翻转)，则以下说法正确的是(　　)‎ 8‎ A．三者同时落地 B．甲、乙同时落地，丙后落地 C．甲、丙同时落地，乙后落地 D．乙、丙同时落地，甲后落地 解析：选D.甲是铜线框，在下落过程中产生感应电流，所受的安培力阻碍它的下落，故所需的时间长；乙没有闭合回路，丙是塑料线框，故都不会产生感应电流，它们做自由落体运动，故D正确．‎ ‎4．(2020·台州质检)在“研究电磁感应现象”实验中：‎ ‎(1)首先要确定电流计指针偏转方向和电流方向间的关系．实验中所用电流计量程为100 μA，电源电动势为1.5 V，待选的保护电阻有：R1＝100 kΩ，R2＝1 kΩ，R3＝10 Ω，应选用________作为保护电阻．‎ ‎　　‎ ‎(2)实验中已得出电流计指针向右偏转时，电流是“＋”接线柱流入的，那么在如图甲所示的装置中，若将条形磁铁S极朝下插入线圈中，则电流计的指针应向________偏转．‎ ‎(3)在给出的实物图乙中，用实线作为导线将实验器材连成实验电路．‎ ‎(4)将线圈L1插入L2中，合上开关．能使感应电流与原电流的绕行方向相同的实验操作是______．‎ A．插入软铁棒 B．拔出线圈L1‎ C．使变阻器阻值变大 D．断开开关 解析：(1)为保护电流计安全，保护电阻最小阻值R＝＝ Ω＝1.5×104 Ω，因此保护电阻应选R1.‎ ‎(2)将条形磁铁S极朝下插入线圈中，穿过线圈的磁场方向向上，磁通量增加，由楞次定律可知，感应电流从“＋”接线柱流入电流计，电流计的指针应向右偏转．‎ ‎(3)将线圈L2和电流计串联形成一个回路，将开关、滑动变阻器、电源、线圈L1串联而成另一个回路即可，实物图如图所示．‎ 8‎ ‎(4)根据楞次定律可知，若使感应电流与原电流的绕行方向相同，则线圈L2中的磁通量应该减小，故拔出线圈L1，使变阻器阻值变大，断开开关均可使线圈L2中的磁通量减小，故A错误，B、C、D正确．‎ 答案：(1)R1　(2)右　(3)如解析图　(4)BCD ‎5.(2020·台州月考)在“探究感应电流的方向与哪些因素有关”的实验中，请完成下列实验步骤：‎ ‎(1)为弄清灵敏电流计指针摆动方向与电流方向的关系，可以使用一个已知正负极性的直流电源进行探究．某同学想到了多用电表内部某一挡含有直流电源，他应选用多用电表的__________挡(选填“欧姆”“直流电流”“直流电压”“交流电流”或“交流电压”)对灵敏电流计进行测试．由实验可知当电流从正接线柱流入电流计时，指针向右摆动．‎ ‎(2)该同学先将多用电表的红表笔接灵敏电流计的正接线柱，再将黑表笔________(选填“短暂”或“持续”)接灵敏电流计的负接线柱．若灵敏电流计的指针向左摆动，说明电流由电流计的________(选填“正”或“负”)接线柱流入灵敏电流计的．‎ ‎(3)实验中该同学将磁铁某极从线圈上方向下插入线圈时，发现电流表的指针向左偏转，请在图中用箭头画出线圈电流方向，并用字母N、S标出磁铁的极性．‎ 解析：(1)欧姆挡含有直流电源，故换到欧姆挡．‎ ‎(2)试探性的，所以需要短暂接触，从上面可以知道当电流从正接线柱流入电流计时，指针向右摆动，现要使指针向左摆动，则应使电流从负接线柱流入灵敏电流计．‎ 答案：(1)欧姆　(2)短暂　负　(3)如图 ‎[课后达标]‎ 一、选择题 ‎1.(2020·湖州检测)如图所示，正方形线圈abcd位于纸面内，边长为L，匝数为N，过ab中点和cd中点的连线OO′恰好位于垂直纸面向里的匀强磁场的右边界上，磁感应强度为B，则穿过线圈的磁通量为(　　)‎ A.　　　B.　　　C．BL2　　　D．NBL2‎ 答案：A ‎2.物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”．如图，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，‎ 8‎ 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 ‎3．(2020·嘉兴质检)如图所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外．一个矩形闭合导线框abcd，沿纸面由位置1(左)匀速运动到位置2，则(　　)‎ A．导线框进入磁场时，感应电流方向为a→b→c→d→a B．导线框离开磁场时，感应电流方向为a→d→c→b→a C．导线框离开磁场时，受到的安培力方向水平向右 D．导线框进入磁场时，受到的安培力方向水平向左 答案：D ‎4.(2020·绍兴调研)如图所示，螺线管的导线的两端与两平行金属板相接，一个带负电的小球用丝线悬挂在两金属板间，并处于静止状态，若条形磁铁突然插入线圈时，小 球的运动情况是(　　)‎ A．向左摆动 B．向右摆动 C．保持静止 D．无法判定 解析：选A.条形磁铁突然插入线圈时，由楞次定律可判定线圈中产生瞬间电流给平行金属板充电，左板带正电，右板带负电，小球在电场力作用下向左摆动，故A正确．‎ ‎5．(多选)(2020·杭州质检)如图所示，一平面线圈用细杆悬于P点，开始细杆处于水平位置，释放后它在图示的匀强磁场中运动．已知线圈平面始终与纸面垂直．当线圈第一次通过位置Ⅰ和位置Ⅱ时，顺着磁场的方向看去，线圈中感应电流的方向依次为(　　)‎ A．位置Ⅰ逆时针方向 B．位置Ⅰ位置Ⅱ均为逆时针方向 8‎ C．位置Ⅱ顺时针方向 D．位置Ⅰ位置Ⅱ均为顺时针方向 解析：选AC.由题图可知，当线圈从Ⅰ位置运动到最低点过程中，穿过线圈的磁通量增加，根据楞次定律可知，线圈中感应电流的方向顺着磁场方向看是逆时针；当线圈从最低点运动到Ⅱ位置的过程中，穿过线圈的磁通量减少，根据楞次定律可知，线圈中感应电流的方向应是顺时针，所以A、C项正确，B、D项错误．‎ ‎6．(2020·浙江9＋1联盟联考)如图所示，水平地面上方存在有界匀强磁场(上、下边界水平)，磁场上方有三个单匝正方形铜线圈A、B、C，它们从相同高度由静止开始同时下落．其中A有一个缺口，B、C都是闭合的，但B的导线最粗；A、B边长相等，C边长最大，但都小于磁场区域的高度．则线圈(　　)‎ A．A最后落地 B．B最后落地 C．C最后落地 D．B、C同时落地 解析：选C.线圈A由于有缺口，在磁场中不能形成电流，所以下落时不受安培力作用，故下落的加速度一直为g；而B、C线圈是闭合的，进入磁场后，产生感应电流，线圈受到竖直向上的安培力作用，加速度小于g，则A线圈最先落地，设线圈的边长为L，横截面积为S，电阻率为ρ0，密度为ρ，质量为m，进入磁场后速度为v时加速度为a，根据牛顿第二定律得mg－v＝ma，a＝g－v＝g－ v＝g－，可知a与横截面积S、长度L无关，而线圈C边长最大，进入磁场的位移大，所以C线圈最后落地，选项C正确，选项A、B、D错误．‎ ‎7．(2020·宁波调研)如图甲所示，金属圆环在垂直于环面的匀强磁场中，磁场的磁感应强度B随时间t按正弦规律变化，如图乙所示．已知磁场方向垂直于环面向里为正方向，则下列说法不正确的是(　　)‎ A．t2时刻，穿过圆环的磁通量为0，圆环中无感应电流 B．t1～t3时间内，环中感应电流沿顺时针方向 8‎ C．0～t4时间内，金属圆环出现两次收缩趋势，两次扩张趋势 D．t2～t3时间内，环上某一段受到的安培力指向圆心 解析：选A.在t2时刻，穿过圆环的磁通量为0，但此时磁通量在变化，圆环中会产生感应电流，故A项错误；根据楞次定律，t1～t3时间内，环中感应电流方向一直沿顺时针方向，故B项正确；根据楞次定律可知，当磁感应强度增大时，金属环有收缩的趋势，当磁感应强度减小时，金属环有扩张趋势，从图象可以看出，0～t4 时间内，金属环出现两次收缩趋势，两次扩张趋势，故C项正确；t2～t3时间内，穿过圆环的磁通量垂直纸面向外并且增大，根据楞次定律可知，圆环中产生顺时针方向的感应电流，根据左手定则，圆环受到的安培力指向圆心，故D项正确．‎ ‎8．(2020·浙江黄岩选考适应性考试)如图甲所示，螺线管内有一平行于轴线的磁场，规定图中箭头所示方向为磁感应强度B的正方向，螺线管与U形导线框cdef相连，导线框cdef内有一半径很小的金属圆环L，圆环与导线框cdef在同一平面内，当螺线管内的磁感应强度随时间按图乙所示规律变化时，下列选项中正确的是(　　)‎ A．在t1时刻，金属圆环L内的磁通量最大 B．在t2时刻，金属圆环L内的磁通量最大 C．在t1～t2时间内，金属圆环L内有逆时针方向的感应电流 D．在t1～t2时间内，金属圆环L有扩张的趋势 解析：选B.当螺线管内的磁感应强度随时间按图乙所示规律变化时，在导线框cdef内产生感应电动势和感应电流，在t1时刻，感应电流为零，金属圆环L内的磁通量为零，选项A错误；在t2时刻，感应电流最大，金属圆环L内的磁通量最大，选项B正确；由楞次定律，在t1～t2时间内，导线框cdef内产生逆时针方向感应电流，感应电流逐渐增大，金属圆环L内磁通量增大，根据楞次定律，金属圆环L内有顺时针方向的感应电流，选项C错误；在t1～t2时间内，金属圆环L有收缩的趋势，选项D错误．‎ ‎9.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从左向右看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 8‎ 解析：选D.通电线圈中存在顺时针方向均匀增大的电流，则通过接收线圈的磁通量增大，根据楞次定律可以知道，接收线圈产生的感应电流方向为逆时针，由于磁通量均匀增大，则产生的感应电流不变，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．‎ ‎10.(多选)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 解析：选AD.由电路可知，开关闭合瞬间，右侧线圈环绕部分的电流向下，由安培定则可知，直导线在铁芯中产生向右的磁场，由楞次定律可知，左侧线圈环绕部分产生向上的电流，则直导线中的电流方向由南向北，由安培定则可知，直导线在小磁针所在位置产生垂直纸面向里的磁场，则小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动，A正确；开关闭合并保持一段时间后，穿过左侧线圈的磁通量不变，则左侧线圈中的感应电流为零，直导线不产生磁场，则小磁针静止不动，B、C错误；开关闭合并保持一段时间再断开后的瞬间，穿过左侧线圈向右的磁通量减少，则由楞次定律可知，左侧线圈环绕部分产生向下的感应电流，则流过直导线的电流方向由北向南，直导线在小磁针所在处产生垂直纸面向外的磁场，则小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动，D正确．‎ 二、非选择题 ‎11．(2020·舟山质检)某同学利用如图装置研究磁铁下落过程中的重力势能与电能之间的相互转化．内阻r＝40 Ω的螺线管固定在铁架台上，线圈与电流传感器、电压传感器和滑动变阻器连接．滑动变阻器最大阻值为40 Ω，初始时滑片位于正中间20 Ω的位置．打开传感器，将质量为m的磁铁置于螺线管正上方静止释放，磁铁上表面为N极．穿过螺线管后掉落到海绵垫上并静止(磁铁下落中受到的电磁阻力远小于磁铁重力，不发生转动)，释放点到海绵垫高度差为h.计算机屏幕上显示出如图所示的UI－t 曲线．‎ 8‎ ‎(1)磁铁穿过螺线管过程中，产生第一峰值时线圈中的感应电动势约________V.‎ ‎(2)图象中UI出现前后两个峰值，对比实验过程发现，这两个峰值是在磁铁刚进入螺线管内部和刚从内部出来时产生的，对这一现象的相关说法正确的是________．‎ A．线圈中的磁通量变化率经历先增大后减小再增大再减小的过程 B．如果滑片从中间向左移动时，坐标系中的两个峰值一定都会减小 C．磁铁在下落过程中加速度始终小于重力加速度g D．如果仅略减小h，两个峰值都会减小 ‎(3)在磁铁下降h的过程中，可估算机械能转化为的电能是____________J.‎ 解析：(1)由UI－t曲线可知，产生第一峰值时滑动变阻器功率为P滑＝0.004 5 W①‎ 线圈输出功率表达式为P出＝I2R外②‎ 根据闭合电路欧姆定律得：‎ E＝I(R内＋R外)③‎ 联立①②③将R内＝40 Ω，R外＝20 Ω代入得E＝0.9 V.‎ ‎(2)由UI－t图象的变化趋势可知，A对；滑片向左移动，滑动变阻器接入电路的阻值减小，电路总电流增大，螺线管消耗的功率增大，滑动变阻器消耗的功率减小，即UI减小，图象峰值减小，B对；磁铁下落至螺线管中点时，磁通量变化率为0，螺线管感应电流为0，磁铁只受重力，加速度为g，C错；减小h，磁铁速度减小，螺线管中磁通量变化率减小，感应电流减小，图线峰值减小，D对．故选ABD.‎ ‎(3)根据图象物理意义可知：图象与横轴围成面积大小等于下落过程中电源的输出电能，由图象可得，在磁铁下降h的过程中机械能转化为电能为：2.3×10－4 J(2.1×10－4 J～2.4×10－4 J均正确)．‎ 答案：(1)0.9　(2)ABD　(3)2.3×10－4(2.1×10－4～2.4×10－4均正确)‎ 8‎