魯科版物理選修3-2新素養(yǎng)講義第2章習(xí)題課楞次定律的應(yīng)用Word版含答案

習(xí)題課楞次定律的應(yīng)用,[學(xué)生用書P21])1．感應(yīng)電流方向的判斷方法(1)楞次定律：感應(yīng)電流具有這樣的方向，就是感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化．(2)右手定則①內(nèi)容：伸開右手，讓拇指與其余四指在同一個(gè)平面內(nèi)，使拇指與并攏的四指垂直；讓磁感線垂直穿入手心，使拇指指向?qū)w的運(yùn)動(dòng)方向，其余四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向．②適用條件：該定律適用于部分導(dǎo)體切割磁感線的情況．2．對楞次定律“阻礙”的理解電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，感應(yīng)電流產(chǎn)生的“效果”總要“反抗”(或“阻礙”)引起感應(yīng)電流的“原因”．常見的“阻礙”現(xiàn)象有以下幾種：(1)阻礙原磁通量的變化(增反減同)．(2)阻礙導(dǎo)體的相對運(yùn)動(dòng)(來拒去留)．(3)通過改變線圈面積來“反抗”(增縮減擴(kuò))．“阻礙法”的應(yīng)用[學(xué)生用書P21]如圖，一質(zhì)量為m的條形磁鐵用細(xì)線懸掛在天花板上，細(xì)線從一水平金屬圓環(huán)中穿過．現(xiàn)將環(huán)從位置Ⅰ釋放，環(huán)經(jīng)過磁鐵到達(dá)位置Ⅱ.設(shè)環(huán)經(jīng)過磁鐵上端和下端附近時(shí)細(xì)線的張力分別為T1和T2，重力加速度大小為g，則()A．T1＞mg，T2＞mg B．T1＜mg，T2＜mgC．T1＞mg，T2＜mg D．T1＜mg，T2＞mg[解析]金屬圓環(huán)從位置Ⅰ到位置Ⅱ過程中，由楞次定律來時(shí)拒去時(shí)留知，金屬圓環(huán)在磁鐵上端時(shí)受力向上，在磁鐵下端時(shí)受力也向上，則金屬圓環(huán)對磁鐵的作用力始終向下，對磁鐵受力分析可知T1＞mg，T2＞mg，A項(xiàng)正確．[答案]A1.如圖所示，通電螺線管兩側(cè)各懸掛一個(gè)小銅環(huán)，銅環(huán)平面與螺線管截面平行．當(dāng)開關(guān)S接通瞬間，兩銅環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是()A．同時(shí)向兩側(cè)推開B．同時(shí)向螺線管靠攏C．一個(gè)被推開，一個(gè)被吸引，但因電源正負(fù)極未知，無法具體判斷D．同時(shí)被推開或同時(shí)向螺線管靠攏，因電源正負(fù)極未知，無法具體判斷解析：選A.電路接通瞬間，穿過線圈的磁通量在增加，使得穿過兩側(cè)銅環(huán)的磁通量都在增加，由楞次定律可知，兩銅環(huán)中感應(yīng)電流的磁場與線圈中磁場方向相反，即受到線圈磁場的排斥作用，使兩銅環(huán)分別向外側(cè)移動(dòng)，選項(xiàng)A正確．電磁感應(yīng)中的圖象問題[學(xué)生用書P21]如圖所示，有一個(gè)等腰直角三角形的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，其直角邊的邊長為L，磁場方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.邊長為L、總電阻為R的正方形導(dǎo)線框abcd，從圖示位置開始沿x軸正方向以速度v勻速穿過磁場區(qū)域．取沿a→b→c→d→a方向?yàn)楦袘?yīng)電流的正方向，則表示導(dǎo)線框中電流i隨bc邊的位置坐標(biāo)x變化的圖象正確的是()[解析]根據(jù)題意，由楞次定律和安培定則得，正方形導(dǎo)線框進(jìn)入三角形磁場時(shí)，穿過導(dǎo)線框的磁通量逐漸增加，導(dǎo)線框中產(chǎn)生順時(shí)針方向的電流，為正方向，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；正方形導(dǎo)線框離開三角形磁場時(shí)，穿過導(dǎo)線框的磁通量減少，導(dǎo)線框中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電流，為負(fù)方向，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；由于導(dǎo)線框切割磁感線的有效長度l＝vt·tan45°＝vt，則導(dǎo)線框產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢E＝Blv＝Bv2t，而感應(yīng)電流i＝eq\f(Bv2t,R)，又x＝vt＋L(x＜2L)或x＝vt＋2L(x＞2L)，所以感應(yīng)電流i隨著位置坐標(biāo)x的增大而均勻增大，選項(xiàng)C正確．[答案]C2.一個(gè)長方形的金屬線框放在有界的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與線框所在平面垂直，如圖所示，線框在水平恒力F作用下，由靜止開始向左運(yùn)動(dòng)，直到被拉出磁場．在此過程中，若線框的速度逐漸增大，線框中的感應(yīng)電流的大小隨時(shí)間變化的圖象可能是圖中的()解析：選A.線框出磁場前，感應(yīng)電流為零，拉出磁場的過程中，因線框的速度逐漸增大，線框中的感應(yīng)電動(dòng)勢逐漸增大，則安培力逐漸增大，合力逐漸減小，速度增加得越來越慢，感應(yīng)電動(dòng)勢增加得越來越慢，電流的增加也越來越慢，所以只有A正確．[隨堂檢測][學(xué)生用書P22]1.(多選)如圖所示，圓環(huán)形導(dǎo)體線圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一豎直螺線管b，二者軸線重合，螺線管與電源和滑動(dòng)變阻器連接成如圖所示的電路．若將滑動(dòng)變阻器的滑片P向下滑動(dòng)，下列表述正確的是()A．線圈a中將產(chǎn)生俯視逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流B．穿過線圈a的磁通量變小C．線圈a有擴(kuò)張的趨勢D．線圈a對水平桌面的壓力N將增大解析：選AD.若將滑動(dòng)變阻器的滑片P向下滑動(dòng)，螺線管b中電流增大，根據(jù)楞次定律和安培定則，線圈a中將產(chǎn)生俯視逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流，穿過線圈a的磁通量變大，線圈a有縮小的趨勢，線圈a對水平桌面的壓力N將增大，選項(xiàng)B、C錯(cuò)誤，選項(xiàng)A、D正確．2．如圖所示，EOF和E′O′F′為空間一勻強(qiáng)磁場的邊界，其中EO∥E′O′，F(xiàn)O∥F′O′，且EO⊥OF；OO′為∠EOF的角平分線，O、O′間的距離為l；磁場方向垂直于紙面向里．一邊長為l的正方形導(dǎo)線框沿O′O方向勻速通過磁場，t＝0時(shí)刻恰好位于圖示位置．規(guī)定導(dǎo)線框中感應(yīng)電流沿逆時(shí)針方向時(shí)為正，則感應(yīng)電流i與時(shí)間t的關(guān)系圖線可能正確的是()解析：選B.根據(jù)右手定則可知，開始時(shí)穿過導(dǎo)線框的感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，由題意知為正方向，故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤；在正方形導(dǎo)線框勻速進(jìn)入磁場的過程中，切割磁感線的有效長度逐漸增大，所以感應(yīng)電流也逐漸增大；當(dāng)導(dǎo)線框的左邊過O′點(diǎn)后，切割磁感線的有效長度(即左邊的邊長)不變，故感應(yīng)電流不變．當(dāng)導(dǎo)線框的右邊到達(dá)O′點(diǎn)時(shí)，左邊正好到達(dá)O點(diǎn)，切割磁感線的有效長度(即右邊的邊長)也不變，故感應(yīng)電流不變，方向與剛進(jìn)入磁場時(shí)相反，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確．[課時(shí)作業(yè)][學(xué)生用書P80(單獨(dú)成冊)]一、單項(xiàng)選擇題1.如圖所示，光滑絕緣水平面上有兩個(gè)離得很近的導(dǎo)體環(huán)a、b.將條形磁鐵沿它們的正中間向下移動(dòng)(不到達(dá)該平面)，a、b將如何移動(dòng)()A．a(chǎn)、b將相互遠(yuǎn)離 B．a(chǎn)、b將相互靠近C．a(chǎn)、b將不動(dòng) D．無法判斷解析：選A.條形磁鐵向下移動(dòng)的過程中，穿過每個(gè)導(dǎo)體環(huán)的磁通量有增大的趨勢．由于導(dǎo)體環(huán)面積不可改變，為阻礙磁通量增大，導(dǎo)體環(huán)會(huì)盡量遠(yuǎn)離條形磁鐵，所以a、b將相互遠(yuǎn)離，選項(xiàng)A正確．2.如圖所示，通電螺線管左側(cè)和內(nèi)部分別靜止吊一導(dǎo)體環(huán)a和b，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭c向左滑動(dòng)時(shí)()A．a(chǎn)向左擺，b向右擺B．a(chǎn)向右擺，b向左擺C．a(chǎn)向左擺，b不動(dòng)D．a(chǎn)向右擺，b不動(dòng)解析：選C.當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭c向左滑動(dòng)時(shí)，電路中的電流變大，螺線管產(chǎn)生的磁場逐漸增強(qiáng)，穿過a的磁通量變大，根據(jù)楞次定律可知，a向左擺動(dòng)；b處于螺線管內(nèi)部，其周圍的磁場為勻強(qiáng)磁場，方向水平向左，圓環(huán)中雖然也產(chǎn)生感應(yīng)電流，但根據(jù)左手定則可判斷出，安培力與b在同一個(gè)平面內(nèi)，產(chǎn)生的效果是使圓環(huán)面積縮小，并不使其擺動(dòng)，選項(xiàng)C正確．3．如圖所示，當(dāng)直導(dǎo)線中電流不斷增加時(shí)，A、B兩輕導(dǎo)線圈的運(yùn)動(dòng)情況是()A．A向左，B向右B．A向右，B向左C．均向左D．均向右解析：選A.當(dāng)電流I不斷增加時(shí)，它周圍的磁場不斷增強(qiáng)，穿過A、B線圈的磁通量不斷增加，感應(yīng)電流將“阻礙”原磁場的變化而彼此遠(yuǎn)離，即A向左運(yùn)動(dòng)，B向右運(yùn)動(dòng)．4.如圖所示，閉合線圈上方有一豎直放置的條形磁鐵，磁鐵的N極朝下，當(dāng)磁鐵向下運(yùn)動(dòng)時(shí)(但未插入線圈內(nèi)部)()A．線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相同，磁鐵與線圈相互吸引B．線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相同，磁鐵與線圈相互排斥C．線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相反，磁鐵與線圈相互吸引D．線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相反，磁鐵與線圈相互排斥解析：選B.由楞次定律可判定感應(yīng)電流的方向，而感應(yīng)電流的磁場總是阻礙導(dǎo)體間的相對運(yùn)動(dòng)，即“來拒去留”，故正確選項(xiàng)為B.5.如圖所示，豎直放置的螺線管與導(dǎo)線abcd構(gòu)成回路，導(dǎo)線所圍區(qū)域內(nèi)有一垂直紙面向里的變化的勻強(qiáng)磁場，螺線管下方水平桌面上有一導(dǎo)體圓環(huán)，導(dǎo)線abcd所圍區(qū)域內(nèi)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度按選項(xiàng)中的哪一圖線所表示的方式隨時(shí)間變化時(shí)，導(dǎo)體圓環(huán)對桌面的壓力增大()解析：選B.由“導(dǎo)體圓環(huán)對桌面的壓力增大”分析可知螺線管對圓環(huán)有斥力作用．故螺線管中的電流應(yīng)該增加(等效磁鐵的磁性增強(qiáng)，則要求磁通量的變化率逐漸增加)，結(jié)合B－t圖象分析，B對．6．如圖甲所示，閉合的圓線圈放在勻強(qiáng)磁場中，t＝0時(shí)刻磁感線垂直線圈平面向里穿過線圈，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的關(guān)系圖線如圖乙所示，則在0～2s內(nèi)線圈中感應(yīng)電流的大小和方向?yàn)?)A．逐漸增大，逆時(shí)針B．逐漸減小，順時(shí)針C．大小不變，順時(shí)針D．大小不變，先順時(shí)針后逆時(shí)針解析：選C.因?yàn)锽－t圖象的斜率不變，所以感應(yīng)電流恒定，根據(jù)愣次定律判斷電流方向?yàn)轫槙r(shí)針．7．如圖甲，線圈ab、cd繞在同一軟鐵芯上，在ab線圈中通以變化的電流，用示波器測得線圈cd間電壓如圖乙所示．已知線圈內(nèi)部的磁場與流經(jīng)線圈的電流成正比，則下列描述線圈ab中電流隨時(shí)間變化關(guān)系的圖中，可能正確的是()解析：選C.由題圖乙可知在cd間不同時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生的電壓是恒定的，所以在該時(shí)間段內(nèi)線圈ab中的磁場是均勻變化的，則線圈ab中的電流是均勻變化的，故選項(xiàng)A、B、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確．8.如圖所示，兩條平行虛線之間存在勻強(qiáng)磁場，虛線間的距離為l，磁場方向垂直紙面向里．a(chǎn)bcd是位于紙面內(nèi)的梯形線圈，ad與bc間的距離也為l.t＝0時(shí)，bc邊與磁場區(qū)域左邊界重合．現(xiàn)令線圈以恒定的速度v沿垂直于磁場區(qū)域邊界的方向穿過磁場區(qū)域．取a→b→c→d→a的感應(yīng)電流方向?yàn)檎较颍瑒t在線圈穿過磁場區(qū)域的過程中，感應(yīng)電流I隨時(shí)間t變化的圖象可能是()解析：選B.線圈進(jìn)入磁場時(shí)，切割磁場的有效長度越來越短，電流越來越小，方向?yàn)樨?fù)方向；線圈出磁場時(shí)，切割磁場的有效長度越來越短，電流越來越小，方向?yàn)檎较?，選項(xiàng)B可能．二、多項(xiàng)選擇題9.如圖所示，“U”形金屬框架固定在水平面上，金屬桿ab與框架間無摩擦．整個(gè)裝置處于豎直方向的磁場中．若因磁場的變化，使桿ab向右運(yùn)動(dòng)，則磁感應(yīng)強(qiáng)度()A．方向向下并減小B．方向向下并增大C．方向向上并增大D．方向向上并減小解析：選AD.因磁場變化，發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，桿ab中有感應(yīng)電流產(chǎn)生，而使桿ab受到磁場力的作用，并發(fā)生向右運(yùn)動(dòng)．而桿ab向右運(yùn)動(dòng)，使得閉合回路中磁通量有增加的趨勢，說明原磁場的磁通量必定減弱，即磁感應(yīng)強(qiáng)度正在減小，與方向向上、向下無關(guān)．10．如圖所示，一根長導(dǎo)線彎成如圖中abcd的形狀，在導(dǎo)線框中通以直流電，在框的正中間用絕緣的橡皮筋懸掛一個(gè)金屬環(huán)P，環(huán)與導(dǎo)線框處于同一豎直平面內(nèi)，當(dāng)電流I增大時(shí)，下列說法中不正確的是()A．金屬環(huán)P中產(chǎn)生順時(shí)針方向的電流B．橡皮筋的長度增大C．橡皮筋的長度不變D．橡皮筋的長度減小解析：選ACD.導(dǎo)線框中的電流產(chǎn)生的磁場垂直于紙面向里，當(dāng)電流I增大時(shí)，金屬環(huán)P中的磁通量增大，由楞次定律和安培定則可知金屬環(huán)P中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流，故A項(xiàng)錯(cuò)；根據(jù)對稱性及左手定則可知金屬環(huán)P所受安培力的合力方向向下，并且隨電流I的增大而增大，所以橡皮筋會(huì)被拉長，故B項(xiàng)正確，C、D項(xiàng)錯(cuò)．11．一個(gè)圓形閉合線圈固定在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場中，線圈平面與磁場方向垂直，如圖甲所示，設(shè)垂直于紙面向里的磁感應(yīng)強(qiáng)度方向?yàn)檎?，垂直于紙面向外的磁感?yīng)強(qiáng)度方向?yàn)樨?fù)，線圈中順時(shí)針方向的感應(yīng)電流為正，逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流為負(fù)．已知圓形線圈中感應(yīng)電流i隨時(shí)間變化的圖象如圖乙所示，則線圈所在處的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖象可能是下圖中的()解析：選CD.根據(jù)圖乙和四個(gè)選項(xiàng)的圖象，我們只研究最初的一個(gè)周期，即2s內(nèi)的情況，由圖乙所表示的圓形線圈中感應(yīng)電流的方向、大小，運(yùn)用安培定則，判斷出感應(yīng)電流的磁場方向、大??；再根據(jù)楞次定律，判斷引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生的磁場應(yīng)該如何變化，從而找出正確答案為C、D.三、非選擇題12．如圖甲所示，水平放置的兩根平行金屬導(dǎo)軌，間距L＝0.3m，導(dǎo)軌左端連接R＝0.6Ω的電阻，區(qū)域abcd內(nèi)存在垂直于導(dǎo)軌平面磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.6T的勻強(qiáng)磁場，磁場區(qū)域?qū)扗＝0.2m．細(xì)金屬棒A1和A2用長為2D＝0.4m的輕質(zhì)絕緣桿連接，放置在導(dǎo)軌平面上，并與導(dǎo)軌垂直，每根金屬棒在導(dǎo)軌間的電阻均為r＝0.3Ω，導(dǎo)軌電阻不計(jì)，使金屬棒以恒定速度v＝1.0m/s沿導(dǎo)軌向右穿越磁場．計(jì)算從金屬棒A1進(jìn)入磁場(t＝0)到A2離開磁場的時(shí)間內(nèi)，不同時(shí)間段通過電阻R的電流，并在圖乙中畫出i－t圖象．解析：A1從進(jìn)入磁場到離開磁場的時(shí)間t1＝eq\f(D,v)＝0.2s在0～t1時(shí)間內(nèi)，A1上的感應(yīng)電動(dòng)勢E＝BLv＝0.18V由圖1知，電路的總電阻R0＝r＋eq\f(rR,r＋R)＝0.5Ω總電流i＝eq\f(E,R0)＝0.36A通過R的電流iR＝0.