高中物理新教材同步选择性必修第二册 第2章 专题强化 楞次定律的应用

[学习目标] 1.进一步理解楞次定律，掌握楞次定律的几个推论.2.熟练应用安培定则、左手 定则、右手定则和楞次定律分析有关综合问题． 一、楞次定律的重要结论 1．“增反减同”法 感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量(原磁场磁通量)的变化． (1)当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反． (2)当原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同． 口诀记为“增反减同”． (2019·汕头市潮南实验中学月考)一磁体自上向下运动，穿过一闭合导体回路，如图 1 所示．当磁体运动到a 处和b 处时，回路中感应电流的方向(从上向下看)分别是( ) 图1 A．顺时针，逆时针 B．逆时针，顺时针 C．顺时针，顺时针 D．逆时针，逆时针 答案 B 解析 当磁体运动到a 处时，穿过线圈的磁场方向为向下，且磁通量在增加，根据楞次定律 可知，回路中感应电流的方向是逆时针；当磁体运动到b 处时，穿过线圈的磁场方向向下， 且磁通量在减小，根据楞次定律可知，回路中感应电流的方向是顺时针，故选B. 2．“来拒去留”法 由于磁场与导体的相对运动产生电磁感应现象时，产生的感应电流与磁场间有力的作用，这 种力的作用会“阻碍”相对运动．口诀记为“来拒去留”． (多选)如图2 所示，用绳吊起一个铝环，用条形磁体的N 极去靠近铝环，直至从右 侧穿出的过程中( ) 图2 A．磁体从左侧靠近铝环时，铝环向右摆动 B．磁体在右侧远离铝环时，铝环向左摆动 C．磁体从左侧靠近铝环时，铝环A 端为N 极 D．磁体在右侧远离铝环时，B 端为S 极 答案 AC 解析 磁体从左侧靠近铝环时，在铝环中产生感应电流，感应电流的磁场必定阻碍磁体的靠 近，铝环A 端为N 极，铝环向右摆动，A、C 正确；当磁体在右侧远离铝环时，感应电流的 磁场阻碍铝环的远离，铝环右摆，B 端为N 极，B、D 错误． 3．“增缩减扩”法 就闭合电路的面积而言，收缩或扩张是为了阻碍穿过电路的原磁通量的变化．若穿过闭合电 路的磁通量增加，面积有收缩趋势；若穿过闭合电路的磁通量减少，面积有扩张趋势．口诀 记为“增缩减扩”． 说明 此法只适用于回路中只有一个方向的磁感线的情况． (多选)如图3 所示，光滑固定导轨m、n 水平放置，两根导体棒p、q 平行放于导轨 上，形成一个闭合回路．当一条形磁体从高处下落接近回路时( ) 图3 A．p、q 将互相靠拢 B．p、q 将互相远离 C．磁体的加速度仍为g D．磁体的加速度小于g 答案 AD 解析 由楞次定律的结论可知，当穿过闭合回路的磁通量增加时，回路的面积有收缩趋势且 阻碍磁体的靠近，所以p、q 将相互靠近且磁体的加速度小于g，故选项A、D 正确． 4．“增离减靠”法 若磁场变化且线圈回路可移动，当磁场增强使得穿过线圈回路的磁通量增加时，线圈将通过 远离磁体来阻碍磁通量增加；反之，当磁场减弱使得穿过线圈回路的磁通量减少时，线圈将 通过靠近磁体来阻碍磁通量减少．口诀记为“增离减靠”． 如图4 所示，通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环，铜环平面与螺线管横截面平行， 当开关S 接通瞬间，两铜环的运动情况为( ) 图4 A．同时向两侧推开 B．同时向螺线管靠拢 C．一个被推开，一个被吸引，但因电源正负极未知，无法具体判断 D．同时被推开或同时向螺线管靠拢，但因电源正负极未知，无法具体判断 答案 A 解析 开关S 接通瞬间，小铜环中磁通量增加，根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍磁通 量的增加，则两环将同时向两侧推开，故A 正确． 针对训练 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5 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( ) 图5 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 答案 A 解析 胶木盘A 由静止开始绕其轴线OO′按题图箭头所示方向加速转动，形成顺时针(俯视) 方向的环形电流，环形电流的大小增大，根据右手螺旋定则可知，通过金属环B 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，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 运动的趋势，所以丝线的拉力减小． 二、“三定则一定律”的综合应用 安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的比较 比较 项目 安培定则 左手定则 右手定则 楞次定律 适用 场合 判断电流周围的磁 感线方向 判断通电导线在磁 场中所受的安培力 方向 判断导体切割磁感 线时产生的感应电 流方向 判断回路中磁通量 变化时产生的感应 电流方向 因果 关系 因电而生磁(I→B) 因电而受力(I、 B→F 安) 因动而生电(v、 B→I 感) 因磁通量变化而生 电(ΔΦ→I 感) (多选)如图6 所示装置中，cd 杆光滑且静止．当ab 杆做如下哪些运动时，cd 杆将向 右移动(导体棒切割磁感线速度越大，感应电流越大)( ) 图6 A．向右匀速运动 B．向右加速运动 C．向左加速运动 D．向左减速运动 答案 BD 解析 ab 杆向右匀速运动，在ab 杆中产生恒定的电流，该电流在线圈L1中产生恒定的磁场， 在L2中不产生感应电流，所以cd 杆不动，故A 错误；ab 杆向右加速运动，根据右手定则知， 在ab 杆上产生增大的由a 到b 的电流，根据安培定则知，在L1中产生方向向上且增强的磁 场，该磁场向下通过L2，根据楞次定律知，cd 杆中的电流由c 到d，根据左手定则知，cd 杆 受到向右的安培力，向右运动，故B 正确；同理可得C 错误，D 正确． 1．如图7 甲所示，有一闭合导线环，磁场方向垂直于环面向里，当磁感应强度随时间按如 图乙所示规律变化时，顺着磁场方向看，导线环中感应电流的方向是( ) 图7 A．一直顺时针 B．一直逆时针 C．先顺时针后逆时针 D．先逆时针后顺时针 答案 D 解析 由题图乙可知，0～t0内，穿过导线环的磁通量增加，由楞次定律的结论——“增反 减同”可知，感应电流产生的磁场方向垂直环面向外，所以感应电流方向为逆时针；同理可 得t0～2t0内感应电流方向为顺时针，D 正确． 2.如图8 所示，线圈由A 位置开始下落，在磁场中受到的磁场力如果总小于它的重力，则它 在A、B、C、D 4 个位置(B、D 位置线圈恰好有一半在磁场中)时，加速度大小关系为(切割 磁感线的速度越大，感应电流越大)( ) 图8 A．aA>aB>aC>aD B．aA＝aC>aD＝aB C．aA＝aC>aD>aB D．aA＝aC>aB>aD 答案 D 解析 由题意知aA＝g，aB<g，aC＝g，在D 处时，由于运动速度vD>vB，故感应电流ID>IB， 安培力FD>FB，故aD<aB，D 正确． 3.如图9 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，螺线管与电源和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 向上滑动，下列说法中正确的是( ) 图9 A．穿过线圈a 的磁通量变大 B．线圈a 有收缩的趋势 C．线圈a 中将产生俯视顺时针方向的感应电流 D．线圈a 对水平桌面的压力FN将增大 答案 C 解析 当滑动触头P 向上移动时，电阻增大，通过线圈b 的电流减小，线圈b 产生的磁场减 弱，故穿过线圈a 的磁通量变小，故A 错误；根据楞次定律的结论知，线圈a 应有扩张的趋 势，故B 错误；线圈a 中感应电流方向俯视应为顺时针，故C 正确；将线圈a 和b 等效成两 个条形磁体，可判断此时两磁体互相吸引，故线圈a 对水平桌面的压力将减小，故D 错误． 4．(2020·北师联盟模拟)某同学设想的减小电梯坠落时造成伤害的一种应急安全装置如图10 所示，在电梯轿厢底部安装永久强磁体，磁体N 极朝上，电梯井道内壁上铺设若干金属线 圈，线圈在电梯轿厢坠落时能自动闭合，从而减小对箱内人员的伤害．当轿厢坠落到图示位 置时，关于该装置，以下说法正确的是( ) 图10 A．从下往上看，金属线圈A 中的感应电流沿逆时针方向 B．从下往上看，金属线圈B 中的感应电流沿顺时针方向 C．金属线圈B 对轿厢下落有阻碍作用，A 对轿厢下落没有阻碍作用 D．金属线圈B 有收缩的趋势，A 有扩张的趋势 答案 D 解析 当电梯坠落至如题图所示位置时，闭合线圈A 中向上的磁场减弱，感应电流的方向 从下往上看是顺时针方向，B 中向上的磁场增强，感应电流的方向从下往上看是逆时针方向， 故A、B 错误；结合上述分析可知，当电梯坠落至如题图所示位置时，金属线圈A、B 都在 阻碍电梯下落，故C 错误；金属线圈A 中向上的磁场减弱，B 中向上的磁场增强，根据楞次 定律可知，线圈B 有收缩的趋势，A 有扩张的趋势，故D 正确． 5．(多选)如图11 所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当 PQ 在外力的作用下运动时，MN 在磁场力的作用下向右运动，则PQ 所做的运动可能是(导 体切割磁感线速度越大，感应电流越大)( ) 图11 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 答案 BC 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由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的磁通量增加，用 楞次定律可以判断流过MN 的感应电流是从N→M 的，用左手定则可判定MN 受到向左的安 培力，将向左运动；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A 错误，C 正确．同理可判断选项B 正确，D 错误． 1．如图1 所示，老师做了一个物理小实验让学生观察：一轻质横杆两侧各固定一个铝环， 横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁体插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环， 同学们看到的现象是( ) 图1 A．磁体插向左环，横杆发生转动 B．磁体插向右环，横杆发生转动 C．无论磁体插向左环还是右环，横杆都不发生转动 D．无论磁体插向左环还是右环，横杆都发生转动 答案 B 解析 左环没有闭合，在磁体插入过程中，不产生感应电流，左环不受磁场力，故横杆不发 生转动；右环闭合，在磁体插入过程中，产生感应电流，右环在磁场力的作用下，将会运动， 则横杆将发生转动，故B 正确． 2.如图2 所示，一个有弹性的金属线圈被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方，直导线与线 圈在同一竖直面内，当通电直导线中电流增大时，金属线圈的面积S 和橡皮绳的长度l 将( ) 图2 A．S 增大，l 变长 B．S 减小，l 变短 C．S 增大，l 变短 D．S 减小，l 变长 答案 D 解析 当通电直导线中电流增大时，穿过金属线圈的磁通量增大，金属线圈中产生感应电流， 根据楞次定律，感应电流要阻碍原磁通量的增大：一是用缩小面积的方式进行阻碍，二是用 远离直导线的方式进行阻碍，故D 正确． 3．(多选)如图3 所示，在水平面上有一固定的导轨，导轨为U 形金属框架，框架上放置一 金属杆ab，不计摩擦，在竖直方向上有匀强磁场，则( ) 图3 A．若磁场方向竖直向上并增强时，杆ab 将向右移动 B．若磁场方向竖直向上并减弱时，杆ab 将向右移动 C．若磁场方向竖直向下并增强时，杆ab 将向右移动 D．若磁场方向竖直向下并减弱时，杆ab 将向右移动 答案 BD 解析 不论磁场方向竖直向上还是竖直向下，当磁感应强度增大时，回路中磁通量增大，由 楞次定律的结论知杆ab 将向左移动，反之，杆ab 将向右移动，选项B、D 正确． 4.(2019·西安市检测)如图4 所示，螺线管CD 的导线绕法不明．当磁体AB 插入螺线管时， 电路中有图示方向的感应电流产生．下列关于螺线管极性的判断正确的是( ) 图4 A．C 端一定是N 极 B．C 端的极性一定与磁体B 端的极性相同 C．C 端一定是S 极 D．因螺线管的绕法不明确，无法判断极性 答案 B 解析 磁体AB 插入螺线管时，在螺线管中产生感应电流，感应电流的磁场必定阻碍磁体 AB 插入，故螺线管的C 端和磁体的B 端极性相同，故B 正确． 5．(2020·全国卷Ⅲ)如图5，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金 属圆环．圆环初始时静止．将图中开关S 由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观 察到( ) 图5 A．拨至M 端或N 端，圆环都向左运动 B．拨至M 端或N 端，圆环都向右运动 C．拨至M 端时圆环向左运动，拨至N 端时向右运动 D．拨至M 端时圆环向右运动，拨至N 端时向左运动 答案 B 解析 开关S 由断开状态拨至连接状态，不论拨至M 端还是N 端，通过圆环的磁通量均增 加，根据楞次定律(增离减靠)可知圆环会阻碍磁通量的增加，即向右运动，故选B. 6．如图6 所示，一条形磁体从高h 处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关S 断 开时，由开始下落至落地用时t1，落地时速度为v1；S 闭合时，由开始下落至落地用时t2， 落地时速度为v2.则它们的大小关系正确的是( ) 图6 A．t1>t2，v1>v2 B．t1＝t2，v1＝v2 C．t1<t2，v1<v2 D．t1<t2，v1>v2 答案 D 解析 开关S 断开时，线圈中无感应电流，对磁体无阻碍作用，故磁体自由下落，a1＝g； 当S 闭合时，线圈中有感应电流，对磁体有阻碍作用，故a2<g.所以t1<t2，v1>v2，故D 正确． 7.航母上舰载机电磁弹射的驱动原理如图7 所示，当闭合开关S，固定线圈中突然通过直流 电流时，线圈左侧的金属环被弹射出去，则( ) 图7 A．闭合开关S 的瞬间，从左侧看金属环中的感应电流沿逆时针方向 B．若将电池正负极调换后，金属环弹射方向将改变 C．若将金属环置于线圈的右侧，金属环将向左弹射 D．若将金属环置于线圈的右侧，金属环将向右弹射 答案 D 解析 闭合开关S 的瞬间，电流从线圈右侧流入，产生的磁场方向向左，由楞次定律可知， 金属环中的感应电流方向由左侧看为顺时针，A 错误；电池正负极调换后，根据“增离减 靠”可得，金属环仍将向左弹出，B 错误；若将金属环放在线圈右侧，根据“增离减靠”可 得，金属环将向右运动，C 错误，D 正确． 8.(2019·淮安市清江中学高二上月考)如图8 所示，通电导线MN 与单匝圆形线圈a 共面，位 置靠近圆形线圈a 左侧且相互绝缘．当MN 中电流突然减小时，下列说法正确的是( ) 图8 A．线圈a 中产生的感应电流方向为顺时针方向 B．线圈a 中产生的感应电流方向为逆时针方向 C．线圈a 所受安培力的合力方向垂直纸面向里 D．线圈a 所受安培力的合力方向水平向左 答案 A 解析 通电导线MN 两侧的磁感应强度对称分布，导线右侧磁场方向即为线圈内的合磁场方 向，由安培定则可知线圈中的合磁场方向垂直纸面向里；当MN 中电流突然减小时，由楞次 定律可知感应电流产生的磁场方向应垂直纸面向里，则由安培定则可知，感应电流方向为顺 时针方向，再由左手定则可知，线圈a 左侧受到的安培力水平向右，右侧受到的安培力方向 也水平向右，故线圈a 所受安培力的合力方向水平向右，故A 正确． 9．如图9 甲所示，长直导线与闭合金属线框位于同一平面内，长直导线中的电流i 随时间t 的变化关系如图乙所示．在0～时间内，直导线中电流方向向上，下列说法正确的是( ) 图9 A．0～时间内，线框内感应电流方向为顺时针，线框有扩张趋势 B．0～时间内，线框内感应电流方向为顺时针，线框有收缩趋势 C.～T 时间内，线框内感应电流方向为逆时针，线框有扩张趋势 D.～T 时间内，线框内感应电流方向为逆时针，线框有收缩趋势 答案 D 解析 在0～时间内，直导线电流方向向上，根据安培定则，知导线左侧磁场的方向垂直纸 面向外，电流逐渐减小，则磁场逐渐减弱，根据楞次定律，金属线框中产生逆时针方向的感 应电流，且线框面积有扩张的趋势，A、B 错误．同理可知，～T 时间内，感应电流方向为 逆时针，线框有收缩趋势，C 错误，D 正确． 10．(2017·全国卷Ⅲ)如图10 所示，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( ) 图10 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 突然向右运动，由右手定则可知，金属杆PQ 中的感应电流方向由Q 到 P，则PQRS 中感应电流方向为逆时针方向．PQRS 中感应电流产生垂直纸面向外的磁场， 故环形金属线框T 中为阻碍此变化，会产生垂直纸面向里的磁场，则T 中感应电流方向为顺 时针方向，D 正确． 11.(多选)如图11 所示，导体AB、CD 可在水平光滑轨道上自由滑动，且两水平轨道在中央 交叉处不连通．当导体棒AB 向左移动时( ) 图11 A．AB 中感应电流的方向为A 到B B．AB 中感应电流的方向为B 到A C．CD 向左移动 D．CD 向右移动 答案 AD 解析 由右手定则可知AB 中感应电流的方向由A 到B，A 正确，B 错误；CD 中电流方向由 C 到D，由左手定则知CD 所受安培力方向向右，故CD 向右移动，C 错误，D 正确． 12．(2019·安庆市期中)如图12 甲所示，在一空心螺线管内部中间处放置一小铜环，如图乙 所示，在一空心螺线管外部放置一大铜环，电路接通瞬间，下列说法正确的是( ) 图12 A．从左往右看，两个铜环中都有顺时针方向的感应电流 B．从左往右看，小铜环中有顺时针方向的感应电流，大铜环中有逆时针方向的感应电流 C．两个铜环都有收缩趋势 D．小铜环有扩张趋势，大铜环有收缩趋势 答案 A 解析 接通开关瞬间，穿过小铜环的磁通量方向向左且增大，根据楞次定律可知，小铜环中 的感应电流的磁场方向向右，从左侧看，小铜环中的感应电流沿顺时针方向；同理也可以判 断出从左向右看大铜环中也有沿顺时针方向的感应电流，故A 正确，B 错误．接通开关瞬间， 穿过小铜环的磁通量向左增大，小铜环的面积收缩能阻碍磁通量