高三物理楞次定律试题答案及解析
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高三物理楞次定律试题答案及解析
1. 如图,在一水平、固定的闭合导体圆环上方,有一条形磁铁(N极朝上,S极朝下)由静止开始下落,磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触,关于圆环中感应电流的方向(从上向下看),下列说法中正确的是
A.总是顺时针 B.总是逆时针 C.先顺时针后逆时针 D.先逆时针后顺时针
【答案】C
【解析】由条形磁铁的磁场分布可知,磁铁下落的过程,闭合圆环中的磁通量始终向上,并且先增加后减少,由楞次定律可判断出,从上向下看时,闭合圆环中的感应电流方向先顺时针后逆时针,C正确。
【考点】楞次定律的应用
2. 如图,一端接有定值电阻的平行金属轨道固定在水平面内,通有恒定电流的长直绝缘导线垂直并紧靠轨道固定,导体棒与轨道垂直且接触良好。在向右匀速通过两区的过程中,导体棒所受安培力分别用、表示。不计轨道电阻。以下叙述正确的是
向右 B.向左 C.逐渐增大 D.逐渐减小
【答案】BCD
【解析】根据楞次定律(来拒去留),导体棒在M区和N区受安培力的方向都向左,B正确,A错误;根据法拉第电磁感应定律,可知导体棒所受安培力大小,由于距离导线越近,磁场的磁感强度B越大,在M区导体棒向右运动过程中,磁感强度逐渐增大,安培力逐渐增大,在N区磁感强度逐渐减小,导至安培力也逐渐减小,C、D都正确。
【考点】楞次定律,法拉第电磁感应定律
3. 如图所示,等腰直角区域EFG内有垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场,直角边CF长度为2L。 现有一电阻为R的闭合直角梯形导线框ABCD以恒定速度水平向右匀速通过磁场。t=0时刻恰好位于图示位置(即BC与EF在一条直线上,且C与E重合),规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正,则感应电流i与时间t的关系图线正确的是
【答案】C
【解析】在进入长度L的过程中,切割磁感线的有效长度在均匀增加,由E=BLV知,感应电动势均匀增加,当进入L时的感应电动势为E=BLV,感应电流为=,由楞次定律判断知,感应电流方向为正,在由L进入2L的过程中,ADC边切割磁感线的有效长度在均匀增加,AB边切割磁感的长度在均匀增加,由几何关系知AB边增加的快且AB边和ADC边产生的感应电动势方向相反即等效于切割磁感线的总长度在减小,感应电流减小;在离开磁场的过程中,CD边不切割磁感线,AD边切割的长度小于AB边切割的长度,产生负方向感应电流,C正确。
【考点】本题考查感应电流方向的判断。
4. 如图甲所示,在竖直向上的磁场中,水平放置一个单匝金属圆线圈,线圈所围的面积为0.1 m2,线圈电阻为1 Ω,磁场的磁感应强度大小B随时间t的变化规律如图乙所示,规定从上往下看顺时针方向为线圈中感应电流i的正方向。则
A.0~5 s内i的最大值为0.1 A B.第4 s末i的方向为正方向
C.第3 s内线圈的发热功率最大 D.3~5 s内线圈有扩张的趋势
【答案】.D
【解析】在t=0时磁通量的变化率最大,此时的感应电动势最大,感应电流最大;,故此时的感应电动势,感应电流为,选项A
错误;由图可知,第4 s末,B为正方向逐渐减小,根据楞次定律可知,i的方向为负方向,选项B 错误;由图可知,第3 秒内,线圈中磁感应强度的变化率小于第一秒内的磁感应强度的变化率,即第3 秒内,线圈中产生的感应电动势小于第一秒内的感应电动势,所以第3 s内线圈的发热功率小于第1秒,选项C 错误;3~5 s内穿过线圈的磁通量减少,根据楞次定律可知线圈有面积扩张的趋势,选项D正确。
【考点】法拉第电磁感应定律;楞次定律。
5. 如图所示,一定滑轮上绕有轻质柔软细线,线的一端系一质量为3m的重物,另一端系一质量为m、电阻为r的金属杆。在竖直平面内有间距为L的足够长的平行金属导轨PQ、EF,在QF之间连接有阻值为R的电阻,其余电阻不计,磁感应强度为B0的匀强磁场与导轨平面垂直。开始时金属杆置于导轨下端QF处,将重物由静止释放,当重物下降h时恰好达到稳定速度而匀速下降。运动过程中金属杆始终与导轨垂直且接触良好,(忽略摩擦阻力,重力加速度为g),则
A.电阻R中的感应电流方向QF
B.重物匀速下降的速度
C.重物从释放到下降h的过程中,重物机械能的减少量大于回路中产生的焦耳热
D.若将重物下降h时的时刻记作t=0,速度记为v0,从此时刻起,磁感应强度逐渐减小,使金属杆中恰好不再产生感应电流,则磁感应强度B随时间t变化的关系式
【答案】ACD
【解析】导体棒向上运动过程中,根据楞次定律,可知,通过电阻R的感应电流方向QF,A正确;导体棒匀速下降时,根据受力平衡:,因此重物匀速下降的速度,B错误;重物从释放到下降h的过程中,重物机械能的减少量一部分转化为导体棒的机械能,另一部分转化为焦耳热,C正确;若刚好达到最大速度时开始计时,此时速度计为,若回路中不再产生电磁感应现象,则磁通量为恒量,即:,而此过程中设绳子拉力为T,则对物体,对导体棒,可求出加速度,代入上式可得:,D正确。
【考点】楞次定律,能量守恒定律;牛顿第二定律
6. 如图所示,一正方形线圈abcd在匀强磁场中绕垂直于磁感线的对称轴OO′匀速转动,从O向O′观察,线圈沿逆时针方向转动.已知匀强磁场的磁感应强度为B,线圈匝数为n,边长为l,电阻为R,转动的角速度为ω,则当线圈转至图示位置时( )
A.线圈中感应电流的方向为abcda
B.线圈中的感应电流为
C.穿过线圈的磁通量为0
D.穿过线圈磁通量的变化率为0
【答案】BC
【解析】图示位置为垂直于中性面的位置,此时通过线圈的磁通量为零,但磁通量的变化率最大,感应电流也最大,,由右手定则可判断出线圈中感应电流的方向为adcba.
根据右手定则电流方向为adcba,所以A错;
图示位置感应电流:,B对;
线圈与磁场方向平行,所以此位置磁通量为0;C对;
磁通量为零但是此时磁通量的变化率最大,D错;
故答案选BC。
【考点】考查交流电瞬时电流的大小和方向
点评:此题关键是根据交流电的发电原理进行判断,掌握住何时磁通量最大,何时电动势最大。
7. 如图甲所示,在水平面上固定有长为L=2m.宽为d=1m的金属“U”形导轨,在“U”形导轨右侧=0.5m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示。在t=0时刻,质量为m=0.1kg的导体棒以v0=lm/s的初速度从导轨的左端开始向右运动,导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ=0.1,导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ=0.1/m,不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响(取g="10" m/s2)。
(1)通过计算分析4s内导体棒的运动情况;
(2)计算4s内回路中电流的大小,并判断电流方向;
(3)计算4s内回路产生的焦耳热。
【答案】(1)导体棒在ls末已停止运动,以后一直保持静止,离左端位置仍为x=0.5m
(2) 0.2A 顺时针方向
(3)0.04J
【解析】(1)导体棒先在无磁场区域做匀减速运动,有 代人数据解得:=1s,x=0.5m,导体棒没有进入磁场区域。导体棒在ls末已停止运动,以后一直保持静止,离左端位置仍为x=0.5m
(2)前2s磁通量不变,回路电动势和电流分别为E=0,I=0后2s回路产生的电动势为V,回路的总长度为5m,因此回路的电阻为电流为A。
根据楞次定律,在回路中的电流方向是顺时针方向。
(3)前2s电流为零,后2s由恒定电流,焦耳热为J
8. 匀强磁场方向垂直纸面,规定向里的方向为正,磁感强度B随时间t变化规律如图甲所示。在磁场中有一细金属圆环,圆环平面位于纸面内,如图乙所示。令、、分别表示oa、ab、bc段的感应电流,、、分别表示金属环对应感应电流时其中很小段受到的安培力,则( )
A.沿逆时针方向,沿顺时针方向
B.沿逆时针方向,沿顺时针方向
C.方向指向圆心,方向指向圆心
D.方向背离圆心向外,方向指向圆心
【答案】AD
【解析】由图知oa段,穿过金属环的磁场方向为垂直直面向里,磁通量增大,根据楞次定律可判断感应电流的方向为沿逆时针方向,同理可判断沿顺时针方向,沿顺时针方向,所以A正确;B错误;根据左手定则可判断方向指向圆心,方向背离圆心向外,方向指向圆心,故C错误;D正确。
【考点】本题考查楞次定律、左手定则。
9. 电阻R、电容C与一线圈连接成闭合回路。现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端的过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是
A.从a到b,上极板带正电
B.从a到b,下极板带正电
C.从b到a,上极板带正电
D.从b到a,下极板带正电
【答案】D
【解析】当磁铁N极向下运动时,导致向下穿过线圈的磁通量变大,由楞次定律可得,感应磁场方向与原来磁场方向相反,再由安培定则可得感应电流方向沿线圈盘旋而下,由于线圈相当于电源,则流过R的电流方向是从b到a,对电容器充电下极板带正电.D正确
【考点】法拉第电磁感应定律;电容;楞次定律.
10. 如图所示,当导线ab在电阻不计的金属导轨上滑动时,线圈C向右摆动,则ab运动的情况是( )
A.向左或向右做匀速运动
B.向左或向右做减速运动
C.向左或向右做加速运动
D.只能向右做匀加速运动 【答案】B
【解析】向左或向右做匀速运动时,整个电路中电流恒定,那么螺线管中产生的磁场恒定,则左侧的线圈C不会产生电磁感应,则线圈不会运动,因而A错;ab向左或向右做减速运动金属棒上产生的电动势大小减小,整个电路中电流也减小,那么螺线管中产生的磁场也随之减小,此时左侧的线圈C就会产生电磁感应,由棱次定律推论可知,此时线圈C只有向右运动才能阻碍线圈中磁通量减小,则B正确;ab向左或向右做加速时,金属棒上产生的电动势大小增大,整个电路中电流也增大,那么螺线管中产生的磁场也随之增大,此时左侧的线圈C就会产生电磁感应,由棱次定律推论可知,此时线圈C只有向左运动才能阻碍线圈中磁通量增大,则C错;同样D也错。
【考点】本题考查电磁感应、棱次定律及其推论。
11. 在右图所示的电路中,电键S断开之前与断开之后的瞬间,通过灯A的电流方向是( ).
A.一直是由a到b
B.先是由a到b,后无电流
C.先是由a到b,后是由b到a
D.无法判断
【答案】C
【解析】试题分析:开关S断开之前,通过灯A的电流方向为a到b;当开关断开后,A灯中原来的电流消失,通过线圈的电流要减小,穿过线圈的磁通量减小,产生自感电动势,根据楞次定律可知,线圈右端相当于电源的正极,左端相当于电源的负极,则通过灯A的电流方向由b到a,选项A、B、D均错误.故选C。
【考点】本题考查了楞次定律、自感现象.
12. 某同学设计了一个电磁冲击钻,其原理示意图如图所示,若发现钻头M突然向右运动,则可能是( )
A.开关S由断开到闭合的瞬间
B.开关S由闭合到断开的瞬间
C.保持开关S闭合,变阻器滑片P加速向右滑动
D.保持开关S闭合,变阻器滑片P匀速向右滑动
【答案】A
【解析】开关S由断开到闭合的瞬间,穿过M的磁通量变大,为阻碍磁通量变大,钻头向右运动,故A正确;开关S由闭合到断开的瞬间,穿过M的磁通量减小,为阻碍磁通量的减小,钻头向左运动,不符合题意,故B错误;保持开关S闭合,变阻器滑片P加速向右滑动,穿过M的磁通量减小,为阻碍磁通量减小,钻头向左运动,不符合题意,故C错误;保持开关S闭合,变阻器滑片P匀速向右滑动,穿过M的磁通量减小,为阻碍磁通量减小,钻头向左运动,不符合题意,故D错误;