高中物理人教版2第四章電磁感應(yīng)3楞次定律（全國(guó)一等獎(jiǎng)）

第四章第3節(jié)楞次定律一、選擇題1．如圖所示，一個(gè)有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，一個(gè)矩形閉合導(dǎo)線框abcd，沿紙面由位置甲(左)勻速運(yùn)動(dòng)到位置乙(右)，則()A．導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b→c→d→aB．導(dǎo)線框離開磁場(chǎng)時(shí)，感應(yīng)電流方向?yàn)閍→d→c→b→aC．導(dǎo)線框離開磁場(chǎng)時(shí)，受到的安培力方向水平向右D．導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，受到的安培力方向水平向左2．(多選)如圖所示，通電螺線管N置于閉合金屬環(huán)M的軸線上，當(dāng)N中的電流突然減小時(shí)，則()A．環(huán)M有縮小的趨勢(shì)B．環(huán)M有擴(kuò)張的趨勢(shì)C．螺線管N有縮短的趨勢(shì)D．螺線管N有伸長(zhǎng)的趨勢(shì)3．(多選)在右圖中MN、GH為平行導(dǎo)軌，AB、CD為跨在導(dǎo)軌上的兩根橫桿，導(dǎo)軌和橫桿均為導(dǎo)體，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直于導(dǎo)軌所在的平面，則()A．如果AB和CD以相同的速度向右運(yùn)動(dòng)，則回路內(nèi)一定有感應(yīng)電流B．如果AB和CD以不同的速度向右運(yùn)動(dòng)，則回路內(nèi)一定有感應(yīng)電流C．如果AB和CD以相同的速率分別向右和向左運(yùn)動(dòng)，則回路內(nèi)無感應(yīng)電流D．如果AB不動(dòng)，CD以一定的速度運(yùn)動(dòng)，則回路內(nèi)一定有感應(yīng)電流4.(多選)如圖所示，金屬裸導(dǎo)線框abcd放在水平光滑金屬導(dǎo)軌上，在磁場(chǎng)中向右運(yùn)動(dòng)，勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直水平面向下，則()A．G1表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．G2表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)C．G1表的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)D．G2表的指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)5．如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一質(zhì)量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質(zhì)細(xì)桿懸掛在O點(diǎn)，并可繞O點(diǎn)擺動(dòng)。金屬線框從右側(cè)某一位置由靜止開始釋放，在擺動(dòng)到左側(cè)最高點(diǎn)的過程中，細(xì)桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面。則線框中感應(yīng)電流的方向是()A．a(chǎn)→b→c→d→aB．d→c→b→a→dC．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d6．(多選)[2023·杭州高二檢測(cè)]兩圓環(huán)A、B置于同一水平面上，其中A為均勻帶電絕緣環(huán)，B為導(dǎo)體環(huán)。當(dāng)A以如圖所示的方向繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度發(fā)生變化時(shí)，B中產(chǎn)生如圖所示方向的感應(yīng)電流，則()A．A可能帶正電且轉(zhuǎn)速減小B．A可能帶正電且轉(zhuǎn)速增大C．A可能帶負(fù)電且轉(zhuǎn)速減小D．A可能帶負(fù)電且轉(zhuǎn)速增大答案BC解析選取A環(huán)為研究對(duì)象，若A環(huán)帶正電，且轉(zhuǎn)速增大，則使穿過環(huán)面的磁通量向里增加，由楞次定律知，B環(huán)中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向外，B環(huán)中感應(yīng)電流的方向應(yīng)為逆時(shí)針方向，故A錯(cuò)誤、B正確；若A環(huán)帶負(fù)電，且轉(zhuǎn)速增大，則使穿過環(huán)面的磁通量向外增加，由楞次定律知，B環(huán)中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向里，B環(huán)中感應(yīng)電流的方向應(yīng)為順時(shí)針方向，故C正確、D錯(cuò)誤。7.(多選)如圖所示，光滑固定導(dǎo)軌m、n水平放置，兩根導(dǎo)體棒p、q平行放于導(dǎo)軌上，形成一個(gè)閉合回路。當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)()A．p、q將互相靠攏B．p、q將互相遠(yuǎn)離C．磁鐵的加速度仍為gD．磁鐵的加速度小于g答案AD解析方法一：假設(shè)磁鐵的下端為N極，穿過回路的磁通量增加，根據(jù)楞次定律可判斷出感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向上，根據(jù)安培定則可判斷出回路中感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。再根據(jù)左手定則可判斷p、q所受的安培力的方向，安培力使p、q相互靠攏。由于回路所受的安培力的合力向下，根據(jù)牛頓第三定律知，磁鐵將受到向上的反作用力，從而加速度小于g。若磁鐵的下端為S極，根據(jù)類似的分析可以得出相同的結(jié)果，所以A、D選項(xiàng)正確。方法二：根據(jù)楞次定律的另一表述——感應(yīng)電流的效果總是要反抗產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，本題中的“原因”是回路中的磁通量增加，歸根結(jié)底是磁鐵靠近回路，“效果”便是阻礙磁通量的增加和磁鐵的靠近，所以p、q將相互靠近且磁鐵的加速度小于g。故選項(xiàng)A、D正確。點(diǎn)評(píng)本例列出了判斷感應(yīng)電流受力及其導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的方法，并從多個(gè)角度深刻理解楞次定律中阻礙的含義。雖然方法不同，但本質(zhì)都是楞次定律，只有領(lǐng)會(huì)其精髓，才能運(yùn)用它進(jìn)行正確的判斷。深刻理解楞次定律中“阻礙”的含義是快速分析該類問題的前提。8．(多選)[2023·陜西寶雞質(zhì)檢]如圖所示，一電子以初速度v沿與金屬板平行方向飛入MN極板間，突然發(fā)現(xiàn)電子向M板偏轉(zhuǎn)，若不考慮磁場(chǎng)對(duì)電子運(yùn)動(dòng)方向的影響，則產(chǎn)生這一現(xiàn)象的時(shí)刻可能是()A．開關(guān)S閉合瞬間B．開關(guān)S由閉合后斷開瞬間C．開關(guān)S是閉合的，變阻器滑片P向右迅速滑動(dòng)時(shí)D．開關(guān)S是閉合的，變阻器滑片P向左迅速滑動(dòng)時(shí)答案AD解析若開關(guān)S閉合，由右手螺旋定則可知，左側(cè)螺線管右端為N極；發(fā)現(xiàn)電子向M板偏轉(zhuǎn)，說明M、N兩板的電勢(shì)φM>φN，即右側(cè)螺線管中產(chǎn)生了流向M板的電流，由右手螺旋定則可知，右側(cè)螺線管左端為N極，如圖所示；由楞次定律可知，左側(cè)螺線管中電流增大，選項(xiàng)A、D正確。9.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)電鍵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，無法具體判斷答案A解析當(dāng)電路接通瞬間，穿過線圈的磁通量增加，使得穿過兩側(cè)銅環(huán)的磁通量都增加，由楞次定律可知，兩環(huán)中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與線圈兩端的磁場(chǎng)方向相反，即受到線圈磁場(chǎng)的排斥作用，使兩銅環(huán)分別向外側(cè)移動(dòng)，A正確。10．如圖甲所示，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(chǎng)，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(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度按圖乙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(duì)桌面的壓力增大？()答案B解析由“導(dǎo)體圓環(huán)對(duì)桌面的壓力增大”分析可知螺線管對(duì)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(duì)。11．如圖所示，一個(gè)有彈性的金屬圓環(huán)被一根橡皮繩吊于通電直導(dǎo)線的正下方，直導(dǎo)線與圓環(huán)在同一豎直面內(nèi)，當(dāng)通電直導(dǎo)線中電流增大時(shí)，彈性圓環(huán)的面積S和橡皮繩的長(zhǎng)度l將()A．S增大，l變長(zhǎng) B．S減小，l變短C．S增大，l變短 D．S減小，l變長(zhǎng)答案D解析當(dāng)通電直導(dǎo)線中電流增大時(shí)，穿過金屬圓環(huán)的磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，穿過金屬圓環(huán)的磁通量增大，金屬圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流。根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的結(jié)果要阻礙磁通量的增大；一是用縮小面積的方式進(jìn)行阻礙，二是用遠(yuǎn)離直導(dǎo)線的方法，進(jìn)行阻礙，故D正確。12．(多選)如圖所示，鋁質(zhì)的圓筒形管豎直立在水平桌面上，一條形磁鐵從鋁管的正上方由靜止開始下落，然后從管內(nèi)下落到水平桌面上。已知磁鐵下落過程中不與管壁接觸，不計(jì)空氣阻力，下列判斷正確的是()A．磁鐵在整個(gè)下落過程中做自由落體運(yùn)動(dòng)B．磁鐵在管內(nèi)下落過程中機(jī)械能守恒C．磁鐵在管內(nèi)下落過程中，鋁管對(duì)桌面的壓力大于鋁管的重力D．磁鐵在下落過程中動(dòng)能的增加量小于其重力勢(shì)能的減少量答案CD解析條形磁鐵從鋁管的正上方由靜止開始下落，鋁管中產(chǎn)生感應(yīng)電流，阻礙磁鐵下落，磁鐵在管內(nèi)下落過程中機(jī)械能減小，磁鐵在下落過程中動(dòng)能的增加量小于其重力勢(shì)能的減少量，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確；磁鐵在管內(nèi)下落過程中受到鋁管的阻礙作用，由牛頓第三定律可知，磁鐵對(duì)鋁管有向下的作用力，故磁鐵在管內(nèi)下落過程中，鋁管對(duì)桌面的壓力大于鋁管的重力，選項(xiàng)C正確。二、非選擇題13．如圖所示，在圖(1)中，G為指針在中央的靈敏電流表，連接在直流電路中時(shí)的偏轉(zhuǎn)情況。今使它與一線圈串聯(lián)進(jìn)行電磁感應(yīng)實(shí)驗(yàn)，則圖(2)中的條形磁鐵的運(yùn)動(dòng)方向是________；圖(3)中電流計(jì)的指針將向________偏轉(zhuǎn)；圖(4)中的條形磁鐵上端為________極。答案向下右N解析圖(2)中線圈中感應(yīng)電流方向從上往下看順時(shí)針，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向下，而磁鐵在線圈處產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向上，由楞次定律知磁鐵將向下運(yùn)動(dòng)，同理可判斷(3)(4)兩種情況。14．如圖所示，金屬棒ab置于水平放置的U形光滑導(dǎo)軌上，在ef右側(cè)存在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，磁場(chǎng)方向垂直導(dǎo)軌平面向下，在ef左側(cè)的無磁場(chǎng)區(qū)域cdef內(nèi)有一半徑很小的金屬圓環(huán)L，圓環(huán)與導(dǎo)軌在同一平面內(nèi)。當(dāng)金屬棒ab在水平恒力F作用下從磁場(chǎng)左邊界ef處由靜止開始向右運(yùn)動(dòng)后，圓環(huán)L有________(選填“收縮”或“擴(kuò)張”)趨勢(shì)，圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電流________(選填“變大”“變小”或“不變”)。答案收縮變小解析由于金屬棒ab在恒力F的作用下向右運(yùn)動(dòng)，則abcd回路中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流，則在圓環(huán)處產(chǎn)生垂直于紙面向外的磁場(chǎng)，隨著金屬棒向右加速運(yùn)動(dòng)，圓環(huán)的磁通量將增大，依據(jù)楞次定律可知，圓環(huán)將有收縮的趨勢(shì)以阻礙圓環(huán)的磁通量的增大；又由于金屬棒向右運(yùn)動(dòng)的加速度減小，單位時(shí)間內(nèi)磁通量的變化率減小，所以在圓環(huán)中產(chǎn)生的感應(yīng)電流不斷減小。參考答案1.答案D解析由右手定則可判斷出導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，感應(yīng)電流方向?yàn)閍→d→c→b→a，導(dǎo)線框離開磁場(chǎng)時(shí)，感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b→c→d→a。由左手定則可判斷導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)受到的安培力水平向左，導(dǎo)線框離開磁場(chǎng)時(shí)，受到的安培力水平向左，因此選項(xiàng)D正確。2.答案AD解析對(duì)通電螺線管，當(dāng)通入的電流突然減小時(shí)，螺線管每匝間的相互吸引力也減小，所以匝間距增大；對(duì)金屬環(huán)，穿過的磁通量也隨之減少，由于它包圍通電螺線管的內(nèi)外磁場(chǎng)，只有減小面積才能阻礙磁通量的減少，金屬環(huán)有縮小的趨勢(shì)。選項(xiàng)A、D正確。3.答案BD解析產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是：閉合電路的磁通量發(fā)生變化，故B、D正確；而A項(xiàng)閉合電路內(nèi)磁通量不變，A項(xiàng)錯(cuò)誤；C項(xiàng)閉合電路內(nèi)磁通量發(fā)生變化應(yīng)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，C錯(cuò)誤。4.答案AB解析導(dǎo)線框向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，G1、G2表構(gòu)成閉合電路的磁通量增加，產(chǎn)生感應(yīng)電流，故兩表均有電流，故A、B選項(xiàng)正確。5.答案B解析線框從右側(cè)開始由靜止釋放，穿過線框平面的磁通量逐漸減少，由楞次定律可得感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同，根據(jù)安培定則，感應(yīng)電流的方向?yàn)閐→c→b→a→d；過O點(diǎn)后線框繼續(xù)向左擺動(dòng)過程中，磁感線從反面穿入線框，穿過線框平面的磁通量逐漸增大，由楞次定律可得感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反，由安培定則可知感應(yīng)電流的方向仍為d→c→b→a→d，故B選項(xiàng)正確。6.答案BC解析選取A環(huán)為研究對(duì)象，若A環(huán)帶正電，且轉(zhuǎn)速增大，則使穿過環(huán)面的磁通量向里增加，由楞次定律知，B環(huán)中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向外，B環(huán)中感應(yīng)電流的方向應(yīng)為逆時(shí)針方向，故A錯(cuò)誤、B正確；若A環(huán)帶負(fù)電，且轉(zhuǎn)速增大，則使穿過環(huán)面的磁通量向外增加，由楞次定律知，B環(huán)中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向里，B環(huán)中感應(yīng)電流的方向應(yīng)為順時(shí)針方向，故C正確、D錯(cuò)誤。7.答案AD解析方法一：假設(shè)磁鐵的下端為N極，穿過回路的磁通量增加，根據(jù)楞次定律可判斷出感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向上，根據(jù)安培定則可判斷出回路中感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向。再根據(jù)左手定則可判斷p、q所受的安培力的方向，安培力使p、q相互靠攏。由于回路所受的安培力的合力向下，根據(jù)牛頓第三定律知，磁鐵將受到向上的反作用力，從而加速度小于g。若磁鐵的下端為S極，根據(jù)類似的分析可以得出相同的結(jié)果，所以A、D選項(xiàng)正確。方法二：根據(jù)楞次定律的另一表述——感應(yīng)電流的效果總是要反抗產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，本題中的“原因”是回路中的磁通量增加，歸根結(jié)底是磁鐵靠近回路，“效果”便是阻礙磁通量的增加和磁鐵的靠近，所以p、q將相互靠近且磁鐵的加速度小于g。故選項(xiàng)A、D正確。點(diǎn)評(píng)本例列出了判斷感應(yīng)電流受力及其導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向的方法，并從多個(gè)角度深刻理解楞次定律中阻礙的含義。雖然方法不同，但本質(zhì)都是楞次定律，只有領(lǐng)會(huì)其精髓，才能運(yùn)用它進(jìn)行正確的判斷。深刻理解楞次定律中“阻礙”的含義是快速分析該類問題的前提。8．答案AD解析若開關(guān)S閉合，由右手螺旋定則可知，左側(cè)螺線管右端為N極；發(fā)現(xiàn)電子向M板偏轉(zhuǎn)，說明M、N兩板的電勢(shì)φM>φN，即右側(cè)螺線管中產(chǎn)生了流向M板的電流，由右手螺旋定則可知，右側(cè)螺線管左端為N極，如圖所示；由楞次定律可知，左側(cè)螺線管中電流增大，選項(xiàng)A、D正確。9．答案A解析當(dāng)電路接通瞬間，穿過線圈的磁通量增加，使得穿過兩側(cè)銅環(huán)的磁通量都增加，由楞次定律可知，兩環(huán)中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與線圈兩端的磁場(chǎng)方向相反，即受到線圈磁場(chǎng)的排斥作用，使兩銅環(huán)分別向外側(cè)移動(dòng)，A正確。10．答案B解析由“導(dǎo)體圓環(huán)對(duì)桌面的壓力增大”分析可知螺線管對(duì)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(duì)。11．答案D解析當(dāng)通電直導(dǎo)線中電流增大時(shí)，穿過金屬圓環(huán)的磁場(chǎng)增強(qiáng)時(shí)，穿過金屬圓環(huán)的磁通量增大，金屬圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流。根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的結(jié)果要阻礙磁通量的增大；一是用縮小面積的方式進(jìn)行阻礙，二是用遠(yuǎn)離直導(dǎo)線的方法，進(jìn)行阻礙，故D正確。12．答案CD解析條形磁鐵從鋁管的正上方由靜止開始下落，鋁管中產(chǎn)生感應(yīng)電流，阻礙磁鐵下落，磁鐵在管內(nèi)下落過程中機(jī)械能減小，磁鐵在下落過程中動(dòng)能的增加量小于其重力勢(shì)能的減少量，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤，選項(xiàng)D正確；磁鐵在管內(nèi)下落過程中受到鋁管的阻礙作用，由牛頓第三定律可知，磁鐵對(duì)鋁管有向下的作用力，故磁鐵在管內(nèi)下落過程中，鋁管對(duì)桌面的壓力大于鋁管的