第30讲　电磁感应现象　楞次定律 实验：探究影响感应电流方向的因素

第30讲电磁感应现象楞次定律实验:探究影响感应电流方向的因素电磁感应现象的理解和判断1.[2017·全国卷Ⅰ]扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌.为了有效隔离外界振动对STM的扰动,在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板,并施加磁场来快速衰减其微小振动,如图所示.无扰动时,按下列四种方案对紫铜薄板施加恒磁场;出现扰动后,对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是 (A)ABCD[解析]紫铜薄板上下及左右振动,都存在磁通量变化的为选项A所示方案.2.(多选)某研究性学习小组的同学设计的电梯坠落的应急安全装置如图所示,在电梯挂厢上安装永久磁铁,并在电梯的井壁上铺设线圈,这样可以在电梯突然坠落时减小对人员的伤害.关于该装置,下列说法正确的是(BD)A.当电梯突然坠落时,该安全装置有可能使电梯悬停在线圈A、B之间B.当电梯坠落至永久磁铁在线圈A、B之间时,闭合线圈A、B中的电流方向相反C.当电梯坠落至永久磁铁在线圈A、B之间时,闭合线圈A在促进电梯下落,闭合线圈B在阻碍电梯下落D.当电梯坠落至永久磁铁在线圈B下方时,闭合线圈A、B均在阻碍电梯下落[解析]若电梯突然坠落,线圈内的磁通量发生变化,将在两个线圈中产生感应电流,两个线圈的感应电流都会阻碍磁铁的相对运动,但不能阻止磁铁的运动,可起到应急避险作用,故A、C错误,D正确;根据楞次定律,当电梯坠落时,磁铁在线圈A中产生向上的磁场减弱,故线圈A中会产生逆时针方向电流(俯视),磁铁在线圈B中产生向上的磁场增强,则B中产生顺时针方向电流(俯视),则A和B中电流方向相反,故B正确.实验:探究影响感应电流方向的因素3.如图甲所示为“研究电磁感应现象”的实验装置,部分导线已连接.(1)用笔画线代替导线将图中未完成的电路连接好.[答案]如图所示 (2)如果在闭合开关时发现灵敏电流表的指针向右偏了一下,则闭合开关后,将线圈M迅速插入线圈N的过程中,灵敏电流表指针将向右偏;线圈M插入线圈N后,将滑动变阻器滑片迅速向右滑动时,灵敏电流表指针将向左偏.(均选填“向左偏”“向右偏”或“不偏”)

(3)如图乙所示,R为光敏电阻,其阻值随着光照强度的增大而减小.金属环A用轻绳悬挂,与长直螺线管共轴,并位于其左侧.当光照强度减小时,从左向右看,金属环A中电流方向为顺时针(选填“顺时针”或“逆时针”),金属环A将向右(选填“左”或“右”)运动,并有扩张(选填“收缩”或“扩张”)的趋势.

[解析](1)将电源、开关、滑动变阻器、线圈M串联成一个回路,再将灵敏电流表与线圈N串联成另一个回路,注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱,电路图如图所示.(2)闭合开关时,穿过线圈N的磁通量增大,灵敏电流表的指针向右偏;闭合开关后,将线圈M迅速插入线圈N的过程中,磁场方向不变,磁通量变大,则灵敏电流表指针向右偏转.线圈M插入线圈N后,将滑动变阻器滑片迅速向右滑动时,滑动变阻器接入电路的阻值变大,电路中电流变小,穿过线圈N的磁通量变小,磁场方向不变,则灵敏电流表指针向左偏转.(3)当光照强度减小时,光敏电阻的阻值增大,导致线圈中的电流减小,根据楞次定律可知,从左向右看,金属环A中电流方向为顺时针.因穿过A环的磁通量减小,根据楞次定律可知,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,故相互吸引,则金属环A将向右运动,且金属环A有扩张的趋势.感应电流方向的判断4.如图所示,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(D)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[解析]金属杆PQ突然向右运动,则其速度v方向向右,由右手定则可得,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,故圆环形金属线框T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.5.如图所示,航天飞机在轨运行时释放一颗绳系卫星,二者用电缆绳连接,当航天飞机连同卫星在轨运行时,二者间的电缆就会与地磁场作用从而产生电磁感应现象.忽略地磁偏角的影响,下列说法正确的是(B)A.赤道上空,地磁场的方向从北向南B.航天飞机在赤道上空从西往东运行时,A端的电势高于B端电势C.航天飞机在赤道上空从东往西运行时,A端的电势高于B端电势D.航天飞机沿经线从南往北运行时,B端的电势高于A端电势[解析]赤道上空地磁场方向由南向北,故A错误;航天飞机在赤道上空从西往东走,根据右手定则,判断出感应电动势方向指向A端,故A端电势高于B端电势,故B正确;若从东往西走,根据右手定则,可知A端电势低于B端电势,故C错误;若南北方向走,电缆与磁感线不切割,不产生感应电动势,A、B两端电势相等,故D错误.楞次定律推论的应用6.如图甲所示,导线环b与导轨、导体棒构成闭合回路,导体棒在匀强磁场中向左运动,金属环a与导线环b共面共心;如图乙所示,金属环N放置于环形电流i所产生的磁场中,环形电流i的方向为顺时针方向,环面与磁场方向垂直.下列说法正确的是 (D)A.若图甲中的导体棒向左匀速运动,环a中将产生逆时针方向的感应电流,且有扩张的趋势B.若图甲中的导体棒向左加速运动,环a中不会产生感应电流,无收缩或扩张的趋势C.若图乙中的电流i减小,N中将产生沿逆时针方向的感应电流,且有收缩的趋势D.若图乙中的电流i减小,N中将产生沿顺时针方向的感应电流,且有收缩的趋势[解析]若题图甲中的导体棒向左匀速运动,根据右手定则,导线环b中产生逆时针方向的感应电流,通过导线环b的感应电流恒定,产生的磁场也恒定,金属环a中不会产生感应电流,A错误;若题图甲中的导体棒向左加速运动,根据右手定则,导线环b中产生逆时针方向的感应电流,且感应电流不断增大,由右手螺旋定则可知,导线环b内部的磁场方向垂直纸面向外且逐渐增强,将金属环a内部的磁场分为b内部的磁场和a、b之间的磁场两部分,根据叠加原理,可知通过金属环a中的合磁场的磁感应强度垂直纸面向外且逐渐增大,由楞次定律可知,金属环a产生的磁场将阻碍a中磁通量的变化,则金属环a产生的磁场方向垂直纸面向里,即金属环a中产生顺时针方向的感应电流,根据同向电流相互吸引、反向电流相互排斥,可知金属环a有扩张的趋势,B错误;由右手螺旋定则可知,若题图乙中环形电流i减小,则i内部产生的磁场的磁感应强度垂直纸面向里且逐渐减小,将金属环N内部的磁场分为i内部的磁场和N、i之间的磁场两部分,根据叠加原理,可知通过金属环N中的合磁场的磁感应强度方向垂直纸面向里且大小逐渐减弱,由楞次定律可知,金属环N产生的磁场将阻碍N中磁通量的变化,则金属环N产生的磁场的磁感应强度方向垂直纸面向里,即金属环N中产生顺时针方向的感应电流,根据同向电流相互吸引、反向电流相互排斥,可知金属环N有收缩的趋势,C错误,D正确.电磁感应中的“二次感应”问题7.(多选)如图所示，两条水平光滑金属导轨固定在电磁铁两磁极之间，导轨两端a、b断开，金属杆L垂直导轨放置。闭合开关S，下列判断正确的是(AC)A．电磁铁两磁极之间的磁场方向向下B．若给金属杆向左的初速度，则a点电势高于b点C．若a、b间接导线，向下移动滑片P，则金属杆向左运动D．若a、b间接直流电源，a接正极、b接负极，则金属杆向左运动[解析]闭合开关S，根据安培定则可知，电磁铁两磁极之间的磁场方向向下，故A正确；根据右手定则可知，若给金属杆向左的初速度，则a点电势低于b点，故B错误；若a、b间接导线，向下移动滑片P，则螺线管中的电流变大，磁场增强，由于穿过闭合回路的磁通量增加，由楞次定律可知，金属杆向左运动，故C正确；若a、b间接直流电源，a接正极、b接负极，由左手定则可知，金属杆向右运动，故D错误。8.(多选)创意物理实验设计作品《小熊荡秋千》如图所示。两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒C、D固定在铁架台上，与两个铜线圈P、Q组成一闭合回路，两个磁性很强的条形磁铁如图放置。当用手左右摆动线圈P时，线圈Q也会跟着摆动，仿佛小熊在荡秋千。以下说法正确的是(AB)A.P向右摆动的过程中，P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)B．P向右摆动的过程中，Q也会向右摆动C．P向右摆动的过程中，Q会向左摆动D．若用手左右摆动Q，P会始终保持静止[解析]P向右摆动的过程中，线圈中的磁通量减少，根