【创新设计】高中物理人教版选修3-2同步训练：4.4-楞次定律的应用

“增反减同”法1.图4461931年，英国物理学家狄拉克从理论上预言：存在只有一个磁极的粒子，即“磁单极子”.1982年，美国物理学家卡布莱拉设计了一个查找磁单极子的试验．他设想，假如一个只有N极的磁单极子从上向下穿过如图446所示的超导线圈，那么，从上向下看，超导线圈将消灭()A．先有逆时针方向的感应电流，然后有顺时针方向的感应电流B．先有顺时针方向的感应电流，然后有逆时针方向的感应电流C．始终有顺时针方向持续流淌的感应电流D．始终有逆时针方向持续流淌的感应电流解析在磁单极子运动的过程中，当磁单极子位于超导线圈上方时，原磁场的方向向下，磁通量增加，则感应电流的磁场方向向上，由安培定则可知，产生逆时针(俯视)方向的感应电流；当磁单极子位于超导线圈下方时，原磁场的方向向上，磁通量减小，则感应电流的磁场方向向上，由安培定则可知，产生逆时针(俯视)方向的感应电流．故选项D正确．答案D“来拒去留”法2.图447如图447所示，螺线管CD的导线绕法不明，当磁铁AB插入螺线管时，闭合电路中有图示方向的感应电流产生，下列关于螺线管磁场极性的推断，正确的是()A．C端肯定是N极B．D端肯定是N极C．C端的极性肯定与磁场B端的极性相同D．因螺线管的绕法不明，故无法推断极性解析由“来拒去留”得磁铁与螺线管之间产生相斥的作用，即螺线管的C端肯定与磁铁的B端极性相同，与螺线管的绕法无关，但由于磁铁AB的N、S极性不明，所以螺线管CD两端的极性也不能确定，所以A、B、D错，C对．答案C“增缩减扩”法3.图448如图448所示，一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方，直导线与圆环在同一竖直面内，当通电直导线中电流增大时，弹性圆环的面积S和橡皮绳的长度l将()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变长解析当通电直导线中电流增大时，穿过金属圆环的磁通量增大，金属圆环中产生感应电流．依据楞次定律，感应电流要阻碍磁通量的增大：一是用缩小面积的方式进行阻碍；二是用远离直导线的方法进行阻碍，故D正确．答案D“增离减靠”法4.图449如图449所示是某电磁冲击钻的原理图，若突然发觉钻头M向右运动，则可能是()A．开关S闭合瞬间B．开关S由闭合到断开的瞬间C．开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向左快速滑动D．开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向右快速滑动解析当开关突然闭合时，左线圈上有了电流，产生磁场，而对于右线圈来说，磁通量增加，产生感应电流，使钻头M向右运动，故A项正确；当开关S已经是闭合的时，只有左侧线圈电流增大才会导致钻头M向右运动，故C项正确．答案AC“肯定律三定则”的综合应用5.图4410如图4410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()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，用楞次定律可以推断流过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，可见选项A不正确；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，所以选项C是正确的；同理可推断选项B是正确的，选项D是错误的．答案BC(时间：60分钟)题组一“增反减同”法1.图4411如图4411所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管，则电路中()A．始终有感应电流自a向b流过电流表GB．始终有感应电流自b向a流过电流表GC．先有a→G→b方向的感应电流，后有b→G→a方向的感应电流D．将不会产生感应电流解析当条形磁铁进入螺线管时，闭合线圈中的磁通量增加，当穿出时，磁通量削减，由楞次定律可知C正确．答案C2．长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动，如图4412甲所示．长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的电流，i－t图象如图乙所示．规定沿长直导线方向上的电流为正方向．关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方向，下列说法正确的是()图4412A．由顺时针方向变为逆时针方向B．由逆时针方向变为顺时针方向C．由顺时针方向变为逆时针方向，再变为顺时针方向D．由逆时针方向变为顺时针方向，再变为逆时针方向

解析将一个周期分为四个阶段，对全过程的分析列表如下：时间段长直导线中电流线框中磁通量感应电流的磁场感应电流方向0～T/4向上，渐渐变大向纸里、变大垂直纸面对外逆时针方向T/4～T/2向上，渐渐变小向纸里、变小垂直纸面对里顺时针方向T/2～3T/4向下，渐渐变大向纸外、变大垂直纸面对里顺时针方向3T/4～T向下，渐渐变小向纸外、变小垂直纸面对外逆时针方向看上表的最终一列，可知选项D正确．答案D题组二“来拒去留”法3.图4413如图4－4－13所示，老师做了一个物理小试验让同学观看：一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，同学们看到的现象是()A．磁铁插向左环，横杆发生转动B．磁铁插向右环，横杆发生转动C．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都不发生转动D．无论磁铁插向左环还是右环，横杆都发生转动解析左环没有闭合，在磁铁插入过程中，不产生感应电流，故横杆不发生转动．右环闭合，在磁铁插入过程中，产生感应电流，横杆将发生转动．答案B4.图4414如图4414所示，一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上，细线从一水平金属圆环中穿过．现将环从位置Ⅰ释放，环经过磁铁到达位置Ⅱ.设环经过磁铁上端和下端四周时细线的张力分别为T1和T2，重力加速度大小为g，则()A．T1>mg，T2>mgB．T1<mg，T2<mgC．T1>mg，T2<mgD．T1<mg，T2>mg解析当圆环经过磁铁上端时，磁通量增大，依据楞次定律可知磁铁要把圆环向上推，依据牛顿第三定律可知圆环要给磁铁一个向下的磁场力，因此有T1>mg.当圆环经过磁铁下端时，磁通量减小，依据楞次定律可知磁铁要把圆环向上吸，依据牛顿第三定律可知圆环要给磁铁一个向下的磁场力，因此有T2>mg，所以只有A正确．答案A5．如图4415所示，两轻质闭合金属圆环，穿挂在一根光滑水平绝缘直杆上，原来处于静止状态．当条形磁铁的N极自右向左插入圆环时，两环的运动状况是()图4415A．同时向左运动，两环间距变大B．同时向左运动，两环间距变小C．同时向右运动，两环间距变大D．同时向右运动，两环间距变小答案B6.图4416如图4416所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈．当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确推断是()A．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向左B．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向左C．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向右D．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向右解析条形磁铁从线圈正上方由左向右运动的过程中，线圈中的磁通量先增大后减小，依据楞次定律的其次种描述：“来拒去留”可知，线圈先有向下和向右的趋势，后有向上和向右的趋势；故线圈受到的支持力先大于重力后小于重力，同时运动趋势向右．故选D.答案D题组三“增缩减扩”法7.图4417如图4417所示，在水平面上有一固定的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()A．若磁场方向竖直向上并增大时，杆ab将向右移动B．若磁场方向竖直向上并减小时，杆ab将向右移动C．若磁场方向竖直向下并增大时，杆ab将向右移动D．若磁场方向竖直向下并减小时，杆ab将向右移动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，回路中磁通量变大，由楞次定律知杆ab将向左移动，反之，杆ab将向右移动，选项B、D正确．答案BD8．如图4418所示，螺线管B置于闭合金属圆环A的轴线上，当B中通过的电流增大时()图4418A．环A有缩小的趋势B．环A有扩张的趋势C．螺线管B有缩短的趋势D．螺线管B有伸长的趋势解析螺线管中的电流增大，穿过A环的磁通量增大，由楞次定律知感应电流的磁场阻碍磁通量的增大，有两种分析思路：(1)感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相反，感应电流的磁感线向右，由安培定则，感应电流沿顺时针方向(从左向右看)；但A环导线所在处的磁场方向向左(由于A环在线圈的中心)，由左手定则，安培力沿半径向外，A环有扩张的趋势．(2)阻碍磁通量增大，只能增大A环的面积，由于面积越大，磁通量越小，故A环有扩张的趋势，B正确；螺线管B，每匝线圈中电流方向相同，相互吸引，B有短缩趋势，C选项正确．故正确选项为B、C.答案BC9.图4419如图4419所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放置于导轨上，形成一个闭合回路，一条形磁铁从高处下落接近回路时()A．P、Q将相互靠拢B．P、Q将相互远离C．磁铁的加速度仍为gD．磁铁的加速度小于g解析依据楞次定律，感应电流的效果是总要阻碍产生感应电流的缘由，本题中“缘由”是回路中磁通量的增加，P、Q可通过缩小面积的方式进行阻碍，故可得A正确；由“来拒去留”得回路电流受到向下的力的作用，由牛顿第三定律知磁铁受向上的作用力，所以磁铁的加速度小于g，选A、D.答案AD题组四“增离减靠”法10．如图4420甲所示，竖直放置的螺线管与导线abcd构成回路，导线所围区域内有一垂直纸面对里的变化的匀强磁场，螺线管下方水平桌面上有一导体圆环，导线abcd所围区域内磁场的磁感应强度按图4420乙中的哪一图线所表示的方式随时间变化时，导体圆环对桌面的压力增大？()图4420解析由“导体圆环对桌面的压力增大”分析可知螺线管对圆环有斥力作用．故螺线管中的电流应当增加(等效磁铁的磁性增加，则要求磁通量的变化率渐渐增加)，结合Bt图象分析，B对．答案B11.图4421如图4421所示，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．现使胶木盘A由静止开头绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，则()A．金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力增大B．金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力减小C．金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力减小D．金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力增大解析胶木盘A由静止开头绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，形成环形电流，环形电流的大小增大，依据右手螺旋定则知，通过B线圈的磁通量向下，且增大，依据楞次定律的另一种表述，引起的机械效果阻碍磁通量的增大，知金属环的面积有缩小的趋势，且有向上的运动趋势，所以丝线的拉力减小．故B正确，A、C、D错误．答案B12.图4422如图4422所示，通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环，铜环平面与螺线管截面平行，当电键S接通一瞬间，两铜环的运动状况是()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，无法具体推断D．同时被推开或同时向螺线管靠拢，但因电源正负极未知，无法具体推断解析当电键S接通瞬间，小铜环中磁通量从无到有增加，依据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍磁通量的增加，则两环将向两侧运动，故A正确．答案A题组五“肯定律三定则”的综合应用13．如图4423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4423乙所示，在0～eq\f(T,2)时间内，直导线中电流方向向上，则在eq\f(T,2)～T时间内，线框中感应电流的方向与所受安培力方向正确的是()图4423A．逆时针，向右B．逆时针，向左C．顺时针，向右D．顺时针，向左解析在eq\f(T,2)～T时间内，直导线中的电流方向向下且增大，穿过线圈的磁通量垂直纸面对外且增加，由楞次定律知感应电流方向为顺时针，线框所受安培力由左手定则可知向右，故C正确．答案C14．如图4424甲所示，等离子气流从左方连续以速度v0射入M和N两板间的匀强磁场中，ab直导线与M、N相连接，线圈A与直导线cd连接，线圈A内有如图4424乙所示变化的磁场，且规定向左为磁场B的正方向，则下列叙述正确的是()图4424A．0～1s内ab、cd导线相互排斥B．1s～2