2025年高考物理复习三十二：电磁感应现象 楞次定律（含解析）

PAGE三十二电磁感应现象楞次定律(40分钟72分)【基础巩固练】1.(6分)如图所示,空间存在垂直纸面向里的磁场,磁场在竖直方向均匀分布,在水平方向非均匀分布,且关于竖直平面MN对称。绝缘细线上端固定在M点,下端与一个粗细均匀的铜制圆环相连。现将圆环由P处无初速度释放,圆环第一次向右摆动最远能到达Q处(图中未画出)。已知圆环始终在同一竖直平面内摆动,则在圆环从P摆向Q的过程中,下列说法正确的是 ()A.位置P与Q可能在同一高度B.感应电流方向始终逆时针C.感应电流方向先逆时针后顺时针D.圆环整体所受安培力先做负功后做正功2.(6分)(2023·苏州模拟)如图所示,一带正电粒子从直径上方掠过金属圆环表面,粒子与圆环不接触,该过程中 ()A.线圈内磁通量一定不变B.环中一定有感应电流C.金属环有扩张趋势D.粒子与金属环无相互作用3.(6分)如图,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 ()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4.(6分)(2023·通化模拟)如图所示,金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时,线圈c中将有感应电流产生()A.向右做匀速运动B.向左做匀速运动C.静止不动D.向右做加速运动5.(6分)如图所示,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b与电源、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向下滑动,下列表述正确的是 ()A.线圈a中将产生沿顺时针方向(俯视)的感应电流B.穿过线圈a的磁通量减小C.线圈a有扩张的趋势D.线圈a对水平桌面的压力FN将增大6.(6分)(生产生活情境)为了测量列车运行的速度和加速度的大小,可采用如图甲所示的装置,它由一块安装在列车车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量记录仪组成(测量记录仪未画出)。当列车经过线圈上方时,线圈中产生的电流被记录下来,P、Q为接测量仪器的端口。若俯视轨道平面磁场垂直地面向下(如图乙所示),则在列车经过测量线圈的过程中,流经线圈的电流方向()A.始终沿逆时针方向B.先沿逆时针,再沿顺时针方向C.先沿顺时针,再沿逆时针方向D.始终沿顺时针方向7.(6分)(学习探究情境)(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 ()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【综合应用练】8.(6分)(多选)(2023·长春模拟)如图所示,在一固定水平放置的铝环上方,有一条形磁铁,从离地面高h处,由静止开始下落,最后落在地面上。磁铁下落过程中从铝环中心穿过铝环,而不与铝环接触。若不计空气阻力,下列说法正确的是 ()A.磁铁下落过程中,铝环中的电流方向先逆时针后顺时针(从上向下看铝环)B.不考虑起始位置,磁铁下落过程中,磁铁的加速度始终小于gC.磁铁下落过程中,磁铁的机械能不断减少D.磁铁落地时的速率等于29.(6分)如图所示,金属圆盘置于垂直纸面向里的匀强磁场中,其中央和边缘各引出一根导线与套在铁芯上部的线圈A相连。套在铁芯下部的线圈B引出两根导线接在两根水平导轨上,导轨上有一根金属棒ab处在垂直于纸面向外的匀强磁场中。下列说法正确的是()A.圆盘顺时针匀速转动时,a点的电势高于b点的电势B.圆盘顺时针加速转动时,ab棒受到向左的安培力C.圆盘顺时针加速转动时,ab棒将向右运动D.圆盘顺时针减速转动时,a点的电势高于b点的电势10.(6分)(安全情境类)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 ()A.当电梯突然坠落时,该安全装置可使电梯停在空中B.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时,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图示位置时,只有闭合线圈A在阻碍电梯下落D.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时,只有闭合线圈B在阻碍电梯下落11.(6分)(2023·开封模拟)如图甲所示,将金属圆环和“C”形金属线框相互靠近后并固定在水平面上,金属棒AB放在线框上,给圆环a、b端接上如图乙所示的余弦交变电流,以图甲中电流方向为正方向,金属棒AB始终保持静止,则下列判断正确的是 ()A.0~t1时间内,AB棒中的感应电流方向为B→AB.0~t1时间内,AB棒受到的摩擦力方向向右C.t2~t3时间内,AB棒中感应电流方向先由A→B再由B→AD.t1时刻AB棒受到的安培力最大,t2时刻AB棒受到的安培力最小【情境创新练】12.(6分)(2023·哈尔滨模拟)如图所示,用轻绳将一条形磁体竖直悬挂于O点,在其正下方的水平绝缘桌面上放置一铜质圆环。现将磁体从A处由静止释放,经过B、C到达最低处D,再摆到左侧最高处E,圆环始终保持静止。下列说法正确的是 ()A.磁体从B到C的过程中,圆环中产生逆时针方向的电流(从上往下看)B.磁体从A摆向D的过程中,圆环给桌面的压力大于圆环受到的重力C.磁体从A到D和从D到E的过程中,圆环受到的摩擦力方向相反D.磁体在A、E两处的重力势能相等【加固训练】如图所示,AOC是光滑的金属轨道,AO沿竖直方向,OC沿水平方向,PQ是一根立在导轨上的金属直杆,直杆从图示位置由静止开始在重力作用下运动,运动过程中Q端始终在OC上,空间存在着垂直于纸面向外的匀强磁场,则在PQ杆滑动的过程中,下列判断正确的是 ()A.感应电流的方向始终是由P→QB.感应电流的方向始终是由Q→PC.PQ受到的磁场力的方向垂直于杆向左D.PQ受到的磁场力的方向先垂直于杆向左下,后垂直于杆向右上解析版1.(6分)如图所示,空间存在垂直纸面向里的磁场,磁场在竖直方向均匀分布,在水平方向非均匀分布,且关于竖直平面MN对称。绝缘细线上端固定在M点,下端与一个粗细均匀的铜制圆环相连。现将圆环由P处无初速度释放,圆环第一次向右摆动最远能到达Q处(图中未画出)。已知圆环始终在同一竖直平面内摆动,则在圆环从P摆向Q的过程中,下列说法正确的是 ()A.位置P与Q可能在同一高度B.感应电流方向始终逆时针C.感应电流方向先逆时针后顺时针D.圆环整体所受安培力先做负功后做正功【解析】选C。圆环从P摆向Q的过程中,由于磁场在竖直方向均匀分布,在水平方向非均匀分布,导致环中磁通量变化,从而产生感应电流,产生焦耳热,则在整个运动过程中环的机械能会减少,因此Q不可能与P在同一高度,故A错误;根据楞次定律,圆环在向下摆的过程中,穿过圆环垂直向里的磁通量在增加,当向上摆的过程中,穿过圆环垂直向里的磁通量在减少,则感应电流方向先逆时针后顺时针,故B错误,C正确;安培力一直阻碍圆环与磁场的相对运动,一直做负功,故D错误。2.(6分)(2023·苏州模拟)如图所示,一带正电粒子从直径上方掠过金属圆环表面,粒子与圆环不接触,该过程中 ()A.线圈内磁通量一定不变B.环中一定有感应电流C.金属环有扩张趋势D.粒子与金属环无相互作用【解析】选B。带正电粒子从直径上方掠过金属圆环表面时,穿过金属圆环的净磁通量为垂直纸面向里,且净磁通量先增后减,环中产生感应电流,金属环先有收缩后有扩张趋势,故A、C错误,B正确。环中产生感应电流后周围会有磁场,且在环内磁场方向垂直于环所在的平面,正电荷从左往右运动时会受到洛伦兹力,所以粒子与金属环有相互作用,故D错误。3.(6分)如图,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 ()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【解析】选B。将开关S由断开状态拨至M端或N端,都会使线圈中的电流突然增大,穿过右边圆环的磁通量突然增大,由楞次定律可知,圆环都会向右运动以阻碍磁通量的增大,故B正确,A、C、D错误。4.(6分)(2023·通化模拟)如图所示,金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时,线圈c中将有感应电流产生()A.向右做匀速运动B.向左做匀速运动C.静止不动D.向右做加速运动【解析】选D。导体棒ab向右做匀速运动,或向左做匀速运动时,ab中产生的感应电流不变,螺线管产生的磁场是稳定的,穿过c的磁通量不变,c中没有感应电流,故A、B错误;导体棒静止不动,ab中不产生感应电流,螺线管没有产生磁场,穿过c的磁通量不变,c中没有感应电流,故C错误;导体棒ab向右做加速运动时,感应电流增大,螺线管产生的磁场增强,穿过c的磁通量增大,根据楞次定律得知,c中产生感应电流,故D正确。5.(6分)如图所示,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b与电源、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向下滑动,下列表述正确的是 ()A.线圈a中将产生沿顺时针方向(俯视)的感应电流B.穿过线圈a的磁通量减小C.线圈a有扩张的趋势D.线圈a对水平桌面的压力FN将增大【解析】选D。当滑动变阻器的滑片P向下滑动时,螺线管中的电流将增大,磁场增强,使穿过线圈a的磁通量变大,选项B错误;由楞次定律可知,线圈a中将产生沿逆时针方向(俯视)的感应电流,并且线圈a有缩小和远离螺线管的趋势,线圈a对水平桌面的压力FN将增大,故选项A、C错误,D正确。6.(6分)(生产生活情境)为了测量列车运行的速度和加速度的大小,可采用如图甲所示的装置,它由一块安装在列车车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量记录仪组成(测量记录仪未画出)。当列车经过线圈上方时,线圈中产生的电流被记录下来,P、Q为接测量仪器的端口。若俯视轨道平面磁场垂直地面向下(如图乙所示),则在列车经过测量线圈的过程中,流经线圈的电流方向()A.始终沿逆时针方向B.先沿逆时针,再沿顺时针方向C.先沿顺时针,再沿逆时针方向D.始终沿顺时针方向【解析】选B。列车通过线圈时,穿过线圈的磁通量先增大后减小,根据楞次定律可知,线圈中产生的电流方向先沿逆时针方向,再沿顺时针方向,选项B正确。7.(6分)(学习探究情境)(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 ()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】选A、B。P向右摆动的过程中,线圈中的磁通量减少,根据楞次定律,P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看),选项A正确;由前面的分析知,Q中的电流方向也为顺时针方向(从右向左看),Q线圈下侧将受到向右的安培力作用,所以Q也会向右摆动,选项B正确,C错误;若用手左右摆动Q,线圈Q切割磁感线产生感应电动势,在P线圈中将产生感应电流,受到安培力作用,由左手定则可判断出P将摆动,不会保持静止,选项D错误。【综合应用练】8.(6分)(多选)(2023·长春模拟)如图所示,在一固定水平放置的铝环上方,有一条形磁铁,从离地面高h处,由静止开始下落,最后落在地面上。磁铁下落过程中从铝环中心穿过铝环,而不与铝环接触。若不计空气阻力,下列说法正确的是 ()A.磁铁下落过程中,铝环中的电流方向先逆时针后顺时针(从上向下看铝环)B.不考虑起始位置,磁铁下落过程中,磁铁的加速度始终小于gC.磁铁下落过程中,磁铁的机械能不断减少D.磁铁落地时的速率等于2【解析】选A、C。由题图可知,在磁铁下落过程中,穿过铝环的磁场方向向下,在磁铁靠近铝环时,穿过铝环的磁通量变大,在磁铁远离铝环时穿过铝环的磁通量减小,由楞次定律可知,从上向下看,铝环中的感应电流先沿逆时针方向,后沿顺时针方向,A正确;根据楞次定律的推论“来拒去留”原则,可判断磁铁在下落过程中,铝环对它的作用力始终竖直向上,但当条形磁铁的中心与环在同一个平面内时,穿过环的磁通量最大,磁通量的变化率为0,此时环内没有感应电流,所以在该点条形磁铁的加速度等于g,B错误;在磁铁下落过程中,铝环中产生感应电流,铝环中有电能产生,磁铁在整个下落过程中,磁铁的机械能转化为电能,由能量守恒定律可知,磁铁的机械能减少,C正确;磁铁自由下落时,落地速度2gℎ,由于磁铁下落穿过铝环时能量有损失,磁铁落地速度应小于29.(6分)如图所示,金属圆盘置于垂直纸面向里的匀强磁场中,其中央和边缘各引出一根导线与套在铁芯上部的线圈A相连。套在铁芯下部的线圈B引出两根导线接在两根水平导轨上,导轨上有一根金属棒ab处在垂直于纸面向外的匀强磁场中。下列说法正确的是()A.圆盘顺时针匀速转动时,a点的电势高于b点的电势B.圆盘顺时针加速转动时,ab棒受到向左的安培力C.圆盘顺时针加速转动时,ab棒将向右运动D.圆盘顺时针减速转动时,a点的电势高于b点的电势【解析】选B。当圆盘顺时针匀速转动时,线圈A中产生恒定的电流,那么穿过线圈B的磁通量不变,则线圈B中不产生感应电动势,则a点的电势等于b点的电势,故A错误;由右手定则可知,圆盘顺时针加速转动时,感应电流从圆心流向边缘,线圈A中产生的磁场方向向下且磁场增强,由楞次定律可知,线圈B中的感应磁场方向向上,由右手螺旋定则可知,ab棒中感应电流方向由a→b,由左手定则可知,ab棒受到的安培力方向向左,ab棒将向左运动,故B正确,C错误;圆盘顺时针减速转动时,由右手定则可知,感应电流从圆心流向边缘,线圈A中产生的磁场方向向下且磁场减弱,由楞次定律可知,线圈B中的感应磁场方向向下,由右手螺旋定则可知,B线圈的上端相当于电源的负极,则a点的电势低于b点的电势,故D错误。10.(6分)(安全情境类)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 ()A.当电梯突然坠落时,该安全装置可使电梯停在空中B.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时,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图示位置时,只有闭合线圈A在阻碍电梯下落D.当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时,只有闭合线圈B在阻碍电梯下落【解析】选B。若电梯突然坠落,闭合线圈A、B内的磁通量发生变化,将在线圈中产生感应电流,感应电流产生的磁场会阻碍永久磁铁的相对运动,可起到应急避险作用,但不能阻止永久磁铁的运动,故A错误;当电梯坠落至永久磁铁在题图所示位置时,闭合线圈A中向上的磁场减弱,感应电流的方向从上向下看是逆时针方向,闭合线圈B中向上的磁场增强,感应电流的方向从上向下看是顺时针方向,可知闭合线圈A与B中感应电流方向相反,故B正确;结合A项的分析可知,当电梯坠落至永久磁铁在题图所示位置时,闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落,故C、D错误。11.(6分)(2023·开封模拟)如图甲所示,将金属圆环和“C”形金属线框相互靠近后并固定在水平面上,金属棒AB放在线框上,给圆环a、b端接上如图乙所示的余弦交变电流,以图甲中电流方向为正方向,金属棒AB始终保持静止,则下列判断正确的是 ()A.0~t1时间内,AB棒中的感应电流方向为B→AB.0~t1时间内,AB棒受到的摩擦力方向向右C.t2~t3时间内,AB棒中感应电流方向先由A→B再由B→AD.t1时刻AB棒受到的安培力最大,t2时刻AB棒受到的安培力最小【解析】选A。0~t1时间内,根据安培定则可知,右侧闭合回路中穿过纸面向外的磁通量减小且减小得越来越快,根据楞次定律和安培定则可知,AB棒中的感应电流方向为B→A,故A正确;根据左手定则,AB棒受到的安培力向右,则其受到的摩擦力向左,故B错误;t2~t3时间内,根据安培定则可知,右侧闭合回路中先是穿过纸面向里的磁通量减小再是穿过纸面向外的磁通量增大,根据楞次定律和安培定则可知,AB棒中的感应电流方向一直为A→B,故C错误;t1时刻圆环电流为零,在AB棒处产生的磁感应强度为零,则AB棒受到的安培力为零;t2时刻,圆环电流变化率为零,则穿过闭合回路的磁通量变化率为零,则闭合回路感应电流为零,则AB棒受到的安培力也为零,故D错误。【情境创新练】1