第30講　電磁感應現(xiàn)象　楞次定律 實驗：探究影響感應電流方向的因素

第30講電磁感應現(xiàn)象楞次定律實驗:探究影響感應電流方向的因素電磁感應現(xiàn)象的理解和判斷1.[2017·全國卷Ⅰ]掃描隧道顯微鏡(STM)可用來探測樣品表面原子尺度上的形貌.為了有效隔離外界振動對STM的擾動,在圓底盤周邊沿其徑向?qū)ΨQ地安裝若干對紫銅薄板,并施加磁場來快速衰減其微小振動,如圖所示.無擾動時,按下列四種方案對紫銅薄板施加恒磁場;出現(xiàn)擾動后,對于紫銅薄板上下及左右振動的衰減最有效的方案是 (A)ABCD[解析]紫銅薄板上下及左右振動,都存在磁通量變化的為選項A所示方案.2.(多選)某研究性學習小組的同學設計的電梯墜落的應急安全裝置如圖所示,在電梯掛廂上安裝永久磁鐵,并在電梯的井壁上鋪設線圈,這樣可以在電梯突然墜落時減小對人員的傷害.關于該裝置,下列說法正確的是(BD)A.當電梯突然墜落時,該安全裝置有可能使電梯懸停在線圈A、B之間B.當電梯墜落至永久磁鐵在線圈A、B之間時,閉合線圈A、B中的電流方向相反C.當電梯墜落至永久磁鐵在線圈A、B之間時,閉合線圈A在促進電梯下落,閉合線圈B在阻礙電梯下落D.當電梯墜落至永久磁鐵在線圈B下方時,閉合線圈A、B均在阻礙電梯下落[解析]若電梯突然墜落,線圈內(nèi)的磁通量發(fā)生變化,將在兩個線圈中產(chǎn)生感應電流,兩個線圈的感應電流都會阻礙磁鐵的相對運動,但不能阻止磁鐵的運動,可起到應急避險作用,故A、C錯誤,D正確;根據(jù)楞次定律,當電梯墜落時,磁鐵在線圈A中產(chǎn)生向上的磁場減弱,故線圈A中會產(chǎn)生逆時針方向電流(俯視),磁鐵在線圈B中產(chǎn)生向上的磁場增強,則B中產(chǎn)生順時針方向電流(俯視),則A和B中電流方向相反,故B正確.實驗:探究影響感應電流方向的因素3.如圖甲所示為“研究電磁感應現(xiàn)象”的實驗裝置,部分導線已連接.(1)用筆畫線代替導線將圖中未完成的電路連接好.[答案]如圖所示 (2)如果在閉合開關時發(fā)現(xiàn)靈敏電流表的指針向右偏了一下,則閉合開關后,將線圈M迅速插入線圈N的過程中,靈敏電流表指針將向右偏;線圈M插入線圈N后,將滑動變阻器滑片迅速向右滑動時,靈敏電流表指針將向左偏.(均選填“向左偏”“向右偏”或“不偏”)

(3)如圖乙所示,R為光敏電阻,其阻值隨著光照強度的增大而減小.金屬環(huán)A用輕繩懸掛,與長直螺線管共軸,并位于其左側(cè).當光照強度減小時,從左向右看,金屬環(huán)A中電流方向為順時針(選填“順時針”或“逆時針”),金屬環(huán)A將向右(選填“左”或“右”)運動,并有擴張(選填“收縮”或“擴張”)的趨勢.

[解析](1)將電源、開關、滑動變阻器、線圈M串聯(lián)成一個回路,再將靈敏電流表與線圈N串聯(lián)成另一個回路,注意滑動變阻器接一上一下兩個接線柱,電路圖如圖所示.(2)閉合開關時,穿過線圈N的磁通量增大,靈敏電流表的指針向右偏;閉合開關后,將線圈M迅速插入線圈N的過程中,磁場方向不變,磁通量變大,則靈敏電流表指針向右偏轉(zhuǎn).線圈M插入線圈N后,將滑動變阻器滑片迅速向右滑動時,滑動變阻器接入電路的阻值變大,電路中電流變小,穿過線圈N的磁通量變小,磁場方向不變,則靈敏電流表指針向左偏轉(zhuǎn).(3)當光照強度減小時,光敏電阻的阻值增大,導致線圈中的電流減小,根據(jù)楞次定律可知,從左向右看,金屬環(huán)A中電流方向為順時針.因穿過A環(huán)的磁通量減小,根據(jù)楞次定律可知,感應電流的磁場方向與原磁場方向相同,故相互吸引,則金屬環(huán)A將向右運動,且金屬環(huán)A有擴張的趨勢.感應電流方向的判斷4.如圖所示,在方向垂直于紙面向里的勻強磁場中有一U形金屬導軌,導軌平面與磁場垂直.金屬桿PQ置于導軌上并與導軌形成閉合回路PQRS,一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內(nèi),線框與導軌共面.現(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運動,在運動開始的瞬間,關于感應電流的方向,下列說法正確的是(D)A.PQRS中沿順時針方向,T中沿逆時針方向B.PQRS中沿順時針方向,T中沿順時針方向C.PQRS中沿逆時針方向,T中沿逆時針方向D.PQRS中沿逆時針方向,T中沿順時針方向[解析]金屬桿PQ突然向右運動,則其速度v方向向右,由右手定則可得,金屬桿PQ中的感應電流方向由Q到P,則PQRS中感應電流方向為逆時針方向.PQRS中感應電流產(chǎn)生垂直紙面向外的磁場,故圓環(huán)形金屬線框T為阻礙此變化,會產(chǎn)生垂直紙面向里的磁場,則T中感應電流方向為順時針方向,D正確.5.如圖所示,航天飛機在軌運行時釋放一顆繩系衛(wèi)星,二者用電纜繩連接,當航天飛機連同衛(wèi)星在軌運行時,二者間的電纜就會與地磁場作用從而產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象.忽略地磁偏角的影響,下列說法正確的是(B)A.赤道上空,地磁場的方向從北向南B.航天飛機在赤道上空從西往東運行時,A端的電勢高于B端電勢C.航天飛機在赤道上空從東往西運行時,A端的電勢高于B端電勢D.航天飛機沿經(jīng)線從南往北運行時,B端的電勢高于A端電勢[解析]赤道上空地磁場方向由南向北,故A錯誤;航天飛機在赤道上空從西往東走,根據(jù)右手定則,判斷出感應電動勢方向指向A端,故A端電勢高于B端電勢,故B正確;若從東往西走,根據(jù)右手定則,可知A端電勢低于B端電勢,故C錯誤;若南北方向走,電纜與磁感線不切割,不產(chǎn)生感應電動勢,A、B兩端電勢相等,故D錯誤.楞次定律推論的應用6.如圖甲所示,導線環(huán)b與導軌、導體棒構(gòu)成閉合回路,導體棒在勻強磁場中向左運動,金屬環(huán)a與導線環(huán)b共面共心;如圖乙所示,金屬環(huán)N放置于環(huán)形電流i所產(chǎn)生的磁場中,環(huán)形電流i的方向為順時針方向,環(huán)面與磁場方向垂直.下列說法正確的是 (D)A.若圖甲中的導體棒向左勻速運動,環(huán)a中將產(chǎn)生逆時針方向的感應電流,且有擴張的趨勢B.若圖甲中的導體棒向左加速運動,環(huán)a中不會產(chǎn)生感應電流,無收縮或擴張的趨勢C.若圖乙中的電流i減小,N中將產(chǎn)生沿逆時針方向的感應電流,且有收縮的趨勢D.若圖乙中的電流i減小,N中將產(chǎn)生沿順時針方向的感應電流,且有收縮的趨勢[解析]若題圖甲中的導體棒向左勻速運動,根據(jù)右手定則,導線環(huán)b中產(chǎn)生逆時針方向的感應電流,通過導線環(huán)b的感應電流恒定,產(chǎn)生的磁場也恒定,金屬環(huán)a中不會產(chǎn)生感應電流,A錯誤;若題圖甲中的導體棒向左加速運動,根據(jù)右手定則,導線環(huán)b中產(chǎn)生逆時針方向的感應電流,且感應電流不斷增大,由右手螺旋定則可知,導線環(huán)b內(nèi)部的磁場方向垂直紙面向外且逐漸增強,將金屬環(huán)a內(nèi)部的磁場分為b內(nèi)部的磁場和a、b之間的磁場兩部分,根據(jù)疊加原理,可知通過金屬環(huán)a中的合磁場的磁感應強度垂直紙面向外且逐漸增大,由楞次定律可知,金屬環(huán)a產(chǎn)生的磁場將阻礙a中磁通量的變化,則金屬環(huán)a產(chǎn)生的磁場方向垂直紙面向里,即金屬環(huán)a中產(chǎn)生順時針方向的感應電流,根據(jù)同向電流相互吸引、反向電流相互排斥,可知金屬環(huán)a有擴張的趨勢,B錯誤;由右手螺旋定則可知,若題圖乙中環(huán)形電流i減小,則i內(nèi)部產(chǎn)生的磁場的磁感應強度垂直紙面向里且逐漸減小,將金屬環(huán)N內(nèi)部的磁場分為i內(nèi)部的磁場和N、i之間的磁場兩部分,根據(jù)疊加原理,可知通過金屬環(huán)N中的合磁場的磁感應強度方向垂直紙面向里且大小逐漸減弱,由楞次定律可知,金屬環(huán)N產(chǎn)生的磁場將阻礙N中磁通量的變化,則金屬環(huán)N產(chǎn)生的磁場的磁感應強度方向垂直紙面向里,即金屬環(huán)N中產(chǎn)生順時針方向的感應電流,根據(jù)同向電流相互吸引、反向電流相互排斥,可知金屬環(huán)N有收縮的趨勢,C錯誤,D正確.電磁感應中的“二次感應”問題7.(多選)如圖所示，兩條水平光滑金屬導軌固定在電磁鐵兩磁極之間，導軌兩端a、b斷開，金屬桿L垂直導軌放置。閉合開關S，下列判斷正確的是(AC)A．電磁鐵兩磁極之間的磁場方向向下B．若給金屬桿向左的初速度，則a點電勢高于b點C．若a、b間接導線，向下移動滑片P，則金屬桿向左運動D．若a、b間接直流電源，a接正極、b接負極，則金屬桿向左運動[解析]閉合開關S，根據(jù)安培定則可知，電磁鐵兩磁極之間的磁場方向向下，故A正確；根據(jù)右手定則可知，若給金屬桿向左的初速度，則a點電勢低于b點，故B錯誤；若a、b間接導線，向下移動滑片P，則螺線管中的電流變大，磁場增強，由于穿過閉合回路的磁通量增加，由楞次定律可知，金屬桿向左運動，故C正確；若a、b間接直流電源，a接正極、b接負極，由左手定則可知，金屬桿向右運動，故D錯誤。8.(多選)創(chuàng)意物理實驗設計作品《小熊蕩秋千》如圖所示。兩根彼此靠近且相互絕緣的金屬棒C、D固定在鐵架臺上，與兩個銅線圈P、Q組成一閉合回路，兩個磁性很強的條形磁鐵如圖放置。當用手左右擺動線圈P時，線圈Q也會跟著擺動，仿佛小熊在蕩秋千。以下說法正確的是(AB)A.P向右擺動的過程中，P中的電流方向為順時針方向(從右向左看)B．P向右擺動的過程中，Q也會向右擺動C．P向右擺動的過程中，Q會向左擺動D．若用手左右擺動Q，P會始終保持靜止[解析]P向右擺動的過程中，線圈中的磁通量減少，根