高二物理专题11感应电流楞次定律自感与涡流暑假作业(含解析)

专题11 感应电流楞次定律自感与涡流
【知识回顾】
一、磁通量
1．定义：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S和B的乘积．
2．公式：Φ=BS.
适用条件：（1）匀强磁场．
（2）S为垂直磁场的有效面积．
3．磁通量是标量（填“标量”或“矢量”）．
4．磁通量的意义：
（1）磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数．
（2）同一平面，当它跟磁场方向垂直时，磁通量最大；当它跟磁场方向平行时，磁通量为零；当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的一样多时，磁通量为零．
二、电磁感应现象
1．电磁感应现象：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应．
2．产生感应电流的条件：
表述1：闭合回路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动．
表述2：穿过闭合回路的磁通量发生变化．
3．能量转化
发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为电能．
深化拓展当回路不闭合时，没有感应电流，但有感应电动势，只产生感应电动势的现象也可以称为电磁感应现象，且产生感应电动势的那部分导体或线圈相当于电源．
三、感应电流方向的判断
1．楞次定律
（1）内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．
（2）适用情况：所有的电磁感应现象．
2．右手定则
（1）内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内，让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导体运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向．（2）适用情况：导体棒切割磁感线产生感应电流．
四、自感与涡流
1．自感现象
（1）概念：由于导体本身的电流变化而产生的电磁感应现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做自感电动势．
（2）表达式：t
I L E ∆∆= （3）自感系数L 的影响因素：与线圈的大小、形状、匝数以及是否有铁芯有关．
2． 涡流
当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生感应电流，这种电流像水中的旋涡，所以叫涡流．
（1）电磁阻尼：当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到安培力，安培力的方向总是阻碍导体的相对运动．
（2）电磁驱动：如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生感应电流使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来．
（3）电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了楞次定律的推广应用．
【例题1】如图所示，A ，B 都是很轻的铝环，分别吊在绝缘细杆的两端，杆可绕中间竖直轴在水平面内转动，环A 是闭合的，环B 是断开的。

若用磁铁分别接近这两个圆环，则下面说法正确的是： （ ）
A ．磁铁N 极接近A 环时，A 环被吸引，而后被推开
B ．磁铁N 极远离A 环时，A 环被排斥，而后随磁铁运动
C ．磁铁N 极接近B 环时，B 环被排斥，远离磁铁运动
D ．磁铁的任意一磁极接近A 环时，A 环均被排斥
【例题2】在右图所示的电路中，电键S 断开之前与断开之后的瞬间，通过灯A 的电流方向是： （ ）
A ．一直是由a 到b
想一想
B．先是由a到b，后无电流
C．先是由a到b，后是由b到a
D．无法判断
【例题3】1931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设计了一个寻找磁单极子的实验：他设想，如果一个只有N极的磁单极子从上向下穿过如图所示的闭合超导线圈，那么，从上向下看，这个线圈中将出现（）
A.
B.
C.
D.逆时针方向的持续流动的感应电流
【例题4】（多选）如下图（甲）所示，打开电流和电压传感器，将磁铁置于螺线管正上方距海绵垫高为h处静止释放，磁铁穿过螺线管后掉落到海绵垫上并静止．若磁铁下落过程中受到的磁阻力远小于磁铁重力，且不发生转动，不计线圈电阻．图（乙）是计算机荧屏上显示的UI-t曲线，其中的两个峰值是磁铁刚进入螺线管内部和刚从内部出来时产生的．下列说法正确的是：（）
A．若仅增大h，两个峰值间的时间间隔会增大
B．若仅减小h，两个峰值都会减小
C．若仅减小h，两个峰值可能会相等
D．若仅减小滑动变阻器接入电路中的电阻值，两个峰值都会增大
【例题5】如图所示，光滑绝缘水平面上有一个静止的小导体环，现在将一个条形磁铁从导体环的右上方较高处突然向下移动，则在此过程中，关于导体环的运动方向以及导体环中的电流方向，下列说法中正确的是：（）
A ．导体环向左运动；从上向下看，电流方向是顺时针方向
B ．导体环向右运动；从上向下看，电流方向是顺时针方向
C ．导体环向右运动；从上向下看，电流方向是逆时针方向
D ．导体环向左运动；从上向下看，电流方向是逆时针方向
1、在物理学发展过程中，观测、实验、假说和逻辑推理等方法都起到了重要作用，下列叙述不符合史实的是： （ ）
A 、奥斯特在实验中观察到电流的磁效应，该效应揭示了电和磁之间存在联系
B 、安培根据通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场的相似性，提出了分子电流假说
C 、法拉第在实验中观察到，在通有恒定电流的静止导线附近的固定导线圈中，会出现感应电流
D 、楞次在分析了许多实验事实后提出，感应电流应具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
2、如图所示，固定于水平面上的金属架abcd 处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN 沿框架以速度v 向右做匀速运动。

t=0时，磁感应强度为B= 0 ，此时MN 到达的位置恰好使MbcN 构成一个边长为l 的正方形。

为使MN 棒中不产生感应电流，从t=0开始，磁感应强度B 随时间t 变化的示意图为： （ ）
3、如图所示，两个完全相同的矩形导线框A 、B 在靠得较近的两个竖直平面内，线框的对应边相互平行线框A 固定且通有电流I ，线框B 从图示位置由静止释放，在运动到A 下方的过程中： （ ）
练一练
A 、穿过线框
B 的磁通量先变小后变大
B 、线框B 中感应电流的方向先顺时针后逆时针
C 、线框B 所受安培力的合力为mg
D 、线框B 的机械能一直减小
4、（多选）如图是生产中常用的一种延时继电器的示意图，铁芯上有两个线圈A 和B ，线圈A 跟电源 连接，线圈B 的两端接在一起，构成一个闭合回路．下列说法正确的是： （ ）
A ．闭合开关S 时，
B 中产生与图示方向的感应电流
B ．闭合开关S 时，B 中产生与图示方向相反的感应电流
C ．断开开关S 时，电磁铁会继续吸住衔铁
D 一小段时间
D ．断开开关S 时，弹簧k 立即将衔铁D 拉起
5、如图所示，线圈A 内有竖直向上的磁场，磁感应强度B 随时间均匀增大；等离子气流（由高温高压的等电荷量的正、负离子组成）由左方连续不断的以速度0v 射入1P 和2P 两极板间的匀强磁场中，发现两直导线a 、b 相互吸引，由此可判断1P 和2P 两极板间的匀强磁场方向为： （ ）
A 、垂直纸面向外
B 、垂直纸面向里
C 、水平向左
D 、水平向右
6、如图所示电路中，A 、B 是两个完全相同的灯泡，L 为自感系数很大的线圈，其直流电阻小于灯泡电阻．C 是电容器，闭合开关，电路稳定时，B 灯恰能正常发光，则下列说法正确的是： （ ）
A．开关闭合的瞬间，A，B同时发光，亮度也相同
B．开关闭合的瞬间，B立即亮，A逐渐变亮
C．开关闭合足够长时间后再断开，A灯灯丝不可能被烧断
D．开关闭合足够长时间后再断开，B立即熄灭，而A逐渐熄灭
7．如图所示，一个闭合三角形导线框位于竖直平面内，其下方固定一根与线框所在的竖直平面平行且很靠近（但不重叠）的水平直导线，导线中通以图示方向的恒定电流．线框从实线位置由静止释放，在其后的运动过程中：（）
A．线框中的磁通量为零时其感应电流也为零
B．线框中感应电流方向为先顺时针后逆时针
C．线框受到安培力的合力方向竖直向上
D．线框减少的重力势能全部转化为电能
8、关于下列物理现象的分析，说法正确的是：（）
A．鸟儿能欢快地停在高压电线上是因为鸟儿的脚底上有一层绝缘皮
B．电动机电路开关断开时会出现电火花是因为电路中的线圈产生很大的自感电动势
C．话筒能把声音变成相应的电流是因为电流的磁效应。

D．静电喷涂时，被喷工件表面所带的电荷应与涂料微粒带同种电荷
9．如图所示，铜线圈水平固定在铁架台上，铜线圈的两端连接在电流传感器上，传感器与数据采集器相连，采集的数据可通过计算机处理，从而得到铜线圈中的电流随时间变化的图线。

利用该装置探究条形磁铁从距铜线圈上端某一高度处由静止释放后，沿铜线圈轴线竖直向下穿过铜线圈的过程中产生的电磁感应现象。

两次实验中分别得到了如图甲、乙所示的电流-时间图线。

条形磁铁在竖直下落过程中始终保持直立姿态，且所受空气阻力可忽略不计。

则下列说法中正确的是：（）
A．若两次实验条形磁铁距铜线圈上端的高度不同，其他实验条件均相同，则甲图对应实验条形磁铁距铜线圈上端的高度大于乙图对应实验条形磁铁距铜线圈上端的高度
B．若两次实验条形磁铁的磁性强弱不同，其他实验条件均相同，则甲图对应实验条形磁铁的磁性比乙图对应实验条形磁铁的磁性强
C．甲图对应实验条形磁铁穿过铜线圈的过程中损失的机械能小于乙图对应实验条形磁铁穿过铜线圈的过程中损失的机械能
D．两次实验条形磁铁穿过铜线圈的过程中所受的磁场力都是先向上后向下
10、（多选）如图甲为磁感强度B随时间t的变化规律，磁场方向垂直纸面，规定向里的方向为正。

在磁场中有一平面位于纸面内的细金属圆环，如图乙所示。

令I1、I2、I3分别表示Oa、ab、bc段的感应电流，F1、F2、F3分别表示金属环上很小一段导体受到的安培力。

下列说法正确的是（）
A.I1沿逆时针方向，I2沿顺时针方向
B.I2沿顺时针方向，I3沿顺时针方向
C.F1方向指向圆心，F2方向指向圆心
D.F2方向背离圆心向外，F3方向指向圆心
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弹性超薄太阳能电池问世，比头发还薄
韩国科学家研发出具有弹性的超薄太阳能电池，其厚度远小于人类头发的厚度，可以缠
绕在一般的铅笔上，将来这种产品或可应用于智能眼镜等穿戴式电子设备上。

薄的材料的屈曲能力一向比厚的材料好，就像纸张比厚纸板更能卷曲，因此其应用范围会更广，这就是科学家致力于研究超薄材料的主要原因。

这款由韩国光州科学技术院的研究人员所研发的太阳能电池，厚度只有1微米（百万分之一米），远比一般头发还薄。

现有标准太阳能电池的厚度通常是这种产品的几百倍厚，即使最薄的其它超薄太阳能电池，也比此款产品厚2至4倍。

该款超薄太阳能电池由半导体砷化镓所制。

研究人员直接利用冷焊的技术将电池镶嵌到弹性基板的电极上，而不使用黏着剂接合，这样可以避免材料厚度的增加。

研究人员经测试得知，此超薄太阳能电池将光转换成电子的效率，比得上其它较厚的类似太阳能电池，而其缠绕的半径可小至1.4毫米，这足以使其缠绕在铅笔外面。

研究人员也进行过张力分析，结果发现，此款太阳能电池承受的张力是3.5微米厚的类似电池的1/4。

研究人员表示，较薄的太阳能电池在弯曲时比较不会碎裂，但其效率表现不输其它太阳能电池，甚至更好。

此款超薄太阳能电池将来可能可以镶嵌到玻璃外框或布料上，成为下一波可穿戴式电子设备的电力来源。

乐一乐
斯金娜的丈夫十分挑剔，甚至挑剔到苛刻的地步。

他对妻子做的菜不是说这里不好，就是说那里不合口味。

就拿早晨的炒鸡蛋来说，斯金娜做了一盘炒鸡蛋，他说想吃煮鸡蛋，斯金娜做了煮鸡蛋，他又说想吃炒鸡蛋。

一天，斯金娜为了让丈夫高兴一下，在丈夫面前放上了炒鸡蛋和煮鸡蛋，不料丈夫瞪了一眼盘子，又气鼓鼓地说：“该做煮鸡蛋的，你炒了；该做炒鸡蛋的，你又煮了。

”。