【教与学】2014高考物理总复习教案19感应电流方向的判断及大小的计算

感应电流方向的判断及大小的计算(限时：45分钟)一、单项选择题1.两个大小不同的绝缘金属圆环a、b如图1所示叠放在一起，小圆环b有一半面积在大圆环a中，当大圆环a通上顺时针方向电流的瞬间，小圆环中感应电流的方向是()图1A．顺时针方向B．逆时针方向C．左半圆顺时针，右半圆逆时针D．无感应电流答案B解析当大圆环a中电流为顺时针方向时，圆环a内部的磁场方向垂直纸面向里，而环外的磁场方向垂直纸面向外，但环里磁场比环外磁场要强，圆环b的净磁通量是垂直纸面向里且增强的；由楞次定律可知圆环b中产生的感应电流的磁场方向应垂直纸面向外；再由安培定则得出圆环b中感应电流的方向为逆时针方向，B正确．2.如图2所示，一磁铁用细线悬挂，一个很长的铜管固定在磁铁的正下方，开始时磁铁上端与铜管上端相平，烧断细线，磁铁落入铜管的过程中，下列说法正确的是()图2①磁铁下落的加速度先增大，后减小②磁铁下落的加速度恒定③磁铁下落的加速度一直减小最后为零④磁铁下落的速度先增大后减小⑤磁铁下落的速度逐渐增大，最后匀速运动A．只有②正确B．只有①④正确C．只有①⑤正确D．只有③⑤正确答案D解析刚烧断细线时，磁铁只受重力，向下加速运动，铜管中产生感应电流，对磁铁的下落产生阻力，故磁铁速度增大，加速度减小，当阻力和重力相等时，磁铁加速度为零，速度达到最大，做匀速运动，可见D正确．3．下列各图中，相同的条形磁铁垂直穿过相同的线圈时，线圈中产生的感应电动势最大的是()答案D解析感应电动势的大小为E＝nΔΦΔt＝nSΔBΔt，A、B两图磁通量的变化量相同，C图变化量最小，D图变化量最大．磁铁穿过线圈所用的时间A、C、D图相同且小于B图所用的时间，综合比较，D图中产生的感应电动势最大．4.如图3所示，一半圆形铝框处在水平向外的非匀强磁场中，场中各点的磁感应强度为By＝B0y＋c，y为该点到地面的距离，c为常数，B0为一定值．铝框平面与磁场垂直，直径ab水平，空气阻力不计，铝框由静止释放下落的过程中()图3A．铝框回路磁通量不变，感应电动势为0B．回路中感应电流沿顺时针方向，直径ab两点间电势差为0C．铝框下落的加速度大小一定小于重力加速度gD．直径ab受安培力向上，半圆弧ab受安培力向下，铝框下落加速度大小可能等于g答案C解析由题意知，y越小，By越大，下落过程中，磁通量逐渐增加，感应电动势不为0，A错误；由楞次定律判断，铝框中电流沿顺时针方向，但Uab≠0，B错误；直径ab受安培力向上，半圆弧ab受安培力向下，但直径ab处在磁场较强的位置，所受安培力较大，半圆弧ab的等效水平长度与直径相等，但处在磁场较弱的位置，所受安培力较小，这样整个铝框受安培力的合力向上，铝框下落的加速度大小小于g，故C正确，D错误．二、多项选择题5．如图4所示，某人在自行车道上从东往西沿直线以速度v骑行，该处地磁场的水平分量大小为B1，方向由南向北，竖直分量大小为B2，方向竖直向下；自行车车把为直把、金属材质，两把手间距为L，只考虑自行车在地磁场中的电磁感应，下列结论正确的是()图4A．图示位置中辐条A点电势比B点电势低B．图示位置中辐条A点电势比B点电势高C．自行车左车把的电势比右车把的电势高B2LvD．自行车在十字路口左拐改为南北骑向，则自行车车把两端电动势要降低[来源:学+科+网Z+X+X+K]答案AC解析自行车车把切割磁感线，由右手定则知，自行车左车把的电势比右车把的电势高B2Lv；辐条旋转切割磁感线，由右手定则知，图示位置中辐条A点电势比B点电势低；自行车在十字路口左拐改为南北骑向，地磁场竖直分量始终垂直于自行车车把，则其两端电动势不变．正确答案为A、C.6．如图5所示，一导线弯成闭合线圈，以速度v向左匀速进入磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直平面向外．线圈总电阻为R，从线圈进入磁场开始到完全进入磁场为止，下列结论正确的是()图5A．感应电流一直沿顺时针方向B．线圈受到的安培力先增大，后减小C．感应电动势的最大值E＝BrvD．穿过线圈某个横截面的电荷量为Br2＋πr2R答案AB解析在闭合线圈进入磁场的过程中，通过闭合线圈的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向一直为顺时针方向，A正确．线圈切割磁感线的有效长度先变大后变小，感应电流先变大后变小，安培力也先变大后变小，B正确．线圈切割磁感线的有效长度最大值为2r，感应电动势最大值为E＝2Brv，C错误．穿过线圈某个横截面的电荷量为q＝ΔΦR＝Br2＋π2r2R，D错误．7．如图6所示，一导线弯成半径为a的半圆形闭合回路．虚线MN右侧有磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于回路所在的平面．回路以速度v向右匀速进入磁场，直径CD始终与MN垂直．从D点到达边界开始到C点进入磁场为止，下列结论正确的是()[来源:Z§xx§k.Com]图6A．感应电流方向不变B．CD段直导线始终不受安培力C．感应电动势最大值Em＝BavD．感应电动势平均值E＝14πBav答案ACD解析在闭合回路进入磁场的过程中，通过闭合回路的磁通量逐渐增大，根据楞次定律可知感应电流的方向为逆时针方向不变，A正确．根据左手定则可判断，CD段受安培力向下，B不正确．当半圆形闭合回路进入磁场一半时，这时有效切割长度最大为a，所以感应电动势最大值Em＝Bav，C正确．感应电动势平均值E＝ΔΦΔt＝B·πa222av＝14πBav.D正确．8.如图7所示的电路中，L是一个自感系数很大、直流电阻不计的线圈，D1、D2和D3是三个完全相同的灯泡，E是内阻不计的电源．在t＝0时刻，闭合开关S，电路稳定后在t1时刻断开开关S.规定电路稳定时流过D1、D2的电流方向为正方向，分别用I1、I2表示流过D1和D2的电流，则下图中能定性描述电流I1、I2随时间t变化关系的是()图7答案BC解析在t1时刻断开开关S后，由于自感现象通过D1的电流逐渐减小，方向不变，A错误，B正确；而通过D2和D3的电流方向立即改变，且逐渐减小，C正确，D错误．二、非选择题9．(2011·浙江理综·23)如图8甲所示，在水平面上固定有长为L＝2m、宽为d＝1m的金属“U”型导轨，在“U”型导轨右侧l＝0.5m范围内存在垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间变化规律如图乙所示．在t＝0时刻，质量为m＝0.1kg的导体棒以v0＝1m/s的初速度从导轨的左端开始向右运动，导体棒与导轨之间的动摩擦因数为μ＝0.1，导轨与导体棒单位长度的电阻均为λ＝0.1Ω/m，不计导体棒与导轨之间的接触电阻及地球磁场的影响(取g＝10m/s2)．甲乙图8(1)通过计算分析4s内导体棒的运动情况；(2)计算4s内回路中电流的大小，并判断电流方向；(3)计算4s内回路产生的焦耳热．答案(1)前1s导体棒做匀减速直线运动，1s～4s内一直保持静止(2)0.2A，顺时针方向(3)0.04J解析(1)导体棒先在无磁场区域做匀减速直线运动，有－μmg＝ma，vt＝v0＋at，s＝v0t＋12at2导体棒速度减为零时，vt＝0.代入数据解得：t＝1s，s＝0.5mL－l＝1.5m，导体棒没有进入磁场区域．[来源:学&科&网]导体棒在1s末已停止运动，以后一直保持静止，离左端位置仍为s＝0.5m.(2)前2s磁通量不变，回路电动势和电流分别为E＝0，I＝0后2s回路产生的感应电动势为E＝ΔΦΔt＝ldΔBΔt＝0.1V回路的总长度为5m，因此回路的总电阻为R＝5λ＝0.5Ω电流为I＝ER＝0.2A根据楞次定律，在回路中的电流方向是顺时针方向．(3)前2s电流为零，后2s有恒定电流，焦耳热为Q＝I2Rt＝0.04J.图910．如图9所示，宽度为L的金属框架竖直固定在绝缘地面上，框架的上端接有一个电子元件，其阻值与其两端所加的电压成正比，即R＝kU，式中k为已知常数．框架上有一质量为m，离地高为h的金属棒，金属棒与框架始终接触良好无摩擦，且保持水平．磁感应强度为B的匀强磁场方向垂直于框架平面向里．将金属棒由静止释放，棒沿框架向下运动，不计金属棒及导轨的电阻．重力加速度为g.求：(1)金属棒运动过程中，流过棒的电流的大小和方向；(2)金属棒落到地面时的速度大小；(3)金属棒从释放到落地过程中通过电子元件的电荷量．答案(1)1k水平向右(或从a→b)(2)2hg－BLmk(3)1k2hkmmgk－BL[来源:Z#xx#k.Com]解析(1)流过电子元件的电流大小为I＝UR＝1k，由串联电路特点知流过棒的电流大小也为1k，由右手定则判定流过棒的电流方向为水平向右(或从a→b)(2)在运动过程中金属棒受到的安培力为F安＝BIL＝BLk对金属棒运用牛顿第二定律有mg－F安＝ma得a＝g－BLmk恒定，故金属棒做匀加速直线运动根据v2＝2ax，得v＝2hg－BLmk(3)设金属棒经过时间t落地，有h＝12at2解得t＝2ha＝2hkmmgk－BL故有q＝I·t＝1k2hkmmgk－BL