2018-2019學年高中物理 第一章 電磁感應 4 楞次定律學案 教科版選修3-2

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1、 4．楞次定律 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1．通過探究實驗總結楞次定律．(重點) 2．會用右手定則和楞次定律判斷感應電流的方向．(重點) 3．理解楞次定律的內容和本質．(難點) 4．找出楞次定律與右手定則的區(qū)別與聯(lián)系．(難點) [自 主 預 習·探 新 知] [知識梳理] 一、右手定則 1．內容：將右手手掌伸平，使大拇指與其余并攏的四指垂直，并與手掌在同一平面內，讓磁感線從手心穿入，大拇指指向導體運動方向，這時四指的指向就是感應電流的方向，也就是感應電動勢的方向． 2．適用范圍：適用于閉合電路部分導體切割磁感線產生感應電流的情況． 二、楞次定律 1．實驗

2、探究 將螺線管與電流計組成閉合導體回路，分別將條形磁鐵的N極、S極插入，抽出線圈，如圖1-4-1所示，記錄感應電流方向如下． 圖1-4-1 2．實驗記錄 圖號 磁場方向 感應電流方向(俯視) 感應電流的磁場方向 歸納總結 甲 向下 逆時針 向上 感應電流的磁場阻礙原磁通量的增加 乙 向上 順時針 向下 丙 向下 順時針 向下 感應電流的磁場阻礙原磁通量的減少 丁 向上 逆時針 向上 3.實驗結論：當穿過線圈的磁通量增加時，感應電流的磁場與原磁場的方向相反；當穿過線圈的磁通量減少時，感應電流的磁場與原磁場的方向相同． 4．楞次定律的內容

3、 感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化． [基礎自測] 1．思考判斷 (1)導體棒不垂直切割磁感線時，也可以用右手定則判斷感應電流方向． (√) (2)感應電流方向凡可以用右手定則判斷的，均能用楞次定律判斷．(√) (3)右手定則即右手螺旋定則． (×) (4)由楞次定律知，感應電流的磁場一定與引起感應電流的磁場方向相反． (×) (5)電路不閉合，穿過回路的磁通量變化時，也會產生“阻礙”作用．(×) (6)感應電流的磁場一定阻礙引起感應電流的磁場的磁通量的變化． (√) 2．閉合電路的一部分導體在磁場中因切割磁感線而產生了感

4、應電流，在如圖所示的圖中，B、v、I方向均正確的是(　　) D　[A、C兩項中不產生感應電流，A、C錯誤；由右手定則可知B中的感應電流方向應向外，B錯誤；只有選項D正確．] 3.如圖1-4-2所示，一水平放置的圓形通電線圈1固定，另一較小的圓形線圈2從1的正上方下落，在下落過程中兩線圈平面始終保持平行且共軸，則在線圈2從正上方下落至1的正下方過程中，從上往下看，線圈2中(　　) 【導學號：24622019】 圖1-4-2 A．無感應電流 B．有順時針方向的感應電流 C．先是順時針方向，后是逆時針方向的感應電流 D．先是逆時針方向，后是順時針方向的感應電流 C　[由安

5、培定則可知通電線圈1產生的磁場方向自下而上穿過線圈1所包圍的空間．當線圈2從正上方下落至與線圈1共面的過程中，穿過線圈2的磁通量向上增加，根據(jù)楞次定律的“增反”可知，線圈2中感應電流產生的磁場方向向下，應用安培定則可以判斷出感應電流的方向為順時針(俯視)；當線圈2從與線圈1共面的位置繼續(xù)下落至正下方時，穿過線圈2的磁通量向上減少，根據(jù)楞次定律的“減同”可知，線圈2中感應電流產生的磁場方向向上，應用安培定則可以判斷出感應電流的方向為逆時針(俯視)，故選項C正確．] [合 作 探 究·攻 重 難] 右手定則的應用 1.適用范圍：閉合電路的部分導體切割磁感線產生感應電流方向的判斷． 2．

6、右手定則反映了磁場方向、導體運動方向和電流方向三者之間的相互垂直關系． (1)大拇指的方向是導體相對磁場切割磁感線的運動方向，既可以是導體運動而磁場未動，也可以是導體未動而磁場運動，還可以是兩者以不同速度同時運動． (2)四指指向電流方向，切割磁感線的導體相當于電源． 　如圖1-4-3，直角三角形金屬框abc放置在勻強磁場中，磁感應強度大小為B，方向平行于ab邊向上．當金屬框繞ab邊以角速度ω逆時針轉動時，a、b、c三點的電勢分別為Ua、Ub、Uc.已知bc邊的長度為l.下列判斷正確的是(　　) 圖1-4-3 A．Ua>Uc，金屬框中無電流 B．Ub>Uc，金屬框中電流方向沿a

7、—b—c—a C．Ubc＝－Bl2ω，金屬框中無電流 D．Uac＝Bl2ω，金屬框中電流方向沿a—c—b—a 思路點撥：①右手定則中四指指向感應電動勢的正極一端．②ac邊的有效切割長度等于bc邊長．③電動勢同向串聯(lián)相加，反向串聯(lián)相減． C　[閉合金屬框在勻強磁場中以角速度ω逆時針轉動時，穿過金屬框的磁通量始終為零，金屬框中無電流．由右手定則可知Ub＝Ua

8、感應電流方向的判斷 電流產生的磁場方向的判斷 涉及方向的物理量 磁場方向、電流(電荷運動)方向、安培力(洛倫茲力)方向 磁場方向、導體切割磁感線的方向、感應電流的方向 電流方向、磁場方向 各物理量方向間的關系圖例 因果關系 電流→運動 運動→電流 電流→磁場 應用實例 電動機 發(fā)電機 電磁鐵 [針對訓練] 1．(多選)如圖1-4-4所示，導體AB、CD可在水平軌道上自由滑動，且兩水平軌道在中央交叉處互不相通．當導體棒AB向左移動時(　　) 圖1-4-4 A．AB中感應電流的方向為A到B B．AB中感應電流的方向為B到A C．CD向左移

9、動 D．CD向右移動 AD　[由右手定則可判斷AB中感應電流方向為A到B，從而CD中電流方向為C到D.導體CD所受安培力方向由左手定則判斷知向右，所以CD向右移動．故選A、D.] 2．如圖1-4-5所示，在置于勻強磁場中的平行導軌上，橫跨在兩導軌間的導體桿PQ以速度v向右勻速移動，已知磁場的磁感應強度為B、方向垂直于導軌平面(即紙面)向外，導軌間距為l，閉合電路acQPa中除電阻R外，其他部分的電阻忽略不計，則(　　) 【導學號：24622020】 圖1-4-5 A．電路中的感應電動勢E＝IlB B．電路中的感應電流I＝ C．通過電阻R的電流方向是由a向c D．通過PQ

10、桿中的電流方向是由Q向P B　[導體棒垂直切割磁感線，產生的感應電動勢為：E＝Blv，故A錯誤；電路中的感應電流為：I＝＝，故B正確；由右手定則可知，PQ中產生的感應電流從P流向Q，通過R的電流方向從c流向a，故C、D錯誤．] 楞次定律的理解及應用 1.因果關系 閉合導體回路中磁通量的變化是因，產生感應電流是果；原因產生結果，結果又反過來影響原因． 2．“阻礙”的理解 3．楞次定律的推廣含義 楞次定律中“阻礙”的含義可以推廣為：感應電流的效果總是阻礙引起感應電流的原因，列表說明如下： 內容 例證 阻礙原磁通量變化——“增反減同” 磁鐵靠近線圈，B感與B原反向 阻

11、礙相對運動——“來拒去留” 磁鐵靠近，是斥力 磁鐵遠離，是引力 使回路面積有擴大或縮小的趨勢——“增縮減擴” P、Q是光滑固定導軌，a、b是可動金屬棒，磁鐵下移，a、b靠近 　如圖1-4-6，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，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(　　) 圖1-4-6 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

12、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 思路點撥：①PQ向右運動，PQRS回路中產生感應電流．②PQRS中產生的電流對穿過T的磁感應強度產生影響． D　[金屬桿PQ向右運動，穿過PQRS的磁通量增加，由楞次定律可知，PQRS中產生逆時針方向的電流．這時因為PQRS中感應電流的作用，依據(jù)楞次定律可知，T中產生順時針方向的感應電流．故只有D項正確．] 對楞次定律的深度理解 線框與導軌共面且與磁場垂直．當金屬桿PQ向右運動時，PQRS中向里的磁通量增加，從而產生逆時針方向的感應電流．T中原有向里的磁通量不變，而增加了因PQRS中感應電流產生的向外

13、的磁通量，導致T中合磁通量減小，從而產生順時針方向的感應電流． [針對訓練] 3.如圖1-4-7所示，一個有彈性的金屬圓環(huán)被一根橡皮繩吊于通電直導線的正下方，直導線與圓環(huán)在同一豎直面內，當通電直導線中電流增大時，彈性圓環(huán)的面積S和橡皮繩的長度l將(　　) 圖1-4-7 A．S增大，l變長 B．S減小，l變短 C．S增大，l變短 D．S減小，l變長 D　[當通電導線中電流增大時，穿過金屬圓環(huán)的磁通量增大，金屬圓環(huán)中產生感應電流，根據(jù)楞次定律，感應電流要反抗磁通量的增大，一是用縮小面積的方式進行反抗，二是用遠離直導線的方式進行反抗，故D正確．] 4. (多選)如圖1-4-

14、8所示，光滑固定導軌M、N水平放置，兩根導體棒P、Q平行放置于導軌上，形成一個閉合回路，當一條形磁鐵從高處下落接近回路時(　　) 圖1-4-8 A．P、Q將相互靠攏 B．P、Q將相互遠離 C．磁鐵的加速度仍為g D．磁鐵的加速度小于g AD　[法一：設磁鐵下端為N極，如圖所示，根據(jù)楞次定律可判斷出P、Q中感應電流方向，根據(jù)左手定則可判斷P、Q所受安培力的方向，可見P、Q將相互靠攏，由于回路所受安培力的合力向下，由牛頓第三定律知磁鐵將受到向上的反作用力，從而加速度小于g，當S極為下端時，可得出同樣的結果． 法二：根據(jù)楞次定律的另一種表述——感應電流的效果總是要反抗產生感應電流的

15、原因，本題的“原因”是回路中磁通量的增加，歸根結底是磁鐵靠近回路，“效果”便是阻礙磁通量的增加和磁鐵的靠近，所以P、Q將相互靠近且磁鐵的加速度小于g.] [當 堂 達 標·固 雙 基] 1．下列圖中表示閉合電路中的一部分導體ab在磁場中做切割磁感線運動的情景，導體ab上的感應電流方向為a→b的是(　　) A　　　　　　　　　B C　　　　　　　　　　D A　[題中四圖都屬于閉合電路的一部分導體切割磁感線，應用右手定則判斷可得：A中電流方向為a→b，B中電流方向為b→a，C中電流方向沿a→d→c→b→a，D中電流方向為b→a.故選A.] 2．磁鐵在線圈中心上方開始運動時，線圈

16、中產生如圖1-4-9方向的感應電流，則磁鐵 (　　) 【導學號：24622021】 圖1-4-9 A．向上運動　　　　 B．向下運動 C．向左運動 D．向右運動 B　[由安培定則判斷知感應電流的磁場方向向上，與條形磁鐵穿過線圈的磁場方向相反，由楞次定律知條形磁鐵是向下運動的，故B項正確．] 3．如圖1-4-10所示，勻強磁場與圓形導體環(huán)平面垂直，導體ef與環(huán)接觸良好，當ef向右勻速運動時 (　　) 圖1-4-10 A．圓環(huán)中磁通量不變，環(huán)上無感應電流產生 B．整個環(huán)中有順時針方向的電流 C．整個環(huán)中有逆時針方向的電流 D．環(huán)的右側有逆時針方向的電流，環(huán)的左側有

17、順時針方向的電流 D　[由右手定則知ef上的電流由e→f，故右側的電流方向為逆時針，左側的電流方向為順時針，選D.] 4．1931年，英國物理學家狄拉克曾經(jīng)從理論上預言：存在只有一個磁極的粒子，即“磁單極子”.1982年，美國物理學家卡布萊拉設計了一個尋找磁單極子的實驗．他設想，如果一個只有N極的磁單極子從上向下穿過如圖1-4-11所示的超導線圈，那么，從上向下看，超導線圈上將出現(xiàn)(　　) 圖1-4-11 A．先順時針方向，后逆時針方向的感應電流 B．先逆時針方向，后順時針方向的感應電流 C．順時針方向持續(xù)流動的感應電流 D．逆時針方向持續(xù)流動的感應電流 D　[N極磁單極子從上向下通過時，穿過線圈的磁通量先向下增加，接著突變?yōu)橄蛏蠝p少．故由楞次定律知，感應電流的磁場一直向上，故電流始終為逆時針．] 9