2017-2018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 [目標定位]　1.掌握右手定則.2.通過實驗探究，感受楞次定律的實驗推導過程，培養(yǎng)觀察實驗，分析、歸納、總結(jié)物理規(guī)律的能力.3.理解楞次定律的內(nèi)容及知道右手定則實際上是楞次定律的一種表現(xiàn)形式并應用楞次定律判定感應電流的方向. 一、右手定則 1.當導體做切割磁感線運動時，可以用右手定則判斷感應電流的方向. 右手定則：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(nèi)，讓磁感線從手心穿入，大拇指指向?qū)w運動方向，這時四指的指向就是感應電流的方向. 2.當切割磁感線時四指的指向就是感應電流的方向，即感應電動勢的方向(注意等效電源內(nèi)部感應電流方向由負極指

2、向正極). 例1　下圖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，其中能產(chǎn)生由a到b的感應電流的是(　　) 解析　由右手定則判知，A中感應電流方向為a→b，B、C、D中均為b→a. 答案　A 二、楞次定律 1.實驗探究 將螺線管與電流表組成閉合回路，分別將N極、S極插入、拔出螺線管，如圖1所示，記錄感應電流方向如下： 圖1 2.分析 操作方法 內(nèi)容　　 甲 乙 丙 丁 N極向下 插入線圈 N極向上 拔出線圈 S極向下 插入線圈 S極向上 拔出線圈 原來磁場的方向 向下 向下 向上 向上 原

3、來磁場的磁通量變化 增大 減小 增大 減小 感應電流方向 逆時針 (俯視) 順時針 (俯視) 順時針 (俯視) 逆時針 (俯視) 感應電流的磁場方向 向上 向下 向下 向上 原磁場的方向與感應 電流的磁場方向的關系 相反 相同 相反 相同 3.楞次定律 (1)內(nèi)容：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. (2)簡化表述： 增反減同 (3)適用情況：所有電磁感應現(xiàn)象. 深度思考 感應電流的磁場與原磁場的方向，是相同還是相反？感應電流的磁場起到什么作用？ 答案　當磁通量增加時，感應電流的磁場與

4、原磁場的方向相反；當磁通量減少時，感應電流的磁場與原磁場的方向相同.感應電流的磁場總是阻礙磁通量的變化. 例2　如圖2所示，是“研究電磁感應現(xiàn)象”的實驗裝置. 圖2 (1)將實物電路中所缺的導線補充完整. (2)如果在閉合開關時發(fā)現(xiàn)靈敏電流計的指針向右偏了一下，那么閉合開關后，將線圈L1迅速插入線圈L2中，靈敏電流計的指針將________偏轉(zhuǎn).(選填“向左”“向右”或“不”) (3)線圈L1插入線圈L2后，將滑動變阻器的滑片迅速向右移動時，靈敏電流計的指針將________偏轉(zhuǎn).(選填“向左”“向右”或“不”) 解析　(1)補充的實物電路如圖所示. (2)已知閉

5、合開關瞬間，線圈L2中的磁通量增加，產(chǎn)生的感應電流使靈敏電流計的指針向右偏轉(zhuǎn).當開關閉合后，將線圈L1迅速插入線圈L2中時，線圈L2中的磁通量增加，由已知條件可知產(chǎn)生的感應電流也應使靈敏電流計的指針向右偏轉(zhuǎn). (3)滑動變阻器的滑片迅速向右移動，線圈L1中的電流變小，線圈L2中的磁場方向不變，磁通量減少，則靈敏電流計的指針向左偏轉(zhuǎn). 答案　(1)見解析圖　(2)向右　(3)向左 在“研究電磁感應現(xiàn)象”的實驗中，用線圈產(chǎn)生的磁場模擬條形磁鐵的磁場，要注意三點： (1)線圈L2與靈敏電流計直接相連，了解靈敏電流計指針的偏轉(zhuǎn)方向與電流方向之間的關系. (2)明確線圈L1中電流的變化.

6、 (3)明確線圈L2中磁通量的變化及磁場方向. 三、楞次定律的理解及應用 1.楞次定律的理解 (1)因果關系：磁通量發(fā)生變化是原因，產(chǎn)生感應電流是結(jié)果，原因產(chǎn)生結(jié)果，結(jié)果又反過來影響原因. (2)楞次定律中“阻礙”的含義 → ↓ → ↓ → ↓ → 2.應用楞次定律判斷感應電流方向的步驟： 深度思考 (1)右手定則與楞次定律有什么關系？兩定律各在什么情況下使用較方便？ (2)什么情況下應用右手定則，什么情況下應用左手定則？ 答案　(1)導體運動切割磁感線產(chǎn)生感應電流是磁通量變化引起感應電流的特例，所以右手定則是楞次定律的特例. ①楞

7、次定律適用于所有電磁感應現(xiàn)象，對于磁感應強度B隨時間t變化而產(chǎn)生的電磁感應現(xiàn)象較方便. ②右手定則只適用于導體做切割磁感線運動的情況. (2)判斷感應電流的方向(即因動而生電)時用右手定則； 判斷通電導線受到的安培力(即因電而受力)時用左手定則. 例3　關于楞次定律，下列說法中正確的是(　　) A.感應電流的磁場總是阻礙原磁場的增強 B.感應電流的磁場總是阻礙原磁場的減弱 C.感應電流的磁場總是和原磁場方向相反 D.感應電流的磁場總是阻礙原磁通量的變化 解析　楞次定律的內(nèi)容：感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化，故選D. 答案

8、　D 例4　下列各圖是驗證楞次定律實驗的示意圖，豎直放置的線圈固定不動，將磁鐵從線圈上方插入或拔出，由線圈和電流表構(gòu)成的閉合回路中就會產(chǎn)生感應電流.各圖中分別標出了磁鐵的極性、磁鐵相對線圈的運動方向以及線圈中產(chǎn)生的感應電流的方向等情況，其中正確的是(　　) 解析　根據(jù)楞次定律可確定感應電流的方向：以C選項為例，當磁鐵向下運動時：(1)閉合線圈中的原磁場的方向——向上；(2)穿過閉合線圈的磁通量的變化——增加；(3)感應電流產(chǎn)生的磁場方向——向下；(4)利用安培定則判斷感應電流的方向——與圖中箭頭方向相同.線圈的上端為S極，磁鐵與線圈相互排斥.運用以上分析方法可知，C、D正確. 答

9、案　CD 1.(楞次定律的應用)電阻R、電容C與一線圈連成閉合回路，條形磁鐵靜止于線圈的正上方，N極朝下，如圖3所示.現(xiàn)使磁鐵開始自由下落，在N極接近線圈上端的過程中，流過R的電流方向和電容器極板的帶電情況是(　　) 圖3 A.從a到b，上極板帶正電 B.從a到b，下極板帶正電 C.從b到a，上極板帶正電 D.從b到a，下極板帶正電 答案　B 解析　穿過線圈的磁場方向向下，磁鐵接近時，線圈中磁通量增加，由楞次定律知，產(chǎn)生感應電流的磁場方向向上，由安培定則可知，流過R的電流方向是從a到b，a點電勢高于b點電勢，對電容器充電，故電容器下極板帶正電，B正確. 2.(楞次

10、定律的應用)(多選)如圖4所示，通電直導線L和平行直導線放置的閉合導體框abcd，當通電導線L運動時，以下說法正確的是(　　) 圖4 A.當導線L向左平移時，導體框abcd中感應電流的方向為abcda B.當導線L向左平移時，導體框abcd中感應電流的方向為adcba C.當導線L向右平移時，導體框abcd中感應電流的方向為abcda D.當導線L向右平移時，導體框abcd中感應電流的方向為adcba 答案　AD 解析　當導線L向左平移時，閉合導體框abcd中磁場減弱，磁通量減少，abcd回路中產(chǎn)生的感應電流的磁場將阻礙磁通量的減少，由于導線L在abcd中磁場方向垂直紙面向里

11、，所以abcd中感應電流的磁場方向應為垂直紙面向里，由安培定則可知感應電流的方向為abcda，選項A正確；當導線L向右平移時，閉合電路abcd中磁場增強，磁通量增加，abcd回路中產(chǎn)生的感應電流的磁場將阻礙磁通量的增加，可知感應電流的磁場為垂直紙面向外，再由安培定則可知感應電流的方向為adcba，選項D正確. 3.(右手定則的應用)如圖5所示，勻強磁場與圓形導體環(huán)所在平面垂直，導體ef與環(huán)接觸良好，當ef向右勻速運動時(　　) 圖5 A.圓環(huán)中磁通量不變，環(huán)上無感應電流產(chǎn)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(cè)有逆時針方向的電流，環(huán)的左側(cè)

12、有順時針方向的電流 答案　D 解析　由右手定則知ef上的電流由e→f，故右側(cè)的電流方向為逆時針，左側(cè)的電流方向為順時針，選D. 4．(右手定則的應用)如圖6所示，一個有界勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向外，一個矩形閉合導線框abcd，沿紙面由位置1(左)勻速運動到位置2(右)，則(　　) 圖6 A．導線框進入磁場時，感應電流方向為a→b→c→d→a B．導線框離開磁場時，感應電流方向為a→d→c→b→a C．導線框離開磁場時，受到的安培力方向水平向右 D．導線框進入磁場時，受到的安培力方向水平向左 答案　D 解析　根據(jù)右手定則可知導線框進入磁場時，感應電流方向為a→d→

13、c→b→a，離開磁場時感應電流為a→b→c→d→a，所以A、B均錯誤，再根據(jù)左手定則知，C錯誤，D正確. 題組一　對楞次定律的理解和應用 1.根據(jù)楞次定律知，感應電流的磁場一定是(　　) A.阻礙引起感應電流的磁通量 B.與引起感應電流的磁場方向相反 C.阻礙引起感應電流的磁場的磁通量的變化 D.與引起感應電流的磁場方向相同 答案　C 解析　感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁場的磁通量的變化. 2.某實驗小組用如圖1所示的實驗裝置來驗證楞次定律.當條形磁鐵自上而下穿過固定的線圈時，通過電流計的感應電流的方向是(　　) 圖1 A.a→G→b B.先a

14、→G→b，后b→G→a C.b→G→a D.先b→G→a，后a→G→b 答案　D 解析　條形磁鐵進入線圈的過程中：①確定原磁場的方向：條形磁鐵在穿入線圈的過程中，磁場方向向下.②明確閉合回路中磁通量變化的情況：向下的磁通量增加.③由楞次定律的“增反減同”可知：線圈中的感應電流產(chǎn)生的磁場方向向上.④應用安培定則可以判斷感應電流的方向為逆時針(俯視)，即：電流的方向從b→G→a.同理可以判斷出條形磁鐵穿出線圈的過程中，向下的磁通量減少，由楞次定律可得：線圈中將產(chǎn)生順時針方向的感應電流(俯視)，即：電流的方向從a→G→b. 3.1931年，英國物理學家狄拉克從理論上預言：存在只有一個磁極的

15、粒子，即“磁單極子”.1982年，美國物理學家卡布萊設計了一個尋找磁單極子的實驗.他設想，如果一個只有S極的磁單極子從上向下穿過如圖2所示的超導線圈，那么從上向下看，超導線圈的感應電流是(　　) 圖2 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 答案　C 解析　S磁單極子靠近超導線圈時，線圈中磁通量向上增加，由楞次定律可以判斷，從上向下看感應電流為順時針方向；當S磁單極子遠離超導線圈時，線圈中磁通量向下減少，感應電流方向仍為順時針方向，C正確. 4.1831年法拉第把

16、兩個線圈繞在一個鐵環(huán)上，A線圈與電源、滑動變阻器R組成一個回路，B線圈與開關S、電流表G組成另一個回路，如圖3所示.通過多次實驗，法拉第終于總結(jié)出產(chǎn)生感應電流的條件.關于該實驗，下列說法正確的是(　　) 圖3 A.閉合開關S的瞬間，電流表G中有a→b的感應電流 B.閉合開關S的瞬間，電流表G中有b→a的感應電流 C.閉合開關S后，在增大電阻R的過程中，電流表G中有a→b的感應電流 D.閉合開關S后，在增大電阻R的過程中，電流表G中有b→a的感應電流 答案　D 解析　在滑片不動的情況下，A線圈中通過的是恒定電流，產(chǎn)生的磁場是恒定的，所以B線圈中不產(chǎn)生感應電流，所以選項A、B錯誤

17、；在增大電阻R的過程中，A線圈中通過的是逐漸減弱的電流，即線圈B處于逐漸減弱的磁場中，由安培定則和楞次定律可判斷得知，電流表中的電流從b→a，故選項C錯誤，D正確. 5.如圖4所示，金屬環(huán)所在區(qū)域存在著勻強磁場，磁場方向垂直紙面向里．當磁感應強度逐漸增大時，內(nèi)、外金屬環(huán)中感應電流的方向為(　　) 圖4 A．外環(huán)順時針、內(nèi)環(huán)逆時針 B．外環(huán)逆時針，內(nèi)環(huán)順時針 C．內(nèi)、外環(huán)均為逆時針 D．內(nèi)、外環(huán)均為順時針 答案　B 解析　首先明確研究的回路由外環(huán)和內(nèi)環(huán)共同組成，回路中包圍的磁場方向垂直紙面向里且內(nèi)、外環(huán)之間的磁通量增加．由楞次定律可知兩環(huán)之間的感應電流的磁場方向與原磁場方向相

18、反，垂直于紙面向外，再由安培定則判斷出感應電流的方向是：在外環(huán)沿逆時針方向，在內(nèi)環(huán)沿順時針方向，故選項B正確． 6.如圖5所示，閉合金屬圓環(huán)沿垂直于磁場方向放置在勻強磁場中，將它從勻強磁場中勻速拉出，以下各種說法中正確的是(　　) 圖5 A.向左拉出和向右拉出時，環(huán)中感應電流方向相反 B.向左或向右拉出時，環(huán)中感應電流方向都是沿順時針方向 C.向左或向右拉出時，環(huán)中感應電流方向都是沿逆時針方向 D.將圓環(huán)拉出磁場的過程中，當環(huán)全部處在磁場中運動時，也有感應電流產(chǎn)生 答案　B 解析　圓環(huán)中感應電流的方向，取決于圓環(huán)中磁通量的變化情況，向左或向右將圓環(huán)拉出磁場的過程中，圓環(huán)中垂

19、直紙面向里的磁感線的條數(shù)都要減少，根據(jù)楞次定律可知，感應電流產(chǎn)生的磁場的方向與原磁場方向相同，即都垂直紙面向里，可以判斷出感應電流的方向沿順時針方向.圓環(huán)全部處在磁場中運動時，雖然導線做切割磁感線運動，但環(huán)中磁通量不變，只有圓環(huán)離開磁場，環(huán)的一部分在磁場中，另一部分在磁場外時，環(huán)中磁通量才發(fā)生變化，環(huán)中才有感應電流.B選項正確. 7.如圖6所示，金屬線框與直導線AB在同一平面內(nèi)，直導線中通有電流I，若將線框由位置1拉至位置2的過程中，線框中感應電流的方向是(　　) 圖6 A.先順時針，后逆時針，再順時針 B.始終順時針 C.先逆時針，后順時針，再逆時針 D.始終逆時針 答案　

20、C 8.如圖7所示，AOC是光滑的金屬軌道，AO沿豎直方向，OC沿水平方向，PQ是一根金屬直桿立在導軌上，直桿從圖示位置由靜止開始在重力作用下運動，運動過程中Q端始終在OC上，空間存在著垂直紙面向外的勻強磁場，則在PQ桿滑動的過程中，下列判斷正確的是(　　) 圖7 A．感應電流的方向始終是由P→Q B．感應電流的方向先是由P→Q，后是由Q→P C．PQ受磁場力的方向垂直于桿向左 D．PQ受磁場力的方向先垂直于桿向右，后垂直于桿向左 答案　B 解析　在PQ桿滑動的過程中，桿與導軌所圍成的三角形面積先增大后減小，三角形POQ內(nèi)的磁通量先增大后減小，由楞次定律可判斷B項對，A項錯

21、；再由PQ中電流方向及左手定則可判斷C、D項錯誤．故選B. 9.(多選)北半球地磁場的豎直分量向下.如圖8所示，在北京某中學實驗室的水平桌面上，放置一個邊長為L的正方形閉合導體線框abcd，線框的ab邊沿南北方向，ad邊沿東西方向.下列說法中正確的是(　　) 圖8 A.若使線框向東平動，則a點的電勢比b點的電勢低 B.若使線框向北平動，則a點的電勢比b點的電勢低 C.若以ab為軸將線框向上翻轉(zhuǎn)，則線框中感應電流方向為a→b→c→d→a D.若以ab為軸將線框向上翻轉(zhuǎn)，則線框中感應電流方向為a→d→c→b→a 答案　AC 解析　線框向東平動時，ba和cd兩邊切割磁感線，且兩邊

22、切割磁感線產(chǎn)生的感應電動勢大小相同，a點電勢比b點電勢低，A對；同理，線框向北平動，則a、b電勢相等，高于c、d兩點電勢，B錯；以ab為軸將線框向上翻轉(zhuǎn)，向下的磁通量減少了，感應電流的磁場方向應該向下，再由安培定則知，感應電流的方向為a→b→c→d→a，則C對，D錯. 題組二　右手定則的應用 10．(多選)如圖9所示，光滑平行金屬導軌PP′和QQ′，都處于同一水平面內(nèi)，P和Q之間連接一電阻R，整個裝置處于豎直向下的勻強磁場中，現(xiàn)在垂直于導軌放置一根導體棒MN，用一水平向右的力F拉動導體棒MN，以下關于導體棒MN中感應電流方向和 它所受安培力的方向的說法正確的是(　　) 圖9 A

23、．感應電流方向是N→M　　 B．感應電流方向是M→N C．安培力水平向左 D．安培力水平向右 答案　AC 解析　由右手定則易知，MN中感應電流方向是N→M，再由左手定則可判知，MN所受安培力方向垂直導體棒水平向左． 11.(多選)如圖10所示，導體棒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水平向左移動時(　　) 圖10 A.導體棒AB中感應電流的方向為A到B B.導體棒AB中感應電流的方向為B到A C.導體棒CD水平向左移動 D.導體棒CD水平向右移動 答案　AD 解析　當導體棒AB向左移動時，由右手定則可判斷回路中感應

24、電流方向為A→B→C→D→A，故A項正確，B項錯誤；再根據(jù)左手定則可確定CD棒受力水平向右，故C項錯誤，D項正確. 12.(多選)某地的地磁場磁感應強度的豎直分量方向向下，大小為4.5×10－5T.一靈敏電壓表連接在當?shù)厝牒：佣蔚膬砂叮訉?00m，該河段漲潮和落潮時有海水(視為導體)流過，設落潮時，海水自西向東流，流速為2m/s.下列說法正確的是(　　) A.電壓表記錄的電壓為5mV B.電壓表記錄的電壓為9mV C.河南岸的電勢較高 D.河北岸的電勢較高 答案　BD 解析　海水在落潮時自西向東流，該過程可以理解為：自西向東運動的導體在切割豎直向下的磁感線，根據(jù)右手定則可判斷，

25、北岸是正極，電勢高，南岸電勢低，所以C錯誤，D正確；根據(jù)法拉第電磁感應定律E＝Blv＝4.5×10－5×100×2V＝9×10－3V，所以A錯誤，B正確. 13.如圖11所示，一個金屬圓盤安裝在豎直的轉(zhuǎn)動軸上，置于蹄形磁鐵之間，兩塊銅片A、O分別與金屬圓盤的邊緣和轉(zhuǎn)動軸接觸.若使金屬圓盤按圖示方向(俯視順時針方向)轉(zhuǎn)動起來，下列說法正確的是(　　) 圖11 A.電阻R中有Q→R→P方向的感應電流 B.電阻R中有P→R→Q方向的感應電流 C.穿過圓盤的磁通量始終沒有變化，電阻R中無感應電流 D.調(diào)換磁鐵的N、S極同時改變金屬圓盤的轉(zhuǎn)動方向，R中感應電流的方向也會發(fā)生改變 答案　B 解析　根據(jù)右手定則可判斷出R中有P→R→Q方向的感應電流，B正確，A、C錯.D選項中流過R的感應電流方向不變，D錯. 13