2019-2020年高中物理 第1章 第4節(jié) 楞次定律學(xué)案 教科版選修3-2.doc

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2019-2020年高中物理 第1章 第4節(jié) 楞次定律學(xué)案 教科版選修3-2 [目標(biāo)定位] 1.正確理解楞次定律的內(nèi)容及其本質(zhì).2.掌握右手定則，并理解右手定則實際上為楞次定律的一種具體表現(xiàn)形式.3.能夠熟練運用楞次定律和右手定則判斷感應(yīng)電流的方向． 一、右手定則 [問題設(shè)計] 如圖1所示的電路中，G為電流計(已知電流由左接線柱流入，指針向左偏，由右接線柱流入，指針向右偏)，當(dāng)ab在磁場中切割磁感線運動時，指針的偏轉(zhuǎn)情況如表所示． 圖1 導(dǎo)體棒ab 的運動 指針偏轉(zhuǎn)方向 回路中電 流方向 向右 向左 順時針 向左 向右 逆時針 分析磁場方向、導(dǎo)體切割磁感線運動方向和感應(yīng)電流方向之間的關(guān)系并總結(jié)規(guī)律． 答案　磁場方向、導(dǎo)體切割磁感線運動方向和感應(yīng)電流方向之間的關(guān)系滿足右手定則． [要點提煉] 1．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(yīng)電流的方向，也就是感應(yīng)電動勢的方向．(注意等效電源的正、負(fù)極) 2．適用條件：只適用于導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動的情況． 3．當(dāng)切割磁感線時四指的指向就是感應(yīng)電流的方向，即感應(yīng)電動勢的方向(在等效電源內(nèi)，從負(fù)極指向正極)． 二、楞次定律 [問題設(shè)計] 根據(jù)如圖2甲、乙、丙、丁所示進行電路圖連接與實驗操作，并填好實驗現(xiàn)象記錄表格． 圖2 　　 操作方法 填寫內(nèi)容　　 甲 乙 丙 丁 S極 插入線圈 S極 拔出線圈 N極 插入線圈 N極 拔出線圈 原磁場的方向 向上 向上 向下 向下 原磁場的磁通量變化 增加 減小 增加 減小 感應(yīng)電流方向 順時針 (俯視) 逆時針 (俯視) 逆時針 (俯視) 順時針 (俯視) 感應(yīng)電流的磁場方向 向下 向上 向上 向下 原磁場與感應(yīng)電流的磁場方向的關(guān)系 相反 相同 相反 相同 (1)分析感應(yīng)電流的磁場方向是否總是與原磁場方向相反或相同？什么時候相反？什么時候相同？感應(yīng)電流的磁場對原磁場磁通量變化有何影響？ 答案　不一定，有時相反，有時相同；閉合回路中原磁場的磁通量增加時，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向相反；閉合回路中原磁場的磁通量減小時，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向與原磁場方向相同；感應(yīng)電流的磁場總是阻礙原磁場磁通量的變化． (2)分析當(dāng)磁鐵靠近或遠(yuǎn)離線圈時兩者的相互作用有什么規(guī)律？ 答案　當(dāng)條形磁鐵插入時，磁鐵與線圈的磁極是同名磁極相對；當(dāng)條形磁鐵拔出時，磁鐵與線圈的磁極是異名磁極相對．即兩者靠近時，相互排斥；兩者遠(yuǎn)離時，相互吸引．感應(yīng)電流總要阻礙原磁場的相對運動． [要點提煉] 1．楞次定律：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化． 2．楞次定律中“阻礙”的含義： (1)誰在阻礙——感應(yīng)電流的磁場． (2)阻礙什么——阻礙的是穿過回路的磁通量的變化，而不是磁通量本身． (3)如何阻礙——當(dāng)原磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反；當(dāng)原磁通量減小時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同，“阻礙”不一定是感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相反，而是“增反減同”． (4)阻礙效果——阻礙并不是阻止，最終增加的還是增加，減小的還是減小，只是延緩了原磁場的磁通量的變化． 3．(1)楞次定律是普遍適用的．既可判斷因磁場變化在閉合電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向，又可判斷在磁場中運動的一段導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向． (2)右手定則只能判斷在磁場中運動的一段導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向． 三、楞次定律的應(yīng)用 [問題設(shè)計] 在長直通電導(dǎo)線附近有一閉合線圈abcd，如圖3所示．當(dāng)直導(dǎo)線中的電流強度I逐漸減小時，試判斷線圈中感應(yīng)電流的方向． 圖3 請從解答此題的實踐中，體會用楞次定律判定感應(yīng)電流方向的具體思路． 答案　線圈abcd中感應(yīng)電流方向為順時針方向． 若要判定感應(yīng)電流的方向，需先弄清楚感應(yīng)電流的磁場方向．根據(jù)楞次定律“阻礙”的含義，則要先明確原磁場的方向及其磁通量的變化情況． [要點提煉] 應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的步驟： (1)明確研究對象是哪一個閉合電路． (2)明確原磁場的方向． (3)判斷閉合回路內(nèi)原磁場的磁通量是增加還是減?。? (4)由楞次定律判斷感應(yīng)電流的磁場方向． (5)由安培定則判斷感應(yīng)電流的方向． 一、右手定則的應(yīng)用 例1　下列圖中表示閉合電路中的一部分導(dǎo)體ab在磁場中做切割磁感線運動的情景，導(dǎo)體ab上的感應(yīng)電流的方向為a→b的是(　　) 解析　題中四圖都屬于閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線，應(yīng)用右手定則判斷可得：A中感應(yīng)電流的方向為a→b，B中感應(yīng)電流的方向為b→a，C中感應(yīng)電流沿a→d→c→b→a方向，D中感應(yīng)電流的方向為b→a.故選A. 答案　A 二、對楞次定律的理解 例2　關(guān)于楞次定律，下列說法中正確的是 (　　) A．感應(yīng)電流的磁場總是阻礙原磁場的增強 B．感應(yīng)電流的磁場總是阻礙原磁場的減弱 C．感應(yīng)電流的磁場總是和原磁場方向相反 D．感應(yīng)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(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，故選D. 答案　D 三、楞次定律的應(yīng)用 例3　如圖4所示，通電導(dǎo)線旁邊同一平面有矩形線圈abcd，則(　　) 圖4 A．若線圈向右平動，其中感應(yīng)電流方向是a→b→c→d B．若線圈豎直向下平動，無感應(yīng)電流產(chǎn)生 C．當(dāng)線圈以ad邊為軸轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)動角度小于90，其中感應(yīng)電流方向是a→b→c→d D．當(dāng)線圈向?qū)Ь€靠近時，其中感應(yīng)電流方向是a→b→c→d 解析　先由右手螺旋定則判斷出導(dǎo)線產(chǎn)生的原磁場在線圈處垂直紙面向里，當(dāng)線圈向右平動時，通過線圈的磁通量減小，感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相同，感應(yīng)電流的方向為a→d→c→b，A錯．若線圈豎直向下平動時，磁通量不變，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，B正確．當(dāng)線圈以ad邊為軸轉(zhuǎn)動時，其中感應(yīng)電流方向是a→d→c→b，C錯．當(dāng)線圈向?qū)Ь€靠近時，磁通量增大，感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相反，感應(yīng)電流的方向是a→b→c→d，D正確． 答案　BD 1．(對楞次定律的理解)關(guān)于楞次定律，下列說法正確的是 (　　) A．感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化 B．閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中運動時，必受磁場阻礙作用 C．原磁場穿過閉合回路的磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場同向 D．感應(yīng)電流的磁場總是跟原磁場反向，阻礙原磁場的變化 答案　A 解析　感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，選項A正確；閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中平行磁感線運動時，不受磁場阻礙作用，選項B錯誤；原磁場穿過閉合回路的磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場反向，選項C錯誤；當(dāng)原磁場增強時感應(yīng)電流的磁場與原磁場反向，當(dāng)原磁場減弱時與原磁場同向，選項D錯誤． 2. 磁場垂直穿過一個圓形線框，由于磁場的變化，在線框中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，如圖5所示，則以下說法正確的是(　　) 圖5 A．若磁場方向垂直線框向里，則此磁場的磁感應(yīng)強度是在增強 B．若磁場方向垂直線框向里，則此磁場的磁感應(yīng)強度是在減弱 C．若磁場方向垂直線框向外，則此磁場的磁感應(yīng)強度是在增強 D．若磁場方向垂直線框向外，則此磁場的磁感應(yīng)強度是在減弱 答案　BC 解析　感應(yīng)電流的方向為順時針方向，由安培定則知感應(yīng)電流的磁場垂直紙面向里，由楞次定律中的“增反減同”可知，可能是方向垂直紙面向里的磁場正在減弱或是方向垂直紙面向外的磁場正在增強，正確選項應(yīng)為B、C. 3. (楞次定律的應(yīng)用)如圖6所示，在水平面上有一個閉合的線圈，將一根條形磁鐵從線圈的上方插入線圈中，在磁鐵進入線圈的過程中，線圈中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁鐵會受到線圈中電流的作用力，若從線圈上方俯視，關(guān)于感應(yīng)電流和作用力的方向，以下判斷正確的是 (　　) 圖6 A．若磁鐵的N極向下插入，線圈中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流 B．若磁鐵的S極向下插入，線圈中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流 C．無論N極向下插入還是S極向下插入，磁鐵都受到向下的引力 D．無論N極向下插入還是S極向下插入，磁鐵都受到向上的斥力 答案　BD 解析　若磁鐵的N極向下插入，穿過線圈的磁通量增加，磁場方向向下，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場方向向上，由右手螺旋定則知，線圈中產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流，故A錯誤；若磁鐵的S極向下插入，穿過線圈的磁通量增加，磁場方向向上，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場方向向下，由右手螺旋定則知，線圈中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，故B正確；通電線圈的磁場與條形磁鐵相似，根據(jù)安培定則判斷可知，當(dāng)N極向下插入時，線圈上端相當(dāng)于N極，當(dāng)S極向下插入時，線圈上端相當(dāng)于S極，存在斥力，故C錯誤，D正確．導(dǎo)體與磁體的作用力也可以根據(jù)楞次定律的另一種表述判斷：感應(yīng)電流的磁場總要阻礙導(dǎo)體與磁體間的相對運動，無論N極向下插入還是S極向下插入，磁體與線圈的相對位置都在減小，故磁體與線圈之間存在斥力． 4. (右手定則的應(yīng)用)如圖7所示，光滑平行金屬導(dǎo)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)在將垂直于導(dǎo)軌放置一根導(dǎo)體棒MN，用一水平向右的力F拉動導(dǎo)體棒MN，以下關(guān)于導(dǎo)體棒MN中感應(yīng)電流的方向和它所受安培力的方向的說法正確的是(　　) 圖7 A．感應(yīng)電流方向是N→M B．感應(yīng)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　由右手定則知，MN中感應(yīng)電流方向是N→M，再由左手定則可知，MN所受安培力的方向垂直導(dǎo)體棒水平向左，故選A、C. 題組一　對楞次定律的理解 1．關(guān)于感應(yīng)電流，以下說法中正確的是 (　　) A．感應(yīng)電流的方向總是與原電流的方向相反 B．感應(yīng)電流的方向總是與原電流的方向相同 C．感應(yīng)電流的磁場總是阻礙閉合電路內(nèi)原磁場的磁通量的變化 D．感應(yīng)電流的磁場總是與原線圈內(nèi)的磁場方向相反 答案　C 解析　由楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場總是阻礙閉合電路內(nèi)部原磁場的磁通量的變化，故C正確；如果原磁場中的磁通量是增大的，則感應(yīng)電流的磁場方向就與它相反，來消弱它的增大，如果原磁場中的磁通量是減小的，則感應(yīng)電流的磁場方向就與它相同，來阻礙它的減小，故A、B、D錯誤． 2．根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場一定是 (　　) A．與引起感應(yīng)電流的磁場反向 B．阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化 C．阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化 D．使電路磁通量為零 答案　C 解析　由楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起它的原磁通量的變化，具體來說就是“增反減同”，因此C正確． 題組二　楞次定律的應(yīng)用 3．如圖是驗證愣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，線圈和電流表構(gòu)成的閉合回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，各圖中分別標(biāo)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(yīng)電流的方向等情況，其中表示正確的是(　　) 答案　CD 解析　先根據(jù)愣次定律“來拒去留”判斷線圈的N極和S極．A中線圈上端應(yīng)為N極，B中線圈上端應(yīng)為N極，C中線圈上端應(yīng)為S極，D中線圈上端應(yīng)為S極，再根據(jù)安培定則確定感應(yīng)電流的方向，A、B錯誤，C、D正確． 4. 矩形導(dǎo)線框abcd與長直導(dǎo)線MN放在同一水平面上，ab邊與MN平行，導(dǎo)線MN中通入如圖1所示的電流，當(dāng)MN中的電流增大時，下列說法正確的是 (　　) 圖1 A．導(dǎo)線框abcd中沒有感應(yīng)電流 B．導(dǎo)線框abcd中有順時針方向的感應(yīng)電流 C．導(dǎo)線框所受的安培力的合力方向水平向左 D．導(dǎo)線框所受的安培力的合力方向水平向右 答案　D 解析　直導(dǎo)線中通有向上增大的電流，根據(jù)安培定則知，通過線框的磁場方向垂直紙面向里，且增大，根據(jù)楞次定律知感應(yīng)電流的方向為逆時針方向，故A、B錯誤．根據(jù)左手定則知，ab邊所受安培力的方向水平向右，cd邊所受安培力的方向水平向左，離導(dǎo)線越近，磁感應(yīng)強度越大，所以ab邊所受的安培力大于cd邊所受的安培力，則線框所受的安培力的合力方向水平向右，故C錯誤，D正確． 5. 如圖2所示，勻強磁場垂直于圓形線圈指向紙里，a、b、c、d為圓形線圈上等距離的四點，現(xiàn)用外力作用在上述四點，將線圈拉成正方形．設(shè)線圈導(dǎo)線不可伸長，且線圈仍處于原先所在的平面內(nèi)，則在線圈發(fā)生形變的過程中(　　) 圖2 A．線圈中將產(chǎn)生沿a→d→c→b方向的感應(yīng)電流 B．線圈中將產(chǎn)生沿a→b→c→d方向的感應(yīng)電流 C．線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向先是沿a→b→c→d方向，后是沿a→d→c→b方向 D．線圈中無感應(yīng)電流產(chǎn)生 答案　B 解析　將線圈拉成正方形其面積減小，穿過線圈的磁通量減小，由楞次定律可判知線圈中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，B選項正確． 6. 如圖3所示，一根條形磁鐵自左向右穿過一個閉合螺線管，則電路中 (　　) 圖3 A．始終有感應(yīng)電流自a向b流過電流表G B．始終有感應(yīng)電流自b向a流過電流表G C．先有a→G→b方向的感應(yīng)電流，后有b→G→a方向的感應(yīng)電流 D．將不會產(chǎn)生感應(yīng)電流 答案　C 解析　當(dāng)條形磁鐵進入螺線管時，閉合線圈中的磁通量增加，當(dāng)條形磁鐵穿出螺線管時，閉合線圈中的磁通量減小，由楞次定律可知C正確． 7. 如圖4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軌道上，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4 A．感應(yīng)電流的方向始終是P→Q B．感應(yīng)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(dǎo)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．再由PQ中電流方向及左手定則可判斷C、D項錯誤． 8. 如圖5所示，金屬線框與直導(dǎo)線AB在同一平面內(nèi)，直導(dǎo)線中通有電流I，將線框由位置1拉至位置2的過程中，線框中感應(yīng)電流的方向是 (　　) 圖5 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　C 解析　在靠近直導(dǎo)線直到處于中間位置的過程中，磁通量先增大后減小，原磁場方向垂直紙面向里，感應(yīng)電流的磁場方向應(yīng)先垂直紙面向外后垂直紙面向里，由右手螺旋定則可判斷電流方向為先逆時針后順時針，同理當(dāng)處于中間位置到線框全穿過直導(dǎo)線的過程中，感應(yīng)電流方向為順時針，當(dāng)遠(yuǎn)離導(dǎo)線的過程中，感應(yīng)電流方向為逆時針，故選C. 9. 如圖6所示，一對大磁極，中間處可視為勻強磁場，上、下邊緣處為非勻強磁場，一矩形導(dǎo)線框abcd保持水平，從兩磁極間中心上方某處開始下落，并穿過磁場，則(　　) 圖6 A．線框中有感應(yīng)電流，方向是先沿a→b→c→d→a方向后沿d→c→b→a→d方向 B．線框中有感應(yīng)電流，方向是先沿d→c→b→a→d方向后沿a→b→c→d→a方向 C．受磁場的作用，線框要發(fā)生轉(zhuǎn)動 D．線框中始終沒有感應(yīng)電流 答案　D 解析　由于線框從兩極間中心上方某處開始下落，根據(jù)對稱性知，下落過程中穿過線框abcd的磁通量始終是零，沒有變化，所以始終沒有感應(yīng)電流，因此不會受磁場的作用，故選項D正確． 題組三　右手定則的應(yīng)用 10. 如圖7所示，勻強磁場與圓形導(dǎo)體環(huán)平面垂直，導(dǎo)體ef與環(huán)接觸良好，當(dāng)ef向右勻速運動時(　　) 圖7 A．圓環(huán)中磁通量不變，環(huán)上無感應(yīng)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)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方向，左側(cè)的電流方向為順時針方向，選D. 11. 如圖8所示，同一平面內(nèi)的三條平行導(dǎo)線串有電阻R和r，導(dǎo)體棒PQ與三條導(dǎo)線接觸良好，勻強磁場的方向垂直紙面向里．導(dǎo)體棒的電阻可忽略，當(dāng)導(dǎo)體棒向左滑動時，下列說法正確的是(　　) 圖8 A．流過R的電流方向為由d到c，流過r的電流方向為由b到a B．流過R的電流方向為由c到d，流過r的電流方向為由b到a C．流過R的電流方向為由d到c，流過r的電流方向為由a到b D．流過R的電流方向為由c到d，流動r的電流方向為由a到b 答案　B 解析　根據(jù)磁場方向和導(dǎo)體棒的運動方向，用右手定則可以判斷出在PQ中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的方向由P指向Q，即導(dǎo)體棒下端電勢高、上端電勢低，所以在接入R的閉合電路中，電流由c流向d，在接入r的閉合電路中，電流由b流向a. 12．如圖9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分別與金屬盤的邊緣和轉(zhuǎn)動軸接觸．若使金屬盤按圖示方向(俯視為順時針方向)轉(zhuǎn)動起來，下列說法正確的是(　　) 圖9 A．電阻R中有Q→R→P方向的感應(yīng)電流 B．電阻R中有P→R→Q方向的感應(yīng)電流 C．穿過圓盤的磁通量始終沒有變化，電阻R中無感應(yīng)電流 D．調(diào)換磁鐵的N、S極同時改變金屬盤的轉(zhuǎn)動方向，R中感應(yīng)電流的方向也會發(fā)生改變 答案　B 解析　根據(jù)右手定則可判定R中有P→R→Q方向的感應(yīng)電流，B正確，A、C錯．流過R的感應(yīng)電流方向不變，D錯．