2017-2018学年高中物理 第四章 电磁感应 3 楞次定律学案 新人教版选修3-2

3 楞次定律目标定位1.理解楞次定律的内容，并应用楞次定律判定感应电流的方向.2.通过实验探究，感受楞次定律的实验推导过程，培养观察实验，分析、归纳、总结物理规律的能力.3.掌握右手定则，并理解右手定则实际上是楞次定律的一种表现形式.一、探究感应电流的方向1.实验探究将螺线管与电流表组成闭合回路，分别将N极、S极插入、抽出线圈，如图1所示，记录感应电流方向如下：图12.分析操作方法内容甲乙丙丁N极向下插入线圈N极向上抽出线圈S极向下插入线圈S极向上抽出线圈原来磁场的方向向下向下向上向上原来磁场的磁通量变化增大减小增大减小感应电流方向逆时针(俯视)顺时针(俯视)顺时针(俯视)逆时针(俯视)感应电流的磁场方向向上向下向下向上原磁场与感应电流的磁场方向的关系相反相同相反相同深度思考感应电流的磁场与原磁场的方向，是相同还是相反？感应电流的磁场起到什么作用？答案当磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同.感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化.例1如图2所示，是“研究电磁感应现象”的实验装置.图2(1)将实物电路中所缺的导线补充完整.(2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么闭合开关后，将线圈L1迅速插入线圈L2中，灵敏电流计的指针将_偏转.(选填“向左”“向右”或“不”)(3)线圈L1插入线圈L2后，将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时，灵敏电流计的指针将_偏转.(选填“向左”“向右”或“不”)解析(1)补充的实物电路如图所示.(2)已知闭合开关瞬间，线圈L2中的磁通量增加，产生的感应电流使灵敏电流计的指针向右偏转.当开关闭合后，将线圈L1迅速插入线圈L2中时，线圈L2中的磁通量增加，由已知条件可知产生的感应电流也应使灵敏电流计的指针向右偏转.(3)滑动变阻器的滑片迅速向右移动，线圈L1中的电流变小，线圈L2中的磁场方向不变，磁通量减少，则灵敏电流计的指针向左偏转.答案(1)见解析图(2)向右(3)向左在“研究电磁感应现象”的实验中，用线圈产生的磁场模拟条形磁铁的磁场，要注意三点：(1)线圈L2与灵敏电流计直接相连，了解灵敏电流计指针的偏转方向与电流方向之间的关系.(2)明确线圈L1中电流的变化.(3)明确线圈L2中磁通量的变化及磁场方向.二、楞次定律1.楞次定律(1)内容：感应电流具有这样的方向，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)简化表述：增反减同(3)适用情况：所有电磁感应现象.2.楞次定律的理解(1)因果关系：磁通量发生变化是原因，产生感应电流是结果，原因产生结果，结果又反过来影响原因.(2)楞次定律中“阻碍”的含义 当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，即“增反减同”深度思考(1)“阻碍”是否意味着“相反”.(2)“阻碍”与“阻止”的意思相同吗？答案(1)“阻碍”并不意味着“相反”，当磁通量减少时，“阻碍”意味着“相同”.(2)不相同，“阻碍”不是“阻止”，二者之间的程度不同.阻碍是使事情不能顺利发展，但还是向原来的方向发展了；阻止是使事情停止，不再向原来的方向发展了.例2关于楞次定律，下列说法中正确的是()A.感应电流的磁场总是阻碍原磁场的增强B.感应电流的磁场总是阻碍原磁场的减弱C.感应电流的磁场总是和原磁场方向相反D.感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化解析楞次定律的内容：感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，故选D.答案D例3下列各图是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或抽出，由线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流.各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中正确的是()解析根据楞次定律可确定感应电流的方向：以C选项为例，当磁铁向下运动时：(1)闭合线圈中的原磁场的方向向上；(2)穿过闭合线圈的磁通量的变化增加；(3)感应电流产生的磁场方向向下；(4)利用安培定则判断感应电流的方向与图中箭头方向相同.线圈的上端为S极，磁铁与线圈相互排斥.运用以上分析方法可知，C、D正确.答案CD应用楞次定律判断感应电流方向的步骤：三、右手定则1.当导体做切割磁感线运动时，可以用右手定则判断感应电流的方向.右手定则：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，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向.2.当切割磁感线时四指的指向就是感应电流的方向，即感应电动势的方向(注意等效电源内部感应电流方向由负极指向正极).深度思考(1)右手定则与楞次定律有什么关系？两定律各在什么情况下使用较方便？(2)什么情况下应用右手定则，什么情况下应用左手定则？答案(1)导体运动切割磁感线产生感应电流是磁通量变化引起感应电流的特例，所以右手定则是楞次定律的特例.楞次定律适用于所有电磁感应现象，对于磁感应强度B随时间t变化而产生的电磁感应现象较方便.右手定则只适用于导体做切割磁感线运动的情况.(2)因动而生电时用右手定则；因电而受力时用左手定则.例4下图表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景，其中能产生由a到b的感应电流的是()解析由右手定则判知，A中感应电流方向为ab，B、C、D中均为ba.答案A闭合电路的一部分导体切割磁感线时，应用右手定则比较方便.1.(楞次定律的应用)电阻R、电容C与一线圈连成闭合回路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图3所示.现使磁铁开始自由下落，在N极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是()图3A.从a到b，上极板带正电B.从a到b，下极板带正电C.从b到a，上极板带正电D.从b到a，下极板带正电答案B解析穿过线圈的磁场方向向下，磁铁接近时，线圈中磁通量增加，由楞次定律知，产生感应电流的磁场方向向上，由安培定则可知，流过R的电流方向是从a到b，a电势高于b，对电容器充电，故电容器下极板带正电，B正确.2.(楞次定律的应用)(多选)如图4所示，通电直导线L和平行直导线放置的闭合导体框abcd，当通电导线L运动时，以下说法正确的是()图4A.当导线L向左平移时，导体框abcd中感应电流的方向为abcdaB.当导线L向左平移时，导体框abcd中感应电流的方向为adcbaC.当导线L向右平移时，导体框abcd中感应电流的方向为abcdaD.当导线L向右平移时，导体框abcd中感应电流的方向为adcba答案AD解析当导线L向左平移时，闭合导体框abcd中磁场减弱，磁通量减少，abcd回路中产生的感应电流的磁场将阻碍磁通量的减少，由于导线L在abcd中磁场方向垂直纸面向里，所以abcd中感应电流的磁场方向应为垂直纸面向里，由安培定则可知感应电流的方向为abcda，选项A正确；当导线L向右平移时，闭合电路abcd中磁场增强，磁通量增加，abcd回路中产生的感应电流的磁场将阻碍磁通量的增加，可知感应电流的磁场为垂直纸面向外，再由安培定则可知感应电流的方向为adcba，选项D正确.3.(右手定则的应用)如图5所示，匀强磁场与圆形导体环所在平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时()图5A.圆环中磁通量不变，环上无感应电流产生B.整个环中有顺时针方向的电流C.整个环中有逆时针方向的电流D.环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流答案D解析由右手定则知ef上的电流由ef，故右侧的电流方向为逆时针，左侧的电流方向为顺时针，选D.4.(右手定则的应用)(多选)如图6所示，光滑平行金属导轨PP和QQ都处于同一水平面内，P和Q之间连接一电阻R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，现在垂直于导轨放置一根导体棒MN，用一水平向右的力F拉动导体棒MN，以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是()图6A.感应电流方向是NMB.感应电流方向是MNC.安培力方向水平向左D.安培力方向水平向右答案AC解析方法1：由右手定则知，MN中感应电流方向是NM，再由左手定则可判知，MN所受安培力方向垂直导体棒水平向左.方法2：由楞次定律知，本题中感应电流是由于MN相对于磁场向右运动引起的，则安培力必然阻碍这种相对运动，由安培力方向既垂直于电流方向又垂直于磁场方向可判知，MN所受安培力方向垂直于MN水平向左，再由右手定则，判断出感应电流的方向是NM.故选A、C.题组一对楞次定律的理解和应用1.根据楞次定律知，感应电流的磁场一定是()A.阻碍引起感应电流的磁通量B.与引起感应电流的磁场方向相反C.阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化D.与引起感应电流的磁场方向相同答案C解析感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化.2.某实验小组用如图1所示的实验装置来验证楞次定律.当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流计的感应电流的方向是()图1A.aGbB.先aGb，后bGaC.bGaD.先bGa，后aGb答案D解析条形磁铁进入线圈的过程中：确定原磁场的方向：条形磁铁在穿入线圈的过程中，磁场方向向下.明确闭合回路中磁通量变化的情况：向下的磁通量增加.由楞次定律的“增反减同”可知：线圈中的感应电流产生的磁场方向向上.应用安培定则可以判断感应电流的方向为逆时针(俯视)，即：电流的方向从bGa.同理可以判断出条形磁铁穿出线圈的过程中，向下的磁通量减少，由楞次定律可得：线圈中将产生顺时针方向的感应电流(俯视)，即：电流的方向从aGb.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S极的磁单极子从上向下穿过如图2所示的超导线圈，那么从上向下看，超导线圈的感应电流是()图2A.先顺时针方向，后逆时针方向的感应电流B.先逆时针方向，后顺时针方向的感应电流C.顺时针方向持续流动的感应电流D.逆时针方向持续流动的感应电流答案C解析S磁单极子靠近超导线圈时，线圈中磁通量向上增加，由楞次定律可以判断，从上向下看感应电流为顺时针方向；当S磁单极子远离超导线圈时，线圈中磁通量向下减少，感应电流方向仍为顺时针方向，C正确.4.1831年法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路，B线圈与开关S、电流表G组成另一个回路，如图3所示.通过多次实验，法拉第终于总结出产生感应电流的条件.关于该实验，下列说法正确的是()图3A.闭合开关S的瞬间，电流表G中有ab的感应电流B.闭合开关S的瞬间，电流表G中有ba的感应电流C.闭合开关S后，在增大电阻R的过程中，电流表G中有ab的感应电流D.闭合开关S后，在增大电阻R的过程中，电流表G中有ba的感应电流答案D解析在滑片不动的情况下，A线圈中通过的是恒定电流，产生的磁场是恒定的，所以B线圈中不产生感应电流，所以选项A、B错误；在滑片移动增大电阻R的过程中，A线圈中通过的是逐渐减弱的电流，即线圈B处于逐渐减弱的磁场中，由安培定则和楞次定律可判断得知，电流表中的电流从ba，故选项C错误，D正确.5.(多选)如图4所示，当磁铁运动时，流过电阻的电流是由A经R到B，则磁铁的运动可能是()图4A.向下运动B.向上运动C.向左运动D.以上都不可能答案BC解析本题可通过逆向应用楞次定律来判定.由感应电流方向ARB，应用安培定则得知感应电流在螺线管内产生的磁场方向应是从上指向下；运用楞次定律判得螺线管内磁通量的变化应是向下减少或向上增大；由条形磁铁的磁感线分布知，螺线管内原磁场是向下的，故应是磁通量减少，即磁铁向上运动或向左、向右平移，所以正确的选项是B、C.6.如图5所示，闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在匀强磁场中，将它从匀强磁场中匀速拉出，以下各种说法中正确的是()图5A.向左拉出和向右拉出时，环中感应电流方向相反B.向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿顺时针方向C.向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿逆时针方向D.将圆环拉出磁场的过程中，当环全部处在磁场中运动时，也有感应电流产生答案B解析圆环中感应电流的方向，取决于圆环中磁通量的变化情况，向左或向右将圆环拉出磁场的过程中，圆环中垂直纸面向里的磁感线的条数都要减少，根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场的方向与原磁场方向相同，即都垂直纸面向里，可以判断出感应电流的方向沿顺时针方向.圆环全部处在磁场中运动时，虽然导线做切割磁感线运动，但环中磁通量不变，只有圆环离开磁场，环的一部分在磁场中，另一部分在磁场外时，环中磁通量才发生变化，环中才有感应电流.B选项正确.7.如图6所示，金属线框与直导线AB在同一平面内，直导线中通有电流I，若将线框由位置1拉至位置2的过程中，线框中感应电流的方向是()图6A.先顺时针，后逆时针，再顺时针B.始终顺时针C.先逆时针，后顺时针，再逆时针D.始终逆时针答案C8.(多选)闭合线圈abcd在磁场中运动到如图7所示位置时，ab边受到的磁场力竖直向上，此线圈的运动情况可能是()图7A.向右进入磁场B.向左移出磁场C.以ab为轴转动D.以cd为轴转动答案BCD9.(多选)北半球地磁场的竖直分量向下.如图8所示，在北京某中学实验室的水平桌面上，放置一个边长为L的正方形闭合导体线框abcd，线框的ab边沿南北方向，ad边沿东西方向.下列说法中正确的是()图8A.若使线框向东平动，则a点的电势比b点的电势低B.若使线框向北平动，则a点的电势比b点的电势低C.若以ab为轴将线框向上翻转，则线框中感应电流方向为abcdaD.若以ab为轴将线框向上翻转，则线框中感应电流方向为adcba答案AC解析线框向东平动时，ba和cd两边切割磁感线，且两边切割磁感线产生的感应电动势大小相同，a点电势比b点电势低，A对；同理，线框向北平动，则a、b电势相等，高于c、d两点电势，B错；以ab为轴将线框向上翻转，向下的磁通量减少了，感应电流的磁场方向应该向下，再由安培定则知，感应电流的方向为abcda，则C对，D错.题组二右手定则的应用10.两根相互平行的金属导轨水平放置于图9所示的匀强磁场中，在导轨上与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动.当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法中正确的是()图9A.导体棒CD内有电流通过，方向是DCB.导体棒CD内有电流通过，方向是CDC.磁场对导体棒CD的作用力水平向左D.磁场对导体棒AB的作用力水平向右答案B解析当导体棒AB向右运动时，由右手定则可以判断回路中感应电流方向为ACDBA，再根据左手定则进一步确定导体棒CD的受力方向水平向右，导体棒AB受力方向水平向左.11.(多选)如图10所示，导体棒AB、CD可在水平轨道上自由滑动，且两水平轨道在中央交叉处互不相通.当导体棒AB水平向左移动时()图10A.导体棒AB中感应电流的方向为A到BB.导体棒AB中感应电流的方向为B到AC.导体棒CD水平向左移动D.导体棒CD水平向右移动答案AD解析当导体棒AB向左移动时，由右手定则可判断回路中感应电流方向为ABCDA，故A项正确，B项错误；再根据左手定则可确定CD棒受力水平向右，故C项错误，D项正确.12.如图11所示，MN、PQ为同一水平面的两平行导轨，导轨间有垂直于导轨平面的磁场(图中未画出)，导体ab、cd与导轨有良好的接触并能滑动，当导体ab沿轨道向右滑动时，则()图11A.cd向右滑B.cd不动C.cd向左滑 D.无法确定答案A解析对ab应用右手定则确定回路中电流方向，应用左手定则确定cd受力后的运动方向，与磁场的方向无关.本题也可用“来拒去留”直接判断.13.如图12所示，一个金属圆盘安装在竖直的转动轴上，置于蹄形磁铁之间，两块铜片A、O分别与金属圆盘的边缘和转动轴接触.若使金属圆盘按图示方向(俯视顺时针方向)转动起来，下列说法正确的是()图12A.电阻R中有QRP方向的感应电流B.电阻R中有PRQ方向的感应电流C.穿过圆盘的磁通量始终没有变化，电阻R中无感应电流D.调换磁铁的N、S极同时改变金属圆盘的转动方向，R中感应电流的方向也会发生改变答案B解析根据右手定则可判断出R中有PRQ方向的感应电流，B正确，A、C错.D选项中流过R的感应电流方向不变，D错.12