2020高中物理 第四章 第三节 楞次定律学案 新人教版选修3-2（通用）

4.3 楞次定律 【学习目标】1知道楞次定律的内容，理解感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化的含义2通过实验教学，感受楞次定律的实验推导过程，培养自己观察实验，分析、归纳、总结物理规律的能力3.会利用楞次定律判断感应电流的方向4会利用右手定则判断感应电流的方向【重点难点】1.重点：应用楞次定律判感应电流的方向2.难点：理解楞次定律（“阻碍”的含义）【课前预习】一 演示实验在下列四幅实验演示图中，请同学们先画出磁铁的磁场方向，后依据灵敏电流计指针的偏转画出感应电流的方向，再画出感应电流的磁场的方向，记录下磁铁磁场的变化情况，并通过完成课本中的实验记录表，正确分析感应电流的磁场的作用。比较表中的数据可知：当线圈内磁通量增加时，感应电流的磁场是_磁通量的增加（填“有助于”或“阻碍了”）；当线圈内磁通量减少时，感应电流的磁场是_磁通量的减少（填“有助于”或“阻碍了”）.二、楞次定律1.定律内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的_总要阻碍引起感应电流的_的变化。2.楞次定律理解（1）分清两个磁场。一是感应电流的磁场，即“新磁场”；二是产生感应电流的磁场即“原磁场”。（2）明确一个关键词：“阻碍”。楞次定律中的 “阻碍”不是“阻止”， 是“阻碍”“变化”，不是阻止变化，阻碍的结果是使磁通量逐渐的变化。若从磁通量变化的角度来看，感应电流的磁场总要阻碍磁通量的变化；若从导体和磁体相对运动的角度来看，感应电流总要阻碍相对运动。(3)定律内容可简记为：“新磁场”阻碍 “原磁场”的磁通量的变化。即可以理解为：当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反；当原磁场磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场方向相同。简记为“增反减同”。（4）楞次定律体现了能量的转化和守恒规律：感应电流对应的电能来源于外力对磁铁一一线圈系统做的功，也即减少了其他形式的能（5）利用楞次定律可以判断各种情况下感应电流的方向3.楞次定律的应用应用楞次定律判断感应电流方向的基本步骤：（1）明确原磁场的方向。（2）明确穿过闭合电路的磁通量是增加还是减少。（3）根据楞次定律确定感应电流的磁场方向。（4）利用安培定则（右手螺旋定则），根据感应电流的磁场方向判断出感应电流的方向。三、右手定则1右手定则：伸开右手，使大拇指跟其余四个手指垂直并且都跟手掌在同一平面内，把右手放入磁场中，让磁感线垂直穿人手心，大拇指指向_的方向，则其余四指所指的方向就是_的方向2适应情况：导体切割磁感线运动3说明：右手定则与楞次定律本质一致，楞次定律与右手定则是一般与特殊的关系，选用时要视具体问题而定。在导体切割磁感线时，用右手定则判断感应电流方向更简便。用右手定则能判定的，一定也能用楞次定律判定，但不如用右手定则判定来得方便简单反过来，用楞次定律能判定的，并不是用右手定则都能判断出来4.注意：安培定则用于判断电流所产生的_方向，左手定则用于判断_的方向，而右手定则用于判断_的方向，在应用中一定注意区分。答案：【课前预习】一、阻碍了 阻碍了 二、磁场 磁通量三、1.导体运动 感应电流 4. 磁场 磁场力 感应电流【预习检测】1. 根据楞次定律可知，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反向C.阻碍引起感应电流的磁通量的变化D.与引起感应电流的磁场方向相同2如图所示，通电导线旁边同一平面有矩形线圈abcd.则 （ ）A.若线圈向右平动，其中感应电流方向是abcdB.若线圈竖直向下平动，无感应电流产生C.当线圈以ab边为轴转动时，其中感应电流方向是abcdD.当线圈向导线靠近时，其中感应电流方向是abcd3. 如图所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外一个矩形闭合导线框abcd，沿纸面由位置1(左)匀速运动到位置2(右)则（ ）A. 导线框进入磁场时，感应电流方向为abcdaB. 导线框离开磁场时，感应电流方向为abcdaC. 导线框离开磁场时，受到的安培力方向水平向右D. 导线框进入磁场时受到的安培力方向水平向左4. 如图所示，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，当滑动变阻器的滑片P自左向右滑动时，从纸外向纸内看，此时线框ab将（ ）A保持静止不动B逆时针转动C顺时针转动D发生转动，但电源极性不明，无法确定转动方向【预习检测】答案:1.C 2.ABC 3.BD 4.C 堂中互动【典题探究】例1 如图所示，试判定当开关S闭合和断开瞬间，线圈ABCD的电流方向。（忽略导线GH的磁场作用）【解析】当S闭合时（1）研究回路是ABCD，穿过回路的磁场是电流I所产生的磁场，方向由安培定则判定是指向读者；（2）回路ABCD的磁通量由无到有，是增大的；（3）由楞次定律可知感应电流磁场方向应和B原相反，即背离读者向内（“增反减同”）。由安培定则判定感应电流方向是BADCB。当S断开时（1）研究回路仍是ABCD，穿过回路的原磁场仍是I产生的磁场，方向由安培定则判定是指向读者；（2）断开瞬间，回路ABCD磁通量由有到无，是减小的；（3）由楞次定律知感应电流磁场方向应是和B原相同即指向读者；（4）由安培定则判定感应电流方向是ABCDA。点评：用楞次定律解题时，按一定的程序进行推理判断比较规范，尤其是初学者一定要熟练掌握。例2 如图所示，当条形磁铁突然向闭合铜环运动时，铜环里产生的感应电流的方向怎样？铜环运动情况怎样？当条形磁铁远离铜环运动呢？【解析】解法一：电流元受力分析法磁铁右端的磁感线分布如图所示，当磁铁向环运动时，环中磁通量变大，由楞次定律可判断出感应电流磁场方向，再由安培定则判断出感应电流方向如图 所示.把铜环等效为多段直线电流元，取上、下两对称的小段研究，由左手定则可知其受安培力如图，由此推想整个铜环受合力向右，故铜环将向右摆动。 同理，当条形磁铁远离铜环运动时铜环将向左摆动。解法二：等效法磁铁向右运动，使铜环产生感应电流如图所示.此环形电流可等效为图中所示的小磁针。显然，由于两磁体间的推斥作用铜环将向右运动。当条形磁铁远离铜环运动时，铜环可等效为反向的小磁针，将相互吸引，铜环向左摆动。解法三：阻碍相对运动法由于磁铁向右运动而使铜环中产生感应电流，根据楞次定律的另一种表述可知铜环将向右躲避以阻碍这种相对运动.拓展：楞次定律也可表述为：感应电流所产生的效果，总要反抗产生感应电流的原因。因此楞次定律可理解为“感应电流的磁场方向总是阻碍相对运动”。 这种阻碍作用可以用“来者拒，去者留”来理解。例3 如图所示，固定于水平面上的光滑平行导电轨道AB、CD上放着两根细金属棒ab、cd.当一条形磁铁自上而下竖直穿过闭合电路时，两金属棒ab、cd将如何运动？磁铁的加速度仍为g吗？【解析】当条形磁铁从高处下落接近回路abcd时，穿过回路的磁通量方向向下且在不断增加.根据楞次定律的第二种表述：感应电流所产生的效果，总要反抗产生感应电流的原因.在这里，产生感应电流的原因是：条形磁铁的下落使回路中的磁通量增加，为反抗条形磁铁的下落，感应电流的磁场给条形磁铁一个向上的阻碍其下落的阻力，使磁铁下落的加速度小于g.为了反抗回路中的磁通量增加，ab、cd两导体棒将互相靠拢，使回路的面积减小，以阻碍磁通量的增加.同理，当穿过平面后，磁铁的加速度仍小于g，ab、cd又将相互远离。因此条形磁铁自上而下竖直穿过闭合电路时，ab、cd两导体棒将先互相靠拢，后又相互远离，磁铁的加速度总小于g。点评：磁铁穿过闭合电路前、后，引起磁通量的变化是不同的，因而引起的感应电流方向不同。若根据楞次定律判断出感应电流方向，再应用左手定则判断受力情况，最后由牛顿第三定律可判断磁铁受力方向。此法显然较为繁琐。这里若根据楞次定律的另一种表述：感应电流的效果，总是反抗产生感应电流的原因，本题中的“原因”是磁铁靠近（通过线圈后“远离”），从而可以比较方便判断结论。【变式训练】如图所示，两个相同的铝环套在一根光滑杆上，将一条形磁铁向左插入铝环的过程中两环的运动情况是 （ ）vNbaA.同时向左运动，间距增大B.同时向左运动，间距不变C.同时向左运动，间距变小D.同时向右运动，间距增大例4 M和N是绕在一个环形铁芯上的两个线圈，绕法和线路如图所示，现将电键S从a处断开，然后合向b处，在此过程中，通过电阻R2的电流方向是（ ）A、先由c流向d，后又由c流向dB、先由c流向d，后由d流向cC、先由d流向c，后又由d流向cD、先由d流向c，后由c流向d【解析】 由于N回路中的电流断通，引起了环形铁芯中磁场的变化，使得线圈M中磁通量发生变化。只有当线圈M中的磁通量发生变化时，产生感应电流，也可能在电阻R2中通过。因此判断M线圈中原磁场的方向和磁通量的变化，才是解决此题的关键所在。当电键S从a处断开，这时铁芯中，顺时针方向的磁场消失，穿过线圈M中的磁通量减少，根据楞次定律，线圈M中感应电流方向为McdM；当电键S合向b处时，铁芯中又产生了逆时针方向的磁场穿过线圈M中的磁通量增加，根据楞次定律，线圈M中感应电流方向仍为McdM。所以选项A正确。【拓展】 应用楞次定律时，首先应该明确研究哪一个闭合回路中的电流方向，那么分析该回路中的磁场方向和磁通量的变化才是判定感应电流方向的依据。应用对象混淆是容易犯的一个错误。4.3楞次定律【课前预习】一、阻碍了 阻碍了二、磁场 磁通量三、1.导体运动 感应电流 4. 磁场 磁场力 感应电流【预习检测】1.C 2.ABC 3.BD 4.C 堂中互动【典题探究】【变式训练 】 C例4 A当堂检测 A组（反馈练）1.D 2.B 3.A 4.B组（拓展练）1.BC 2.AD 3.aQ aP aR