2019-2020年高中物理 第1章 楞次定律的应用学案 教科版选修3-2.doc

2019-2020年高中物理 第1章 楞次定律的应用学案 教科版选修3-2目标定位 1.学习应用楞次定律的推论判断感应电流的方向.2.理解安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律的区别一、“增反减同”法感应电流的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量(原磁场磁通量)的变化(1)当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，(2)当原磁场磁通量减小时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同口诀记为“增反减同”例1如图1所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中位置经过位置到位置，位置和位置都很接近位置，这个过程中线圈的感应电流 ()图1A沿abcd流动B沿dcba流动C先沿abcd流动，后沿dcba流动D先沿dcba流动，后沿abcd流动解析本题考查用楞次定律判断感应电流的方向，关键要分析清楚矩形线圈由位置到位置和由位置到位置两过程中，穿过线圈的磁感线方向相反由条形磁铁的磁场可知，线圈在位置时穿过闭合线圈的磁通量最小，为零，线圈从位置到位置，从下向上穿过线圈的磁通量在减小，线圈从位置到位置，从上向下穿过线圈的磁通量在增加，根据楞次定律可知感应电流的方向是abcd.答案A二、“来拒去留”法导体与磁场相对运动产生电磁感应现象时，两者之间有力的作用，这种力的作用会“阻碍”相对运动口诀记为“来拒去留”例2如图2所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是()图2A向右摆动 B向左摆动C静止 D无法判定解析本题可由两种方法来解决：方法1：画出磁铁的磁感线分布，如图甲所示，当磁铁向铜环运动时，穿过铜环的磁通量增加，由楞次定律判断出铜环中的感应电流方向如图所示分析铜环受到安培力作用而运动时，可把铜环中的电流等效为多段直线电流元取上、下两小段电流元作为研究对象，由左手定则确定两段电流元的受力，由此可推断出整个铜环所受合力方向向右，故A正确甲乙方法2(等效法)：磁铁向右运动，使铜环产生的感应电流可等效为图乙所示的条形磁铁，两磁铁有排斥作用，故A正确答案A三、“增缩减扩”法当闭合电路中有感应电流产生时，电路的各部分导线就会受到安培力作用，会使电路的面积有变化(或有变化趋势)(1)若原磁通量增加，则通过减小有效面积起到阻碍的作用(2)若原磁通量减小，则通过增大有效面积起到阻碍的作用口诀记为“增缩减扩”注意：本方法适用于磁感线单方向穿过闭合回路的情况例3如图3所示，在载流直导线旁固定有两平行光滑导轨A、B，导轨与直导线平行且在同一水平面内，在导轨上有两可自由滑动的导体ab和cd.当载流直导线中的电流逐渐增强时，导体ab和cd的运动情况是 ()图3A一起向左运动B一起向右运动Cab和cd相向运动，相互靠近Dab和cd相背运动，相互远离解析由于在闭合回路abcd中，ab和cd电流方向相反，所以两导体运动方向一定相反，排除A、B；当载流直导线中的电流逐渐增强时，穿过闭合回路的磁通量增大，根据楞次定律，感应电流总是阻碍穿过回路磁通量的变化，所以两导体相互靠近，减小面积，达到阻碍磁通量增大的目的，故C正确，D错误答案C四、“增离减靠”法发生电磁感应现象时，通过什么方式来“阻碍”原磁通量的变化要根据具体情况而定可能是阻碍导体的相对运动，也可能是改变线圈的有效面积，还可能是通过远离或靠近变化的磁场源来阻碍原磁通量的变化即：(1)若原磁通量增加，则通过远离磁场源起到阻碍的作用(2)若原磁通量减小，则通过靠近磁场源起到阻碍的作用口诀记为“增离减靠”例4一长直铁芯上绕有一固定线圈M，铁芯右端与一木质圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合金属环N，N可在木质圆柱上无摩擦移动，M连接在如图4所示的电路中，其中R为滑动变阻器，E1和E2为直流电源，S为单刀双掷开关，下列情况中，可观测到N向左运动的是 ()图4A在S断开的情况下，S向a闭合的瞬间B在S断开的情况下，S向b闭合的瞬间C在S已向a闭合的情况下，将R的滑片向c端移动时D在S已向a闭合的情况下，将R的滑片向d端移动时解析金属环N向左运动，说明穿过N的磁通量在减小，说明线圈M中的电流在减小，只有选项C符合题意答案C五、安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的区别和应用1右手定则是楞次定律的特殊情况(1)楞次定律的研究对象为整个闭合导体回路，适用于磁通量变化引起感应电流的各种情况(2)右手定则的研究对象为闭合导体回路的一部分，适用于一段导线在磁场中做切割磁感线运动2区别安培定则、左手定则、右手定则的关键是抓住因果关系(1)因电而生磁(IB)安培定则(判断电流周围磁感线的方向)(2)因动而生电(v、BI感)右手定则(导体切割磁感线产生感应电流)(3)因电而受力(I、BF安)左手定则(磁场对电流有作用力)例5如图5所示，导轨间的磁场方向垂直于纸面向里圆形金属环B正对线圈A，当导线MN在导轨上向右加速滑动时，下列说法正确的是 ()图5AMN中电流方向NM，B被A吸引BMN中电流方向NM，B被A排斥CMN中电流方向MN，B被A吸引DMN中电流方向MN，B被A排斥解析MN向右加速滑动，根据右手定则，MN中的电流方向从NM，且大小在逐渐变大，根据安培定则知，线圈A的磁场方向向左，且大小逐渐增强，根据楞次定律知，B环中的感应电流产生的磁场方向向右，B被A排斥，B正确，A、C、D错误答案B1(“来拒去留”法)如图6所示，甲是闭合铜线框，乙是有缺口的铜线框，丙是闭合的塑料线框，它们的正下方都放置一薄强磁铁，现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放(各线框下落过程中不翻转)，则以下说法正确的是()图6A三者同时落地B甲、乙同时落地，丙后落地C甲、丙同时落地，乙后落地D乙、丙同时落地，甲后落地答案D解析在下落过程中，闭合铜线框中产生感应电流，由“来拒去留”可知，答案选D.2. (“增缩减扩”法及“来拒去留”法)如图7所示，水平桌面上放有一个闭合铝环，在铝环轴线上方有一个条形磁铁当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时，下列判断正确的是 ()图7A铝环有收缩趋势，对桌面压力减小B铝环有收缩趋势，对桌面压力增大C铝环有扩张趋势，对桌面压力减小D铝环有扩张趋势，对桌面压力增大答案B解析根据楞次定律可知：当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时，闭合铝环内的磁通量增大，因此铝环面积应有收缩的趋势，同时将远离磁铁，故增大了和桌面的挤压程度，从而使铝环对桌面压力增大，故B项正确3. (“增离减靠”法)如图8是某电磁冲击钻的原理图，若突然发现钻头M向右运动，则可能是()图8A开关S闭合瞬间B开关S由闭合到断开的瞬间C开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向左迅速滑动D开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向右迅速滑动答案AC解析当开关突然闭合时，左线圈上有了电流，产生磁场，而对于右线圈来说，磁通量增加，产生感应电流，使钻头M向右运动，故A项正确；当开关S已经是闭合时，只有左侧线圈电流增大才会导致钻头M向右运动，故C项正确4. (安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的区别和应用)如图9所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力的作用下运动时，MN在磁场力的作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是()图9A向右加速运动B向左加速运动C向右减速运动D向左减速运动答案BC解析当PQ向右运动时，用右手定则可判定PQ中感应电流的方向是由QP，由安培定则可知穿过L1的磁场方向是自下而上的；若PQ向右加速运动，则穿过L1的磁通量增加，用楞次定律可以判断流过MN的感应电流是从NM的，用左手定则可判定MN受到向左的安培力，将向左运动，可见选项A错误；若PQ向右减速运动，流过MN的感应电流方向、MN所受的安培力的方向均将反向，MN向右运动，所以选项C正确；同理可判断选项B正确，选项D错误题组一“来拒去留”法1如图1所示，线圈两端与电阻相连构成闭合回路，在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁的N极朝下在磁铁的N极向下靠近线圈的过程中()图1A通过电阻的感应电流方向由a到b，线圈与磁铁相互排斥B通过电阻的感应电流方向由b到a，线圈与磁铁相互排斥C通过电阻的感应电流方向由a到b，线圈与磁铁相互吸引D通过电阻的感应电流方向由b到a，线圈与磁铁相互吸引答案B解析根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，因此阻碍条形磁铁的下落，即来拒去留，同名磁极相斥，所以线圈上端为N极，根据安培定则判断线圈电流方向向下，线圈下端为正极，上端为负极，通过电阻的感应电流方向由b到a，B对2. 如图2所示，一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上，细线从一水平金属圆环中穿过现将环从位置释放，经过磁铁到达位置，设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分别为T1和T2，重力加速度大小为g，则 ()图2AT1mg，T2mgBT1mg，T2mgCT1mg，T2mgDT1mg，T2mg答案A解析当环经过磁铁上端，穿过环的磁通量增加，圆环中的感应电流的磁场要阻碍其磁通量增加，所以磁铁对线圈有向上的斥力作用，由牛顿第三定律，环对磁铁有向下的斥力作用，使得细线对磁铁的拉力大于磁铁的重力，即T1mg；同理，当圆环经过磁铁下端时，穿过环的磁通量减小，圆环中的感应电流的磁场要阻碍其磁通量减小，所以磁铁对环有向上的吸引力作用，由牛顿第三定律，则环对磁铁有向下的吸引力作用，使得细线对磁铁的拉力大于磁铁的重力，即T2mg，选项A正确3如图3所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力N及在水平方向运动趋势的正确判断是 ()图3AN先小于mg后大于mg，运动趋势向左BN先大于mg后小于mg，运动趋势向左CN先小于mg后大于mg，运动趋势向右DN先大于mg后小于mg，运动趋势向右答案D解析条形磁铁从线圈正上方由左向右运动的过程中，线圈中的磁通量先增大后减小，根据楞次定律的第二种描述：“来拒去留”可知，线圈先有向下和向右的趋势，后有向上和向右的趋势，故线圈受到的支持力先大于重力后小于重力，运动趋势向右，故选D.4如图4所示，两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两环时，两环的运动情况是 ()图4A同时向左运动，间距变大B同时向左运动，间距变小C同时向右运动，间距变小D同时向右运动，间距变大答案B解析磁铁向左运动，穿过两环的磁通量均增加根据楞次定律，感应电流的磁场将阻碍原磁通量增加，所以两者都向左运动另外，两环产生的感应电流方向相同，依据安培定则和左手定则可以判断两个环之间是相互吸引的，所以选项A、C、D错误，B正确题组二“增缩减扩”法5. 如图5所示，匀强磁场垂直于软导线回路平面，由于磁场发生变化，回路变为圆形则磁场()图5A逐渐增强，方向向外B逐渐增强，方向向里C逐渐减弱，方向向外D逐渐减弱，方向向里答案CD解析对于线圈来说，圆形面积最大，即由于磁场变化，导致线圈面积变大，根据楞次定律的“增缩减扩”法，可判断磁场在减弱，可能是方向向外的磁场逐渐减弱，也可能是方向向里的磁场逐渐减弱，选项C、D对6. 如图6所示，在水平面上有一固定的导轨，导轨为U形金属框架，框架上放置一金属杆ab，不计摩擦，在竖直方向上有匀强磁场，则()图6A若磁场方向竖直向上并增强时，杆ab将向右移动B若磁场方向竖直向上并减弱时，杆ab将向右移动C若磁场方向竖直向下并增强时，杆ab将向右移动D若磁场方向竖直向下并减弱时，杆ab将向右移动答案BD解析不管磁场方向竖直向上，还是竖直向下，当磁感应强度增大时，回路中磁通量变大，由楞次定律知杆ab将向左移动，反之，杆ab将向右移动，选项B、D正确7. 如图7所示，光滑固定金属导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放在导轨上，形成闭合回路当一条形磁铁从上方向下迅速接近回路时，可动的两导体棒P、Q将 ()图7A保持不动B相互远离C相互靠近D无法判断答案C解析效果法：四根导体组成闭合回路，当磁铁迅速接近回路时，不管是N极向下，还是S极向下，穿过回路的磁通量都增加，闭合回路中产生感应电流，感应电流将“阻碍”原磁通量的增加，可动的两根导体只能用减小回路面积的方法来阻碍原磁通量的增加，得到的结论是P、Q相互靠近，选项C正确还可以用常规法，根据导体所受磁场力的方向来判断8. 如图8所示，abcd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R的滑片自左向右滑动时，线框abcd的运动情况是()图8A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，无法确定转动的方向答案C解析根据题图所示电路，线框abcd所处位置的磁场是水平方向的，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，电路中电阻增大，电流减小，则穿过闭合导线框abcd的磁通量将减小BSsin ，为线圈平面与磁场方向的夹角，根据楞次定律，感应电流的磁场将阻碍原来磁场磁通量的变化，则线框abcd只有顺时针旋转使角增大，而使穿过线圈的磁通量增加，则C正确注意此题并不需要明确电源的极性题组三“增离减靠”法9. 如图9所示，一个有弹性的金属线圈被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方，直导线与线圈在同一竖直面内，当通电直导线中电流增大时，金属线圈的面积S和橡皮绳的长度l将()图9AS增大，l变长 BS减小，l变短CS增大，l变短 DS减小，l变长答案D解析当通电直导线中电流增大时，穿过金属线圈的磁通量增大，金属线圈中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流要阻碍原磁通量的增大：一是用缩小面积的方式进行阻碍；二是用远离直导线的方式进行阻碍，故D正确10. 如图10所示，A为水平放置的胶木圆盘，在其侧面均匀分布着负电荷，在A的正上方用绝缘丝线悬挂一个金属圆环B，使B的环面水平且与圆盘面平行，其轴线与胶木盘A的轴线OO重合，现使胶木盘A由静止开始绕其轴线OO按箭头所示方向加速转动，则 ()图10A金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力增大B金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力减小C金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力减小D金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力增大答案B解析胶木盘A由静止开始绕其轴线OO按箭头所示方向加速转动，形成环形电流，环形电流的大小增大，根据右手螺旋定则知，通过B的磁通量向下，且增大，根据楞次定律的另一种表述，引起的效果阻碍原磁通量的增大，知金属环的面积有缩小的趋势，且有向上运动的趋势，所以丝线的拉力减小，故B正确，A、C、D错误11. 如图11所示，通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环，铜环平面与螺线管截面平行，当开关S接通瞬间，两铜环的运动情况是 ()图11A同时向两侧推开B同时向螺线管靠拢C一个被推开，一个被吸引，但因电流正、负极未知，无法具体判断D同时被推开或同时向螺线管靠拢，但因电源正、负极未知，无法具体判断答案A解析当开关S接通瞬间，小铜环中磁通量从无到有，根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍磁通量的增加，则两铜环将向两侧运动，故A正确题组四安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的区别和应用12如图12甲所示，长直导线与闭合金属线框位于同一平面内，长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示在0时间内，直导线中电流方向向上，则在T时间内，线框中感应电流的方向与所受安培力的方向是 ()图12A感应电流方向为顺时针方向，线框所受安培力的合力方向向左B感应电流方向为逆时针方向，线框所受安培力的合力方向向右C感应电流方向为顺时针方向，线框所受安培力的合力方向向右D感应电流方向为逆时针方向，线框所受安培力的合力方向向左答案C解析在T时间内，直导线电流方向向下，根据安培定则，知直导线右侧磁场的方向垂直纸面向外，电流逐渐增大，则磁场逐渐增强，根据楞次定律，金属线框中产生顺时针方向的感应电流根据左手定则，知金属线框左边受到的安培力方向水平向右，右边受到的安培力方向水平向左，离导线越近，磁场越强，则左边受到的安培力大于右边受到的安培力，所以金属线框所受安培力的合力方向水平向右，故C正确，A、B、D错误13如图13所示，在匀强磁场中放有平行铜导轨，它与大线圈M相连接，要使小导线圈N获得顺时针方向的感应电流，则放在导轨上的金属棒ab的运动情况(两线圈共面放置)是 ()图13A向右匀速运动 B向左加速运动C向右减速运动 D向右加速运动答案BC