2023-2023学年高中创新设计物理教科版选修3-2学案：第一章 习题课（一） 愣次定律的应用

第页[目标定位]1.应用楞次定律判断感应电流的方向.2.理解安培定那么、左手定那么、右手定那么和楞次定律的区别.一、楞次定律的根本应用1.楞次定律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.应用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤(1)明确所研究的闭合电路，判断原磁场的方向；(2)判断闭合电路内原磁场的磁通量的变化情况；(3)由楞次定律判断感应电流的磁场方向；(4)由安培定那么根据感应电流的磁场方向，判断出感应电流的方向.图1例1如图1所示，一水平放置的矩形闭合线框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Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ，这个过程中线框的感应电流()A.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流动解析由条形磁铁的磁场可知，线框在位置Ⅱ时穿过闭合线框的磁通量最少，为零，线框从位置Ⅰ到位置Ⅱ，从下向上穿过线框的磁通量在减少，线框从位置Ⅱ到位置Ⅲ，从上向下穿过线框的磁通量在增加，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，感应电流的磁场与原磁场方向相反.2当原磁场磁通量减少时，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〞.二、楞次定律的拓展应用例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.无法判定解析此题可用两种方法来解决：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甲所示.分析铜环受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.由左手定那么确定两段电流元的受力，由此可推断出整个铜环所受合力向右，那么A选项正确.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导体与磁场相对运动产生电磁感应现象时，产生的感应电流的导体受到磁场的安培力，这个安培力会“阻碍〞相对运动，口诀记为“来拒去留〞.例3如图3所示，两个闭合金属圆环1和2的圆心重合，放在同一平面内．当圆环1中通以顺时针方向的电流，且电流逐渐增强时，对于圆环2的说法正确的选项是()图3A．穿过圆环2的磁通量变大，而且圆环2有收缩的趋势B．穿过圆环2的磁通量变大，而且圆环2有扩张的趋势C．穿过圆环2的磁通量变小，而且圆环2有收缩的趋势D．穿过圆环2的磁通量变小，而且圆环2有扩张的趋势解析当圆环1中通以顺时针方向的电流，且电流逐渐增强时，那么穿过圆环2的磁通量变大，根据楞次定律，圆环2中产生的感生电流的磁场阻碍磁通量的增加，所以圆环2有扩张使面积增加的趋势，选项B正确．答案B当闭合电路中有感应电流产生时，闭合电路的各局部导体就会受到安培力作用，会使闭合电路的面积有变化(或有变化趋势).(1)假设原磁通量增加，那么通过减小有效面积起到阻碍的作用.(2)假设原磁通量减少，那么通过增大有效面积起到阻碍的作用.口诀记为“增缩减扩〞.温馨提示：本方法适用于磁感线单方向穿过闭合回路的情况.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，以下情况中，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的磁通量在减少，说明线圈M中的电流在减少，只有选项C符合.答案C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假设原磁通量增加，那么通过远离磁场源起到阻碍的作用.2假设原磁通量减少，那么通过靠近磁场源起到阻碍的作用.口诀记为“增离减靠〞.三、安培定那么、左手定那么、右手定那么、楞次定律的区别例5如图5所示装置中，cd杆光滑且原来静止.当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动()图5A.向右匀速运动 B.向右加速运动C.向左加速运动 D.向左减速运动解析ab匀速运动时，ab中感应电流恒定，L1中磁通量不变，穿过L2的磁通量不变，L2中无感应电流产生，cd杆保持静止，A不正确；ab向右加速运动时，L2中的磁通量向下增加，由楞次定律知L2中感应电流产生的磁场方向向上，故通过cd的电流方向向下，cd向右移动，B正确；同理可得C错误，D正确.答案BD(1)右手定那么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所有情况.②右手定那么的研究对象为闭合导体回路的一局部，仅适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动.(2)区别安培定那么、左手定那么、右手定那么的关键是抓住因果关系①因电而生磁(I→B)→安培定那么.(判断电流周围磁感线的方向)②因动而生电(v、B→I感)→右手定那么.(导体切割磁感线产生感应电流)③因电而受力(I、B→F安)→左手定那么.(磁场对电流有作用力)1．(楞次定律的根本应用)如图6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S极朝下．在将磁铁的S极插入线圈的过程中()图6A．通过电阻的感应电流的方向为由a到b，线圈与磁铁相互排斥B．通过电阻的感应电流的方向为由b到a，线圈与磁铁相互排斥C．通过电阻的感应电流的方向为由a到b，线圈与磁铁相互吸引D．通过电阻的感应电流的方向为由b到a，线圈与磁铁相互吸引答案B解析磁铁的S极朝下，在将磁铁的S极插入线圈的过程中，通过线圈的磁场方向向上，且增强，根据楞次定律可知，感应电流的磁场要阻碍原磁场的增加，那么感应电流方向为由b到a，线圈与磁铁相互排斥，选项B正确．2.(楞次定律的拓展应用)如图7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、丙移至相同高度H处同时释放(各线框下落过程中不翻转)，那么以下说法正确的选项是()图7A.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.3.(楞次定律的拓展应用)如图8所示，一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方，直导线与圆环在同一竖直面内，当通电直导线中电流增大时，弹性圆环的面积S和橡皮绳的长度l将()图8A.S增大，l变长 B.S减小，l变短C.S增大，l变短 D.S减小，l变长答案D解析当通电直导线中电流增大时，穿过金属圆环的磁通量增加，金属圆环中产生感应电流.根据楞次定律可知，感应电流要阻碍磁通量的增加：一是用缩小面积的方式进行阻碍；二是用远离通电直导线的方式进行阻碍，故D正确.4.(楞次定律的拓展应用)(多项选择)如图9所示是某电磁冲击钻的原理图，假设突然发现钻头M向右运动，那么可能是()图9A.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已经是闭合的，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.5.(“一定律三定那么〞的综合应用)如图10所示，导轨间的磁场方向垂直于纸面向里，当导体棒MN在导轨上水平向右加速滑动时，正对电磁铁A的圆形金属环B中()图10A.有感应电流，且B被A吸引B.无感应电流C.可能有，也可能没有感应电流D.有感应电流，且B被A排斥答案D解析MN向右加速滑动，根据右手定那么，MN中的电流方向从N→M，且大小在逐渐变大，根据安培定那么知，电磁铁A的磁场方向水平向左，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水平向右，B被A排斥.D正确，A、B、C错误.题组一楞次定律的根本应用1.如图1所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管，那么电路中()图1A.始终有感应电流自a向b流过电流表GB.始终有感应电流自b向a流过电流表GC.先有a→G→b方向的感应电流，后有b→G→a方向的感应电流D.将不会产生感应电流答案C解析当条形磁铁进入螺线管时，闭合螺线管中的磁通量增加，当穿出时，磁通量减少，由楞次定律可知C正确.2.长直导线与矩形线框abcd处在同一平面内静止不动，如图2甲所示.长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的电流，I－t图像如图乙所示.规定沿长直导线方向向上的电流为正方向.关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方向，以下说法正确的选项是()图2A.由顺时针方向变为逆时针方向B.由逆时针方向变为顺时针方向C.由顺时针方向变为逆时针方向，再变为顺时针方向D.由逆时针方向变为顺时针方向，再变为逆时针方向答案D解析将一个周期分为四个阶段，对全过程的分析列表如下：时间段长直导线中的电流线框中的磁通量感应电流的磁场感应电流的方向0～eq\f(T,4)向上，逐渐变大向纸里、变大垂直纸面向外逆时针方向eq\f(T,4)～eq\f(T,2)向上，逐渐变小向纸里、变小垂直纸面向里顺时针方向eq\f(T,2)～eq\f(3T,4)向下，逐渐变大向纸外、变大垂直纸面向里顺时针方向eq\f(3T,4)～T向下，逐渐变小向纸外、变小垂直纸面向外逆时针方向由表可知选项D正确.题组二楞次定律的拓展应用3.如图3所示，老师做了一个物理小实验让学生观察：一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，同学们看到的现象是()图3A.磁铁插向左环，横杆发生转动B.磁铁插向右环，横杆发生转动C.无论磁铁插向左环还是右环，横杆都不发生转动D.无论磁铁插向左环还是右环，横杆都发生转动答案B解析左环没有闭合，在磁铁插入过程中，不产生感应电流，故横杆不发生转动.右环闭合，在磁铁插入过程中，产生感应电流，横杆将发生转动.4.如图4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Ⅰ释放，环经过磁铁到达位置Ⅱ.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，那么()图4A.T1>mg，T2>mgB.T1<mg，T2<mgC.T1>mg，T2<mgD.T1<mg，T2>mg答案A解析当圆环经过磁铁上端时，磁通量增加，根据楞次定律可知磁铁要把圆环向上推，根据牛顿第三定律可知圆环要给磁铁一个向下的磁场力，因此有T1>mg.当圆环经过磁铁下端时，磁通量减少，根据楞次定律可知磁铁要把圆环向上吸，根据牛顿第三定律可知圆环要给磁铁一个向下的磁场力，因此有T2>mg，所以只有A正确.5.如图5所示，ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈，当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动过程中，线圈ab将()图5A.静止不动B.逆时针转动C.顺时针转动D.发生转动，但因电源的极性不明，无法确定转动的方向答案C解析滑片P向右滑动过程中，电流增大，线圈处的磁场变强，磁通量增加，根据“阻碍〞含义，线圈将阻碍磁通量增加而顺时针转动，故C正确.6.如图6所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线框.当一竖直放置的条形磁铁从线框中线AB正上方等高快速经过时，假设线框始终不动，那么关于线框受到的支持力N及在水平方向运动趋势的判断正确的选项是()图6A.N先小于mg后大于mg，运动趋势向左B.N先大于mg后小于mg，运动趋势向左C.N先小于mg后大于mg，运动趋势向右D.N先大于mg后小于mg，运动趋势向右答案D解析条形磁铁从线框正上方由左向右运动的过程中，线框中的磁通量先增加后减少，根据楞次定律的“来拒去留〞可知，线框先有向下和向右的趋势，后有向上和向右的趋势；故线框受到的支持力先大于重力后小于重力，同时运动趋势向右.应选D.7.(多项选择)如图7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，那么磁场()图7A.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解析对于导线回路来说，圆形面积最大，即由于磁场变化，导致导线回路面积变大，根据楞次定律“增缩减扩〞，可判断磁场在减弱，可能是方向垂直软导线回路平面向外的磁场逐渐减弱也可能是方向垂直软导线回路平面向里的磁场逐渐减弱，选项C、D对.8.(多项选择)如图8所示，在水平面上有一固定的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，那么()图8A.假设磁场方向竖直向上并增大时，杆ab将向右移动B.假设磁场方向竖直向上并减小时，杆ab将向右移动C.假设磁场方向竖直向下并增大时，杆ab将向右移动D.假设磁场方向竖直向下并减小时，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，回路中磁通量增加，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.9.(多项选择)如图9所示，一根长导线弯曲成“Π〞形，通以直流电I，正中间用绝缘线悬挂一金属环C，环与导线处于同一竖直平面内.在电流I增大的过程中，以下判断正确的选项是()图9A.金属环中无感应电流产生B.金属环中有逆时针方向的感应电流C.悬挂金属环C的竖直线的拉力大于环的重力D.悬挂金属环C的竖直线的拉力小于环的重力答案BC解析Φ＝BS，S不变，I增大，B增大，所以有感应电流产生，A错误.由楞次定律得，感应电流方向沿逆时针，B正确.由圆的上半局部B大于下半局部，所以安培力以上半圆为主，I方向向左，B垂直纸面向里，F安方向向下，所以F拉＝mg＋F安，拉力大于重力，C正确，D错误.10.如图10所示，光滑的水平桌面上放着两个完全相同的金属环a和b.当一条形磁铁的N极竖直向下迅速靠近两环时，那么()图10A.a、b两环均静止不动B.a、b两环互相靠近C.a、b两环互相远离D.a、b两环均向上跳起答案C解析据题意，由楞次定律可知，当条形磁铁N极向下靠近两环时，穿过两环的磁通量都增加，根据“增离减靠〞可知两环将向两边运动，故C选项正确.11.如图11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，那么()图11A．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解析胶木圆盘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，环形电流逐渐增大，根据右手螺旋定那么知，通过B线圈的磁通量向下，且增大，根据楞次定律的另一种表述，引起的机械效果阻碍磁通量的增大，知金属环的面积有缩小的趋势，且有向上