课堂讲义系列高中物理人教版32（浙江）讲义第四章电磁感应第2课时

第2课时楞次定律[讨论选考·把握考情]学问内容楞次定律考试要求加试c教学要求1.通过探究，初步了解打算感应电流方向的因素2.能区分原磁场与感应电流的磁场3.知道楞次定律是确定感应电流方向的规律4.会用右手定那么判定感应电流的方向5.经受楞次定律的探究过程，了解引入“中介〞的意义6.理解楞次定律的内容，把握操作步骤，能运用楞次定律推断感应电流的方向7.熟悉右手定那么与楞次定律推断感应电流方向的等效性说明在用楞次定律推断感应电流方向时，只要求闭合回路中磁通量变化简单确定的情形学问点一试验：探究感应电流方向的规律[基础梳理]1.试验设计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.分析论证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(俯视)逆时针顺时针顺时针逆时针感应电流的磁场方向向上向下向下向上原磁场方向与感应电流的磁场方向的关系相反相同相反相同当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反，这种状况如图2甲所示；当穿过线圈的磁通量削减时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同，这种状况如图2乙所示。图2[典例精析]【例1】我们可以通过试验探究电磁感应现象中感应电流方向的打算因素和遵循的物理规律。以下是试验探究过程的一局部。(1)如图3甲所示，当磁铁的N极向下运动时，发觉电流表指针偏转，假设要探究线圈中产生感应电流的方向，必需知道__________________________。图3(2)如图乙所示，试验中发觉闭合开关时，电流表指针向右偏。电路稳定后，假设向左移动滑片，此过程中电流表指针向________偏转；假设将线圈A抽出，此过程中电流表指针向________偏转。(均选填“左〞或“右〞)解析(1)电流表没有电流通过时，指针在中心位置，要探究线圈中电流的方向，必需知道电流从正(负)接线柱流入时，指针的偏转方向。(2)闭合开关时，线圈A中的磁场增加，线圈B中产生的感应电流使电流表向右偏，那么当向左移滑片时，会使线圈A中的磁场增加，电流表指针将向右偏；当线圈A抽出，在线圈B处的磁场减弱，线圈B中产生的感应电流将使电流表指针向左偏。答案(1)电流从正(负)接线柱流入时，电流表指针的偏转方向(2)右左名师点睛在“讨论电磁感应现象〞试验中，用线圈产生的磁场模拟条形磁铁的磁场，要留意三点：(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。【例2】(2017·浙江慈溪中学检测)如图4所示为做探究感应电流产生条件试验的器材。图4(1)在图中用实线代替导线把它们连成试验电路。(2)哪些操作可以使电流计的指针发生偏转？①_________________________________________________________________；②_________________________________________________________________。(3)假设在开关闭合的瞬间，灵敏电流计的指针向左偏转，那么当螺线管A向上拔出的过程中，灵敏电流计的指针向________(填“左〞或“右〞)偏转。解析(1)如下图(2)①将开关S闭合(或者断开)②将螺线管A插入(或拔出)螺线管B(3)右学问点二楞次定律及应用[基础梳理]当线圈内磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，阻碍磁通量的增加；当线圈内磁通量削减时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，阻碍磁通量的削减。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。[要点精讲]要点1楞次定律的理解(1)因果关系：应用楞次定律实际上就是寻求电磁感应中的因果关系，磁通量发生变化是缘由，产生感应电流是结果，缘由产生结果，结果又反过来影响缘由。(2)楞次定律中“阻碍〞的含义谁阻碍谁感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化阻碍什么阻碍的是磁通量的变化，而不是磁通量本身如何阻碍当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当磁通量减小时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即“增反减同〞阻碍效果阻碍并不是阻挡，只是延缓了磁通量的变化，这种变化仍将连续进行(3)从磁通量变化的角度来看，感应电流总要阻碍磁通量的变化；从导体和磁体相对运动的角度来看，感应电流的效果总要阻碍相对运动。因此产生感应电流的过程实质上是其他形式的能量转化为电能的过程。【例3】关于楞次定律，以下说法中正确的选项是()A.感应电流的磁场总是阻碍原磁场的增加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，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，应选D。答案D要点2楞次定律的应用应用楞次定律推断感应电流方向的步骤：(1)明确讨论对象是哪一个闭合电路；(2)确定原磁场的方向；(3)明确闭合回路中磁通量变化的状况；(4)应用楞次定律的“增反减同〞，确定感应电流的磁场的方向；(5)应用安培定那么，确定感应电流的方向。【例4】如图5所示，试判定当开关S闭合和断开瞬间，线圈ABCD中的感应电流方向。图5解析当S闭合的瞬间：穿过回路的磁场是电流I产生的磁场，方向垂直纸面对外(如下图)，且磁通量增大；由楞次定律知感应电流的磁场方向应和B原相反，即垂直纸面对里；由安培定那么知线圈ABCD中感应电流方向是A→D→C→B→A。当S断开时：穿过回路的原磁场仍是电流I产生的磁场，方向垂直纸面对外，且磁通量减小；由楞次定律得知感应电流的磁场方向应和B原相同，即垂直纸面对外；由安培定那么判知感应电流方向是A→B→C→D→A。答案S闭合时，感应电流方向为A→D→C→B→AS断开时，感应电流方向为A→B→C→D→A名师点睛推断感应电流的三部曲“一原〞：确定原磁场的方向及磁通量变化状况；“二感〞：依据楞次定律确定感应电流的磁场的方向；“三螺旋〞：由安培定那么确定感应电流的方向。【例5】(2017·浙江苍南期中)如图6所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放置在导轨上，形成一个闭合回路，一条形磁铁从高处下落接近回路时()图6A.P、Q将相互靠近B.P、Q将相互远离C.磁铁的加速度仍为gD.磁铁的加速度小于g解析方法一：设磁铁的下端为N极，如下图，依据楞次定律可推断出P、Q中的感应电流方向，依据左手定那么可推断P、Q所受安培力的方向，可见，P、Q将相互靠近。由于回路所受安培力的合力向下，由牛顿第三定律知，磁铁将受到向上的反作用力，从而使加速度小于g。当磁铁的下端为S极时，依据类似的分析可得到相同的结论。应选项A、D正确。方法二：依据楞次定律的另一种表述：感应电流的效果总是要对抗产生感应电流的缘由。此题中“缘由〞是回路中磁通量的增加，归根结底是磁铁靠近回路，“效果〞便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近。所以，P、Q将相互靠近且磁铁的加速度小于g，应选项A、D正确。答案AD名师点睛楞次定律的两种表述(1)“阻碍〞表述法：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的原磁通量的变化，即“增反减同〞。(2)“效果〞表述法：感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的缘由。如：①“来拒去留〞：阻碍导体的相对运动；②“增缩减扩〞：磁通量增加，那么回路面积有收缩的趋势；磁通量削减，那么回路有扩张的趋势。学问点三右手定那么及应用[基础梳理]1.使用范围：判定导线切割磁感线运动时感应电流的方向。2.使用方法：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。[即学即练]如下图，用导线做成圆形或正方形回路，这些回路与始终导线构成几种位置组合(彼此绝缘)，以下组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生的是()解析利用安培定那么推断直导线电流产生的磁场，其磁感线是一些以直导线为轴的很多组同心圆，即磁感线所在平面均垂直于导线，且直导线电流产生的磁场分布状况是靠近直导线处磁场强，远离直导线处磁场弱。A中穿过圆环线圈的磁场如图甲所示，其有效磁通量为ΦA＝Φ出－Φ进＝0，且始终为0，即使切断导线中的电流，ΦA也始终为0，A中不行能产生感应电流。B中线圈平面与导线的磁场平行，穿过B的磁通量也始终为0，B中也不能产生感应电流。C中穿过线圈的磁通量如图乙所示，Φ进>Φ出，即ΦC≠0，当切断导线中的电流后，穿过线圈的磁通量ΦC减小为0，所以C中有感应电流产生。D中穿过线圈的磁通量ΦD不为0，当电流切断后，ΦD最终也减小为0，所以D中也有感应电流产生。答案CD1.以下各图是验证楞次定律试验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将条形磁铁从线圈上方插入或拔出，线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流。各图中分别标出了条形磁铁的极性、条形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状况，其中正确的选项是()解析依据楞次定律可确定感应电流的方向：以选项C为例，当条形磁铁向下运动时，线圈原磁场的方向向上，穿过线圈的磁通量增加，感应电流产生的磁场方向向下，利用安培定那么推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，条形磁铁与线圈相互排斥。运用以上分析方法可知，选项C、D正确，选项A、B错误。答案CD2.关于楞次定律和感应电流，以下说法正确的选项是()A.应用楞次定律时，需要明确两个磁场，即原磁场和感应电流的磁场，且感应电流的磁场总是要阻碍原磁场磁通量的变化B.应用楞次定律时，需要明确闭合回路中的磁通量是增加了还是削减了，进而推断感应电流的磁场方向C.楞次定律是用来推断感应电流方向的一个试验定律D.感应电流的磁场阻碍磁通量的变化，经受足够长的时间最终会阻挡磁通量的变化解析楞次定律是用来推断感应电流方向的一个试验定律，选项C正确；在应用楞次定律时，需要明确两个磁场，即原磁场和感应电流的磁场，明确磁通量的变化状况，感应电流的磁场总是要阻碍磁通量的变化，但不能阻挡磁通量的变化，选项A、B正确，选项D错误。答案ABC3.如图7所示，在同一铁芯上绕两线圈，单刀双掷开关原来连接触点1，现在把它扳向触点2，那么在此过程中，流过电流R的感应电流的方向是()图7A.先由P到Q，再由Q到PB.先由Q到P，再由P到QC.始终由Q到PD.始终由P到Q解析从触点1到触点2，分为两个物理过程：其一，离开触点1而未接触点2，左边线圈中电流从有到无，穿过右边线圈的磁通量在削减，由楞次定律可知感应电流方向为由Q到P；其二，与触点2接触而电路尚未稳定，左边线圈电流反向且从无到有，由楞次定律可知感应电流方向仍由Q到P，应选C。答案C4.如图8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8A.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解析由右手定那么知ef上的电流由e→f，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。答案D5.我国高温超导磁悬浮高速列车的车速已到达500km/h，如图是磁悬浮的原理，图9中A是圆柱形磁铁，B是用高温超导材料制成的超导圆环，将超导圆环B放在磁铁A上，它就能在磁力作用下悬浮在磁铁A上方的空中，那么以下说法正确的选项是()图9A.在B放入磁场过程中，将产生感应电流，当稳定后，感应电流消逝B.在B放入磁场的过程中，B中将产生感应电流，当稳定后，感应电流仍存在C.假如A的N极朝上，B中感应电流的方向如下图D.假如A的N极朝上，B中感应电流的方向与图示方向相反解析B进入磁场时，磁通量增加，将产生感应电流，这一电流在超导体中不会消逝，A错误，B正确；假如A的N极朝上，在B放入磁场过程中，B中的磁通量增加，依据楞次定律可知，感应电流的磁场方向向下，依据安培定那么可知，B中感应电流的方向与图示方向相反，C错误，D正确。答案BD一、选择题(在每题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。)1.某试验小组用如图1所示的试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，通过灵敏电流计的感应电流的方向是()图1A.a→G→bB.先a→G→b，后b→G→aC.b→G→aD.先b→G→a，后a→G→b解析条形磁铁在穿入线圈的过程中，磁场方向向下，向下的磁通量增加，由楞次定律可知，线圈中的感应电流产生的磁场方向向上，应用安培定那么可以推断感应电流的方向为逆时针(俯视)，即电流的方向为b→G→a，选项A、B错误；条形磁铁穿出线圈的过程中，磁场方向向下，磁通量减小，由楞次定律和安培定那么可得线圈中将产生顺时针方向的感应电流(俯视)，即电流的方向为a→G→b，选项C错误，选项D正确。答案D2.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图2所示连接。把开关闭合，将线圈A放在线圈B中，待电路稳定后，某同学发觉，当他将滑动变阻器的滑片P向左加速滑动时，电流计的指针向右偏转。那么以下说法中正确的选项是()图2A.线圈A向上移动或滑动变阻器的滑片P向右加速滑动，都能引起电流计的指针向左偏转B.线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流计的指针向右偏转C.滑动变阻器的滑片P匀速向左或匀速向右滑动时，电流计的指针都静止在中心位置D.由于线圈A、线圈B的绕线方向未知，故无法推断电流计指针偏转的方向解析由题意知，穿过B线圈的磁通量在减小时，电流计指针向右偏转。A选项中，线圈A向上移动时，使得穿过B线圈的磁通量削减，电流计指针向右偏转，故A选项错误，同理B选项正确；C选项中，滑片P匀速向左滑动时，穿过B线圈的磁通量削减，电流计指针向右偏转，同理滑片P匀速向右滑动时，指针向左偏转，故C、D选项均错误。答案B3.如图3所示，闭合金属圆环垂直于磁场方向放置在匀强磁场中，将它从匀强磁场中沿垂直于磁场方向匀速拉出，以下说法中正确的选项是()图3A.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，也有感应电流产生解析圆环中感应电流的方向，取决于圆环中磁通量的变化状况，向左或向右将圆环拉出磁场的过程中，圆环中垂直纸面对里的磁感线的条数都要削减，依据楞次定律可知，感应电流产生的磁场的方向与原磁场方向相同，即都垂直纸面对里，可以推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，环的一局部在磁场中，另一局部在磁场外时，环中磁通量才发生变化，环中才有感应电流。B选项正确。答案B4.如图4所示，一扁平条形磁铁的轴线与圆形线圈在同一平面内，磁铁中心与圆心重合，为了在磁铁开头运动时在线圈中得到逆时针方向的感应电流，磁铁的运动方式应是()图4A.磁铁在线圈平面内顺时针转动B.磁铁在线圈平面内逆时针转动C.N极向纸内，S极向纸外，使磁铁绕O点转动D.N极向纸外，S极向纸内，使磁铁绕O点转动解析依据楞次定律可知，必需使通过线圈向外的磁通量削减或向里的磁通量增加，应选C。答案C5.如图5所示，矩形闭合线圈abcd竖直放置，OO′是它的对称轴，通电直导线AB与OO′平行，且AB、OO′所在平面与线圈平面垂直。假设要在线圈中产生abcda方向的感应电流，可行的做法是()图5A.AB中电流I渐渐增大B.AB中电流I先增大后减小C.AB正对OO′，渐渐靠近线圈D.线圈绕OO′轴逆时针转动90°(俯视)解析选项A、B、C的做法，通电直导线电流产生的磁场穿过线圈的磁通量始终为零，不会产生感应电流；选项D中线圈绕OO′轴逆时针转动90°(俯视)，穿过线圈的磁通量增大，线圈中会产生abcda方向的感应电流，选项D正确。答案D6.闭合线圈abcd在磁场中运动到如图6所示位置时，ab边受到的磁场力竖直向上，此线圈的运动状况可能是()图6A.向右进入磁场B.向左移出磁场C.以ab为轴转动D.以cd为轴转动解析ab边受磁场力竖直向上，由左手定那么知，通过ab的电流方向是由a指向b，由右手定那么可知当线圈向左移出磁场时，bc边切割磁感线可产生顺时针方向的电流，选项A错误，选项B正确；当以ab或cd为轴转动时，在题图所示位置，导线不切割磁感线，无感应电流产生，选项C、D错误。答案B7.关于右手定那么的应用，以下说法正确的选项是()A.应用右手定那么时，四指指的方向就是感应电流的方向，拇指所指的方向为导体运动的方向B.应用右手定那么时，切割磁感线的导体相当于电源，电源的正极即四指所指的方向C.切割磁感线的导体只有做匀速直线运动时，才能应用右手定那么推断D.只要闭合导线框在匀强磁场中切割磁感线，就会产生感应电流，就能用右手定那么来推断解析依据右手定那么的内容知道，四指指的方向就是感应电流的方向，拇指所指的方向为导体运动的方向，选项A正确；从等效电路的角度看，切割磁感线的导体相当于电源，电源的正极即四指所指的方向，选项B正确；应用右手定那么推断感应电流的方向，与导体的运动状况无关，选项C错误；闭合导线框在匀强磁场中切割磁感线，不肯定产生感应电流，选项D错误。答案AB8.如图7所示，小圆圈表示处于匀强磁场中的闭合电路一局部导线的横截面，速度v在纸面内。关于感应电流的有无及方向的推断正确的选项是()图7A.图①中有感应电流，方向向外B.图②中有感应电流，方向向外C.图③中无感应电流D.图④中a、b、c、d四位置上均无感应电流解析图①中导线切割磁感线，依据右手定那么，可知电流方向向里，A项错误；图②、③中导线不切割磁感线，无电流，B项错误，C项正确；图④中导线在b、d位置切割磁感线，有感应电流，在a、c位置速度与磁感线方向平行，不切割磁感线，无电流，D项错误。答案C9.(2017·宁波高二月考)如图8所示，金属环所在区域存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面对里。当磁感应强度渐渐增大时，内、外金属环中感应电流的方向为()图8A.外金属环顺时针、内金属环逆时针B.外金属环逆时针，内金属环顺时针C.内、外金属环均为逆时针D.内、外金属环均为顺时针解析回路由外金属环和内金属环共同组成，回路中包围的磁场方向垂直纸面对里且内、外金属环之间的磁通量增加，由楞次定律可知两金属环之间的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，垂直于纸面对外，由安培定那么可知，在外金属环沿逆时针方向，在内金属环沿顺时针方向，应选项B正确。答案B10.(2018·华南师大附中)如图9所示，一金属圆环水平放置在竖直向上的匀强磁场中，假