楞次定律（原卷版）

第二章电磁感应2.1楞次定律[核心素养·学习目标]核心素养学习目标物理观念理解楞次定律的内容及实质；知道右手定则与楞次定律判断感应电流方向是等效的。科学思维通过楞次定律和右手定则对电流方向的判断，体会物理模型在探索自然规律中的作用。科学探究通过实验探究归纳判断感应电流方向的过程，体会科学探究在物理规律形成中的作用。科学态度与责任通过楞次定律中能量转化分析，体会守恒思想的重要意义，感受科学家对规律的研究过程，学习他们对工作严肃认真不怕困难的科学态度。课前课前预习考点一、探究感应电流的方向1．实验探究将螺线管与电流计组成闭合回路，分别将N极、S极插入、抽出线圈，如图所示，记录感应电流方向如下(1)观察并记录磁场方向、电流方向、磁通量大小变化情况，并将结果填入表格．甲乙丙丁条形磁体运动的情况N极向下插入线圈S极向下插入线圈N极朝下时拔出线圈S极朝下时拔出线圈原磁场方向(“向上”或“向下”)穿过线圈的磁通量变化情况(“增加”或“减少”)感应电流的方向(在螺线管上方俯视)逆时针顺时针顺时针逆时针感应电流的磁场方向(“向上”或“向下”)原磁场与感应电流磁场方向的关系(2)整理器材．四、实验结果分析根据上表记录，得到下述结果：甲、乙两种情况下，磁通量都增加，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；丙、丁两种情况下，磁通量都减少，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，阻碍磁通量的减少．实验结论：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．五、注意事项1．确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系时，要用试触法并注意减小电流强度，防止电流过大或通电时间过长损坏电流表．2．电流表选用零刻度在中间的灵敏电流计．3．实验前设计好表格，并明确线圈的绕线方向．4．按照控制变量的思想进行实验．5．进行一种操作后，等电流计指针回零后再进行下一步操作．考点二、楞次定律1．内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场引起感应电流的磁通量的变化．2．从能量角度理解楞次定律感应电流沿着楞次定律所述的方向，是能量守恒定律的必然结果，当磁极插入线圈或从线圈内抽出时，推力或拉力做功，使机械能转化为感应电流的电能．考点三、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方向．知识讲解知识讲解【知识点总结】一、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．应用楞次定律判断感应电流方向的步骤：(1)明确所研究的闭合电路，判断原磁场方向。(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)根据感应电流的磁场方向，由安培定则判断出感应电流的方向。二、右手定则内容：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。【大招总结】一、正确理解楞次定律中的“阻碍”一词1．弄清“阻碍”的几个层次谁在阻碍“感应电流的磁场”在阻碍阻碍什么阻碍的是“引起感应电流的磁场的磁通量的变化”，而不是阻碍的引起感应电流的磁场、也不是阻碍的引起感应电流的磁通量如何阻碍磁通量增加时，阻碍其增加，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，起抵消作用；磁通量减少时，阻碍其减少，感应电流的磁场与原磁场方向一致，起补偿作用．为何阻碍(原)磁场的磁通量发生了变化．结果如何阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化快慢，这种变化将继续进行，最终结果不受影响2.阻碍的几种表现(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”．(2)阻碍(导体的)相对运动——“来拒去留”．(3)回路面积有增大或减小的趋势来反抗磁通量的变化．3．弄清阻碍与“阻止”、“相反”的区别(1)阻碍不是阻止，最终引起感应电流的磁通量还是发生了变化，是“阻而未止”．(2)阻碍不等同相反，当引起感应电流的磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，当引起感应电流的磁通量减少时，感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相同(增反减同)．(3)阻碍的是导体与磁体的相对运动，而不是阻碍导体或磁体的运动．二、楞次定律与右手定则的区别及联系楞次定律右手定则区别研究对象整个闭合回路闭合回路的一部分，即做切割磁感线运动的导线适用范围各种电磁感应现象只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况应用用于磁感应强度B随时间变化而产生的电磁感应现象较方便用于导体切割磁感线产生电磁感应的现象较方便联系右手定则是楞次定律的特例三、右手定则与左手定则的比较比较项目右手定则左手定则作用判断感应电流方向判断通电导体所受磁场力的方向图例

因果关系运动→电流电流→运动应用实例发电机电动机三、楞次定律的理解和应用（方法归纳）1．因果关系：楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系，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，结果反过来影响原因。2．“阻碍”的理解：问题结论谁阻碍谁是感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化为何阻碍(原)磁场的磁通量发生了变化阻碍什么阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身如何阻碍当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，即“增反减同”结果如何阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化，这种变化将继续进行，最终结果不受影响提醒：“阻碍”不是“阻止”。引起感应电流的磁场仍然变化了，是阻而未止。“阻碍”并不意味着“相反”，当磁通量减小时，“阻碍”意味着“相同”。3．运用楞次定律判定感应电流方向的方法：四、楞次定律、右手定则、左手定则的比较与区别（方法归纳）1．楞次定律与右手定则的比较：楞次定律右手定则区别研究对象整个闭合回路闭合回路的一部分,即做切割磁感线运动的导体适用范围各种电磁感应现象只适用于部分导体在磁场中做切割磁感线运动的情况联系右手定则是楞次定律的特例提醒：当闭合电路的部分导体切割磁感线运动时，可以用右手定则判定感应电流的方向，也可以用楞次定律判定感应电流的方向。2．右手定则、右手螺旋定则(安培定则)和左手定则的区别：(1)右手定则判断的是导体切割磁感线时产生的感应电动势方向与磁场方向、导体运动方向三者之间的关系，应用时右手呈伸直状。(2)右手螺旋定则(安培定则)判断的是电流方向与它产生的磁场方向之间的关系，右手必须呈螺旋状，对直电流和环形电流大拇指和四指所代表的对象不一样。(3)左手定则判断的是磁场对电流的安培力方向或对带电粒子的洛伦兹力方向与磁场方向、电流或带电粒子运动方向之间的关系，应用时左手呈伸直状。典型例题典型例题例1．甲、乙三位同学利用如图所示装置探究影响感应电流方向的因素。（1）如图，请补齐连线，补齐线后，甲同学在断开开关时发现灵敏电流计指针向右偏转，下列操作中同样能使指针向右偏转的有。A．闭合开关B．开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动C．开关闭合时将B线圈从A线圈中拔出D．开关闭合时将B线圈倒置再重新插入A线圈中（2）为确切判断A线圈中的感应电流方向，应在实验前先查明灵敏电流计指针偏转方向与的关系。（3）乙同学设计了如图b所示的装置来判断感应电流的方向。他先使用多用电表的欧姆挡对二极管正负极进行确认，某次测量时发现多用电表指针几乎没有偏转，说明此时黑表笔接触的是二极管的（选填“正极”或“负极”）。实验操作时将磁铁插入线圈时，只有灯（选填“C”或“D”）短暂亮起。【答案】

CD/DC电流方向负极C【解析】（1）[1]将电源、电键、变阻器、小螺线管串联成一个回路，再将电流计与大螺线管串联成另一个回路，实物连接如图所示[2]断开开关时，线圈中电流迅速减小，则A线圈中磁通减小，出现感应电流，使灵敏电流计指针向右偏转；为了同样使指针向右偏转，应减小A线圈中的磁通量或增加A线圈中反向的磁通量；A．闭合开关，B线圈中的电流突然增大，则A线圈中的磁通量增大，故A错误；B．开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动，B线圈中的电流增大，则A线圈中的磁通量增大，故B错误；C．开关闭合时将B线圈从A线圈中拔出，则A线圈中的磁通量减小，故C正确；D．开关闭合时将B线圈倒置，再重新插入A线圈中，则A线圈中反向的磁通量增加，故D正确。故选CD。（2）[3]判断感应电流具体流向，应先查明灵敏电流计指针偏转方向与电流流入方向的关系；（3）[4]欧姆挡指针没有偏转时，说明二极管的负极与电源正极相连，根据多用电表红进黑出的操作原则，此时黑表笔接触的是二极管的负极；[5]当磁铁插入线圈时，可判断线圈中方向的电流，灯C短暂亮起。例2．如图所示，在水平放置的条形磁体的N极附近，一个闭合线圈竖直向下沿ABC直线运动并线圈平面始终保持水平；在位置B，磁体N极附近的磁感线正好与线圈平面平行，B、C位置之间的距离足够大。关于线圈经B到C的运动过程中，其感应电流的方向（俯视）描述正确的是（）A．先顺时针、后逆时针 B．先逆时针、后顺时针C．始终顺时针 D．始终逆时针【答案】B【解析】线圈到达B处时磁通量为零，因为向下运动，所以磁通量向下增大，线圈中感应电流方向沿逆时针（俯视）；由于B、C位置之间的距离足够大，继续向下运动，穿过线圈的磁通量向下减小，据楞次定律判断可知：线圈中感应电流方向沿顺时针，所以线圈经B到C的运动过程中，其感应电流的方向（俯视）先沿沿逆时针，后沿沿顺时针。故选B。例3．图中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境，导体ab上的感应电流方向为的是（）A．

B．

C．

D．

【答案】A【解析】A．导体ab顺时针转动，运用右手定则，磁感线穿过手心，拇指指向顺时针方向，则导体ab上的感应电流方向为a→b，A正确；B．导体ab向纸外运动，运用右手定则时，磁感线穿过手心，拇指指向纸外，则知导体ab上的感应电流方向为b→a，B错误；C．导体框向右运动，ad边切割磁感线，由右手定则可知，导体ab上的感应电流方向为b→a，C错误；D．导体ab沿导轨向下运动，由右手定则判断知导体ab上的感应电流方向为b→a，D错误。故选A。例4．某人拟运用电磁感应的知识，通过实验寻找磁单极子。该实验仪器的主要部分是由超导体制成的如图所示的线圈。若有一磁单极子从上往下穿过超导线圈，则在超导线圈中将产生感应电流。关于感应电流方向，下列说法正确的是（）A．磁单极子穿过超导线圈的过程中，线圈中感应电流的方向要变化B．N磁单极子与S磁单极子分别穿过超导线圈的过程中，线圈中感应电流的方向相同C．磁单极子穿过超导线圈的过程中，线圈中感应电流的方向不变D．磁单极子穿过超导线圈的过程中，从上向下看，线圈中感应电流的方向始终为顺时针【答案】C【解析】ABD．若N磁单极子穿过超导线圈的过程中，当磁单极子靠近线圈时，穿过线圈中磁通量增加，且磁场方向从上向下，所以由楞次定律可知，感应磁场方向是从下向上，再由右手螺旋定则可确定感应电流方向为逆时针；当磁单极子远离线圈时，穿过线圈中磁通量减小，且磁场方向从下向上，所以由楞次定律可知，感应磁场方向是从下向上，再由右手螺旋定则可确定感应电流方向为逆时针。因此线圈中产生的感应电流方向不变。若是S磁单极子穿过超导线圈，由楞次定律可得出：靠近线圈时，感应磁场方向是从上向下，则感应电流方向为顺时针；当远离时，感应电流方向也是顺时针，故ABD错误。C．由上述分析可知，磁单极子穿过超导线圈的过程中，线圈中感应电流方向不变，故C正确。故选C。例5．如图所示，要使铜制线圈c中有顺时针方向（从左向右看）的感应电流产生且被螺线管排斥，则金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做的运动可能是（）A．向右的匀速运动 B．向左的加速运动C．向右的减速运动 D．向右的加速运动【答案】B【解析】A．导体棒ab向右匀速运动时，ab中产生的感应电流不变，螺线管产生的磁场是稳定的，穿过c的磁通量不变，c中没有感应电流，线圈c不受安培力作用，不会被螺线管排斥，A错误；BD．导体棒ab向右或向左做加速运动时，ab中产生的感应电流增大，螺线管产生的磁场增强，穿过c的磁通量增大，相当于螺线管靠近线圈c，根据“来拒去留”规律，螺线管与线圈c相互排斥；导体棒向左加速运动时，产生由b向a向上增加的电流，在螺线管中产生的磁场左端是N极，则穿过圆环的磁通量向左增加，根据楞次定律可知在圆环中产生顺时针方向（从左向右看）的感应电流，则B正确，D错误；C．导体棒ab向右或向左做减速运动时，ab中产生的感应电流减小，螺线管产生的磁场减弱，穿过c的磁通量减小，相当于螺线管远离线圈c，根据“来拒去留”规律，螺线管与线圈c相互吸引，故C错误；故选B。例6．(多选)用如图所示的实验装置探究电磁感应现象，当有电流从电流表的正接线柱流入时，指针向右偏转．下列说法正确的是()A．当把磁体N极向下插入线圈时，电流表指针向左偏转B．当把磁体N极向下从线圈中拔出时，电流表指针向左偏转C．保持磁体在线圈中静止，电流表指针不发生偏转D．磁体插入线圈后，使磁体和线圈一起以同一速度向上运动，电流表指针向左偏转【答案】AC【解析】当把磁体N极向下插入线圈时，穿过线圈的磁通量增加，根据楞次定律可知，线圈中会产生阻碍磁通量增加的磁场，即向上的磁场，再根据右手螺旋定则可判断出线圈中的电流方向为逆时针方向(俯视)，电流从电流表负接线柱流入，故指针向左偏转，故A正确；同理，当把磁体N极向下从线圈中拔出时，电流表的指针向右偏转，故B错误；如果保持磁体在线圈中静止，则线圈中的磁通量不变化，故电流表指针不发生偏转，故C正确；使磁体和线圈一起以同一速度向上运动时，线圈中的磁通量也不变化，故电流表指针也不发生偏转，故D错误．强化训练强化训练一、单选题1．如图，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈，右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到（）A．拨至M端或N端，圆环都向左运动B．拨至M端或N端，圆环都向右运动C．拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动D．拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动2．如图所示，两匀强磁场的磁感应强度和大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是（）A．同时增大减小B．同时减小增大C．同时以相同的变化率增大和D．同时以相同的变化率减小和3．某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针晃动剧烈且不易停止。按照老师建议，该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运，发现表针晃动明显减弱且能很快停止。下列说法正确的是（）A．未接导线时，表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势B．未接导线时，表针晃动剧烈是因为表内线圈受到安培力的作用C．接上导线后，表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势D．接上导线后，表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用4．如图，金属圆形线圈a套在条形磁铁上，条形磁铁与线圈a所在的平面垂直且穿过线圈圆心，若将线圈a对称地扩展为线圈b的形状，则穿过线圈的磁通量变化情况是（）A．增大 B．不变C．减小 D．不能确定5．如图所示，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（）A．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6．如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一形金属导轨，导轨平面与磁场垂直。金属杆置于导轨上并与导轨形成闭合回路，一圆环形金属框位于回路围成的区域内，线框与导轨共面。现让金属杆突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是A．中沿顺时针方向，中沿逆时针方向B．中沿顺时针方向，中沿顺时针方向C．中沿逆时针方向，中沿逆时针方向D．中沿逆时针方向，中沿顺时针方向7．如图所示，右端为N极的磁铁置于粗糙水平桌面上并与轻质弹簧相连，弹簧一端固定在竖直墙面上，当弹簧处于原长时，磁铁的中心恰好是接有一盏小灯泡的竖直固定线圈的圆心。用力将磁铁向右拉到某一位置，撤去作用力后磁铁穿过线圈来回振动，有关这个振动过程，以下说法正确的是（）A．灯泡的亮暗不会发生变化 B．磁铁接近线圈时，线圈对磁铁产生排斥力C．从左往右看线圈中的电流一直沿逆时针方向 D．若忽略摩擦力和空气阻力，磁铁振动的幅度不会减小8．一个长直密绕螺线管N放在一个金属圆环M的中心，圆环轴线与螺线管轴线重合，如图甲所示。螺线管N通有如图乙所示的电流，下列说法正确的是（）A．t=时刻，圆环有扩张的趋势B．t=时刻，圆环有收缩的趋势C．t=和t=时刻，圆环内有相同的感应电流D．t=和t=时刻，圆环内有不同的感应电流9．如图甲所示，线圈ab中通有如图乙所示的电流，电流从a到b为正方向，在0~t0这段时间内，用丝线悬挂的铝环M中产生感应电流，则（）A．从左向右看感应电流先逆时针后顺时针B．铝环受到的安培力一直向左C．铝环受到的安培力先向左后向右D．铝环始终有收缩趋势10．如图所示，条形磁铁用细线悬挂于O点，一金属圆环放置在O点正下方的水平绝缘桌面上。现将磁铁拉至左侧某一高度后由静止释放，磁铁在竖直面内摆动，在其第一次摆至右侧最高点的过程中，圆环始终静止。则下列说法正确的是（）A．磁铁始终受到圆环的斥力作用B．圆环中的感应电流方向保持不变C．磁铁从左到右经过竖直线两侧位置时，桌面对圆环的摩擦力方向相反D．磁铁在O点两侧最高点的重力势能不相等11．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A．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12．如图甲所示，线圈ab中通有如图乙所示的电流，电流正方向为从a到b，在0~t0这段时间内，用丝线悬挂的铝环M中产生感应电流，则（）A．从左向右看，感应电流的方向先为顺时针，后为逆时针B．从左向右看，感应电流的方向先为逆时针，后为顺时针C．从左向右看，感应电流的方向始终为顺时针D．铝环与线圈之间一直有磁场力的作用，作用力先向左后向右13．如图所示，金属棒垂直于竖直金属导轨且与导轨接触良好，导轨间存在垂直导轨平面向里的匀强磁场，导轨上端与金属线圈相连，金属线圈用绝缘细线悬挂。要使线圈有靠近线圈的趋势，并产生如图方向的感应电流，下列可采用的操作是（）A．棒向上加速直线运动B．棒向下加速直线运动C．棒向上减速直线运动D．棒向下减速直线运动14．图中T是绕有两组线圈的闭合铁心，线圈的绕向如图所示，D是理想的二极管，金属棒ab可在两条平行的金属导轨上沿导轨滑行，磁场方向垂直纸面向里，若电流计G中有电流通过，则ab棒的运动可能是（）A．向左匀速运动 B．向右匀速运动C．向左匀加速运动 D．向右匀加速运动15．如图所示，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（）A．通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互排斥B．通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互排斥C．通过电阻的感应电流的方向由a到b，线圈与磁铁相互吸引D．通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互吸引二、解答题16．如图所示，一边长为L的方形线框，向右匀速穿过宽度为d的匀强磁场（d>L），在下述三个阶段中，线框中磁通量怎样变化？若存在感应电流，方向是顺时针还是逆时针