新教材高中物理第二章电磁感应1楞次定律导学案新人教版选择性必修第二册

第二章电磁感应1.楞次定律1．会用实验探究影响感应电流方向的因素。2.理解楞次定律的内容。3.会用楞次定律判断感应电流的方向。4.会用右手定则及楞次定律解答有关问题。一、影响感应电流方向的因素1．穿过闭合回路的eq\o(□,\s\up2(01))磁通量变化是产生感应电流的条件，所以感应电流的方向可能与eq\o(□,\s\up2(02))磁通量的变化有关。2．通过实验，记录磁极进出闭合线圈运动的四种情况，分析总结感应电流的方向与eq\o(□,\s\up2(03))磁通量的变化之间的关系。二、楞次定律1．内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要eq\o(□,\s\up2(01))阻碍引起感应电流的磁通量的eq\o(□,\s\up2(02))变化。2．实质：感应电流沿着楞次定律所述的方向，是eq\o(□,\s\up2(03))能量守恒定律的必然结果。三、右手定则1．内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指eq\o(□,\s\up2(01))垂直，并且都与手掌在eq\o(□,\s\up2(02))同一个平面内；让磁感线从eq\o(□,\s\up2(03))掌心进入，并使eq\o(□,\s\up2(04))拇指指向导线运动的方向，这时eq\o(□,\s\up2(05))四指所指的方向就是感应电流的方向。如图所示。2．适用条件：更便于判定eq\o(□,\s\up2(06))导线切割磁感线时感应电流的方向。判一判(1)感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化，所以原磁通量不变。()(2)电路不闭合，穿过回路的磁通量变化时，也会产生“阻碍”作用。()(3)楞次定律是机械能守恒定律在电磁感应现象中的具体体现。()(4)凡可以用右手定则判断感应电流方向的，均能用楞次定律判断。()提示：(1)×(2)×回路中的“阻碍”作用是由感应电流的磁场产生的，若回路不闭合，就无感应电流，因此不会产生“阻碍”作用。(3)×(4)√想一想(1)楞次定律中，“阻碍引起感应电流的磁通量的变化”是说感应电流的磁场与原磁场方向相反吗？提示：不是，应理解为：原磁场磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场方向相反；原磁场磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场方向相同。(2)右手定则与右手螺旋定则相同吗？提示：不同，右手定则中四指与拇指在同一平面上，判断的是感应电流的方向；右手螺旋定则中四指是弯曲的，大拇指与四指不在同一平面上，判断的是电流周围的磁场方向。课堂任务探究影响感应电流方向的因素楞次定律仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：感应电流产生的条件是什么？把磁体的某一个磁极向线圈中插入、从线圈中抽出时，线圈中的感应电流方向不同。感应电流的方向可能与哪些因素有关？提示：穿过闭合回路的磁通量变化是产生感应电流的条件，看来感应电流的方向可能与磁通量的变化有关。活动2：在上述实验中，为了得出普遍规律，我们需要记录分析磁极相对线圈运动的各种情况，如图所示。穿过线圈的磁通量增大时，如果磁场方向不同，感应电流的方向相同吗？磁通量减小时呢？提示：穿过线圈的磁通量都在增大时，如果磁场方向不同，则感应电流的方向不同。穿过线圈的磁通量都在减小时，也有相同的结论。活动3：感应电流的方向与磁通量变化不容易建立起直接的联系。我们知道，磁体周围存在磁场，感应电流也会产生磁场，受此启发，能猜想到什么？提示：感应电流磁场的磁通量与磁体磁场的磁通量可能有某种联系。活动4：由于线圈的横截面积是不变的，磁通量的变化可以用磁场的变化来体现。首先分析甲、乙两图磁通量增大时，感应电流的磁场方向与磁体磁场方向的关系，如表1所示。由此可得出什么结论？表1磁通量增大时的情况图号磁体磁场的方向感应电流的方向感应电流的磁场方向甲向下逆时针(俯视)向上乙向上顺时针(俯视)向下提示：比较表1中的数据，可以发现，当穿过线圈的磁通量增大时，感应电流的磁场与磁体的磁场方向相反，阻碍磁通量的增加。活动5：根据实验结果填写表2。由此可得出什么结论？表2磁通量减小时的情况图号磁体磁场的方向感应电流的方向感应电流的磁场方向丙丁提示：图号磁体的磁场方向感应电流的方向感应电流的磁场方向丙向下顺时针(俯视)向下丁向上逆时针(俯视)向上比较表2中的数据，可以发现，当穿过线圈的磁通量减小时，感应电流的磁场与磁体的磁场方向相同，阻碍磁通量的减小。1．楞次定律的内容：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．因果关系：闭合导体回路中磁通量的变化是因，产生感应电流是果；原因产生结果，结果又反过来影响原因。3．“阻碍”二字的含义注意：涉及相对运动时，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。4．楞次定律的实质由于电阻的存在，感应电流在闭合回路中流动时将产生热量。根据能量守恒定律，能量不可能无中生有，这部分热量只可能从其他形式的能量转化而来。(1)把磁极插入线圈或从线圈内抽出时，推力或拉力都必须做机械功，做功过程中消耗的机械能转化成感应电流的电能。(2)导体切割磁感线运动而产生感应电流时，感应电流受到的安培力阻碍导体相对磁体的运动，导体在克服安培力做功的过程中消耗的其他形式的能转化成感应电流的电能。综上所述，楞次定律实质上是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。例1(多选)关于楞次定律，下列说法中正确的是()A．感应电流的磁场方向总是与原磁场的方向相反B．感应电流的磁场方向总是与原磁场的方向相同C．感应电流的磁场方向与磁通量增大还是减小有关D．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的磁通量变化(1)感应电流的磁场方向与引起感应电流的原磁场方向具有怎样的关系？提示：当磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场方向相反；当磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场方向相同。(2)感应电流的磁场是阻碍磁通量，还是阻碍磁通量的变化？提示：阻碍磁通量的变化。[规范解答]感应电流的磁场并不阻碍原磁场的磁通量，而是阻碍原磁场的磁通量变化，D正确；当磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，当磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，A、B错误；感应电流的磁场方向取决于引起感应电流的磁场方向以及磁通量是增加还是减小，C正确。[完美答案]CD规律点拨楞次定律的理解1感应电流的磁场不一定与原磁场方向相反，只是在原磁场的磁通量增大时两者才相反，在磁通量减小时，两者是同向的，即“增反减同”。2“阻碍”并不是“阻止”。例如：当原磁通量增加时，感应电流的磁场只能“阻碍”其增加，而不能“阻止”其增加，即磁通量最终还是要增加。3楞次定律本身并没有直接给定感应电流的方向，只是给定感应电流的磁场与原磁场间存在着“阻碍磁通量变化”的关系，要注意区分这两个磁场，明白两磁场之间的相互关系。eq\a\vs4\al([变式训练1])关于楞次定律，下列说法中正确的是()A．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的减弱B．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的增强C．感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化D．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化答案C解析根据楞次定律可知，感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化，而不是阻碍原磁场的减弱、增强等变化，故C正确，A、B、D错误。课堂任务楞次定律的应用仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：闭合开关S时，导线CD所在回路中的磁场方向是怎样的？提示：AB中电流向右，由右手螺旋定则，导线CD所在回路中的磁场方向垂直纸面向外。活动2：闭合开关S时，导线CD所在回路中的磁通量是增加还是减小？提示：增加。活动3：闭合开关S时，导线CD所在回路中感应电流的磁场方向是怎样的？提示：根据楞次定律，导线CD所在回路中感应电流的磁场方向垂直纸面向里。活动4：闭合开关S时，导线CD所在回路中感应电流的方向是怎样的？提示：由右手螺旋定则，导线CD所在回路中感应电流的方向为顺时针。应用楞次定律的基本思路应用楞次定律判定感应电流方向的思路，可以概括为：上图描述了磁通量变化、原磁场方向、感应电流方向三个因素的关系，只要知道了其中任意两个因素，就可以确定第三个因素。例2汽车自动控制刹车系统(ABS)的原理如图所示。铁质齿轮P与车轮同步转动，右端有一个绕有线圈的磁体(极性如图)，M是一个电流检测器。当车轮带动齿轮P转动时，靠近线圈的铁齿被磁化，使通过线圈的磁通量增大，铁齿离开线圈时又使通过线圈的磁通量减小，从而能使线圈中产生感应电流，感应电流经电子装置放大后即实现自动控制刹车。齿轮从图示位置开始转到下一个铁齿正对线圈的过程中，通过M的感应电流的方向()A．总是从左向右的B．总是从右向左的C．先从右向左，然后从左向右D．先从左向右，然后从右向左(1)穿过线圈的合磁场指向哪个方向？提示：一直向左。(2)题述过程中，穿过线圈的合磁通量大小如何变化？提示：先减小后增大。[规范解答]穿过线圈的磁通量方向与磁体内部的磁场方向相同，均从右指向左。铁齿靠近线圈时，铁齿的右端是S极，铁齿在线圈处产生的磁场方向指向铁齿，即与原磁场同向，所以在图示时刻，穿过线圈的磁通量最大，随着齿轮的转动，磁通量先减小后增大，当下一个铁齿正对线圈时，磁通量又达到最大。结合楞次定律可知，该过程线圈中感应电流在线圈轴线上的磁场先向左后向右，由安培定则可知，通过M的感应电流的方向先从右向左，然后从左向右，C正确。[完美答案]C规律点拨楞次定律的应用1判断感应电流的方向。2判断原磁场磁通量的变化或原磁场的方向。思路与判断感应电流的方向的思路相反，即先用右手螺旋定则安培定则判断感应电流的磁场方向，再由楞次定律结合原磁场的方向判断原磁场磁通量的变化，或结合原磁场磁通量的变化判断原磁场的方向。eq\a\vs4\al([变式训练2])(2020·江苏省高二期末)(多选)如图所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路，要使圆环形导体线圈a中产生从上向下看顺时针的感应电流，下列操作中可行的是()A．将线圈a水平向左移动B．将通电螺线管水平向右移动C．拔出通电螺线管中的铁芯D．向下移动滑动变阻器的触头答案ABC解析由安培定则可知，螺线管中电流在线圈a处的磁场方向竖直向下，要使圆环形导体线圈a中产生从上向下看顺时针的感应电流，即使线圈a中感应电流的磁场竖直向下，由楞次定律可知，线圈a中竖直向下的磁通量减小。将线圈a水平向左移动，则穿过线圈a的竖直向下的磁通量减小，故A正确；将通电螺线管水平向右移动，则穿过线圈a的竖直向下的磁通量减小，故B正确；拔出通电螺线管中的铁芯，则穿过线圈a的竖直向下的磁通量减小，故C正确；向下移动滑动变阻器的触头，则螺线管b中的电流增大，从而判断出穿过线圈a的竖直向下的磁通量增大，故D错误。课堂任务右手定则仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。活动1：如图所示，用楞次定律分析闭合导体回路的一部分导体做切割磁感线运动时导体中感应电流的方向，应研究的是哪个闭合导体回路？当导体棒CD向右运动时，用楞次定律如何判断导体棒CD中的感应电流的方向？提示：CDEF回路。导体棒CD向右运动，回路中向里的磁通量增加，感应电流的磁场方向向外，感应电流在导体棒CD中由C向D。活动2：如图所示，根据楞次定律，仅当磁场方向反向时，导体棒CD中感应电流的方向是什么？仅当导体棒CD的运动方向反向时呢？当磁场方向和导体棒的运动方向都反向时呢？提示：根据楞次定律，仅当磁场方向反向时，导体棒CD中感应电流的方向是从D到C；仅当导体棒CD的运动方向反向时，导体棒CD中感应电流的方向是从D到C；当磁场方向和导体棒的运动方向都反向时，感应电流在导体棒CD中由C向D。活动3：参考左手定则，使磁感线仍从掌心进入，四指仍指向电流方向，如何表示出感应电流的方向、原磁场的方向、导体棒运动的方向三者之间的关系？提示：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，并使拇指指向导体棒运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。右手定则的理解(1)适用范围：闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流方向的判断。(2)右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和感应电流方向三者之间的相互垂直关系。①大拇指所指的方向是导体相对磁场切割磁感线的运动方向，既可以是导体运动而磁场未动，也可以是导体未动而磁场运动，还可以是两者以不同速度同时运动。②四指指向电流方向，切割磁感线的导体相当于电源。例3如图所示，同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好，匀强磁场的方向垂直纸面向里，导体棒的电阻可忽略，当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是()A．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由b到aB．流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到aC．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由a到bD．流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由a到b(1)磁场方向是怎样的？导体棒是怎样切割磁感线的？提示：垂直纸面向里，水平向左切割磁感线。(2)用什么方法判断电流方向？提示：右手定则或楞次定律。[规范解答]解法一：根据磁场方向和导体棒的运动方向，用右手定则可以判断出在PQ中产生的感应电流的方向为由P指向Q，所以流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到a，故本题答案为B。解法二：当导体棒向左滑动时，穿过导体棒与电阻R组成的回路的磁通量垂直纸面向里增加，由楞次定律知回路中感应电流产生的磁场垂直纸面向外，再由安培定则知感应电流方向为逆时针，即流过R的电流为由c到d；穿过导体棒与电阻r组成的回路的磁通量垂直纸面向里减小，由楞次定律知回路中感应电流产生的磁场垂直纸面向里，再由安培定则知感应电流方向为顺时针，即流过r的电流为由b到a。故本题答案为B。[完美答案]B规律点拨楞次定律与右手定则的选用方法有的问题只能用楞次定律而不能用右手定则，有的问题则两者都能使用，关于选用楞次定律还是右手定则，要具体问题具体分析。1如果导体不动，回路中的磁通量变化，要用楞次定律判断感应电流方向，而不能用右手定则判断。2如果回路中的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流，用右手定则判断较为简便，用楞次定律也能进行判断，但较为麻烦。3如果导体不动，而磁场相对导体运动，此时仍可用右手定则判断感应电流的方向，但是右手定则中拇指所指的方向不是磁场运动的方向，而是磁场运动的反方向，即仍然是导体相对磁场做切割磁感线运动的方向。eq\a\vs4\al([变式训练3])(多选)如图所示，光滑平行金属导轨PP′和QQ′，都处于同一水平面内，P和Q之间连接一电阻R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中。现垂直于导轨放置一根导体棒MN，用一水平向右的力F拉动导体棒MN，以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是()A．感应电流方向是N→MB．感应电流方向是M→NC．安培力水平向左D．安培力水平向右答案AC解析由右手定则知，MN中感应电流方向是N→M，A正确，B错误；再由左手定则可知，MN所受安培力方向垂直导体棒水平向左，C正确，D错误。1．(楞次定律的理解)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方向相反C．与引起感应电流的磁场方向相同D．阻碍引起感应电流的磁通量的变化答案D解析根据楞次定律可知感应电流的磁场一定是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，与引起感应电流的磁场方向可能相同，也可能相反，故D正确，A、B、C错误。2．(右手定则)下列图中表示闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动的情景，导体ab上的感应电流方向为a→b的是()答案A解析应用右手定则判断可得：A中导体ab上的感应电流方向为a→b，B中导体ab上的感应电流方向为b→a，C中导体ad上的感应电流方向为a→d，则导体ab上的感应电流方向为b→a，D中导体ab上的感应电流方向为b→a，故A正确，B、C、D错误。3．(感应电流的方向)如图所示，匀强磁场与圆形导体环平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时()A．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答案D解析由右手定则知ef上的电流由e→f，故环的右侧的电流方向为逆时针，环的左侧的电流方向为顺时针，故D正确。4．(右手定则)如图所示，一个金属圆盘安装在竖直的转动轴上，置于蹄形磁体之间，两块铜片A、O分别与金属盘的边缘和转动轴接触。若使金属盘按图示方向(俯视顺时针方向)转动起来，下列说法正确的是()A．电阻R中有Q→R→P方向的感应电流B．电阻R中有P→R→Q方向的感应电流C．穿过圆盘的磁通量始终没有变化，电阻R中无感应电流D．调换磁体的N、S极同时改变金属盘的转动方向，R中感应电流的方向也会发生改变答案B解析根据右手定则可判断圆盘中电流由O→A，则电阻R中有P→R→Q方向的电流，故B正确，A、C错误；调换磁体的N、S极同时改变圆盘的转动方向，由右手定则可知R中感应电流的方向不变，D错误。5．(楞次定律的应用)图甲线圈ab中的电流如图乙所示，设电流方向从a到b为正，那么在0～t0这段时间内，用丝线悬挂的铝环M中产生感应电流，从左向右看，它的方向是()A．顺时针 B．逆时针C．先顺时针后逆时针 D．先逆时针后顺时针答案A解析ab中电流沿正方向减小时，由安培定则和楞次定律知M中感应电流的磁场是向右的，则M中的感应电流从左向右看是顺时针方向；ab中电流沿负方向增大时，由安培定则和楞次定律知M中感应电流的磁场仍是向右的，则M中的感应电流从左向右看仍是顺时针方向。故A正确。6．(楞次定律的应用)(多选)1831年8月法拉第把两个线圈绕在一个铁环上(如图所示)，线圈A接直流电源，线圈B接电流表。他发现，当线圈A的电路接通或断开的瞬间，线圈B中产生瞬时电流。分析这个实验，下列说法中正确的是()A．此实验说明线圈B的感应电流是由线圈A的磁场变化引起的B．开关S闭合瞬间，中的电流方向是b→aC．若将其中的铁环拿走，再做这个实验，S闭合瞬间，中没有电流D．若将其中的铁环拿走，再做这个实验，S闭合瞬间，中仍有电流答案AD解析此实验说明线圈B的感应电流是由线圈A的磁场变化引起的，A正确；开关S闭合瞬间，根据楞次定律可知，中的电流方向是a→b，B错误；若将其中的铁环拿走，再做这个实验，S闭合瞬间，穿过线圈B的磁通量仍然变化，故中仍有电流，C错误，D正确。7．(探究影响感应电流方向的因素)如图所示的器材可用来研究电磁感应现象并探究影响感应电流方向的因素。(1)在给出的实物图中，将实验仪器连成完整的实验电路。(2)在实验过程中，除了查清流入电流计的电流方向与指针偏转方向之间的关系之外，还应查清________的绕制方向。(选填“A”“B”或“A和B”)(3)闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑动头P置于________端。(选填“左”或“右”)答案(1)如图所示(2)A和B(3)右解析(1)研究电磁感应现象的实验电路分两部分，电源、开关、滑动变阻器、线圈A组成闭合电路，电流计与线圈B组成另一个闭合电路。实验电路图如答图所示。(2)在实验过程中，需要确定线圈A中电流的磁场方向和线圈B中感应电流的磁场方向，故还应查清线圈A与线圈B的绕制方向。(3)闭合开关之前，应将滑动变阻器的滑动头P置于右端，以保护电路。8．(探究影响感应电流方向的因素)现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A和B、电流计及开关按如图所示连接。在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，电流计指针向右偏转。则断开开关，能引起电流计指针向________偏转。(选填“左”或“右”)答案右解析由题意知，滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，电阻增大，A中电流减小，磁场减弱，穿过B的磁通量减小，电流计指针向右偏转。若断开开关，穿过B的磁通量也减小，所以电流计指针向右偏转。9．(楞次定律的应用)如图所示，金属环所在区域存在着匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。当磁感应强度逐渐增大时，内、外金属环中感应电流的方向为()A．外环顺时针，内环逆时针B．外环逆时针，内环顺时针C．内、外环均为逆时针D．内、外环均为顺时针答案B解析首先明确研究的回路由外环和内环共同组成，回路中的磁场方向垂直纸面向里且磁通量增加，由楞次定律可知两环之间的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，垂直于纸面向外，再由安培定则判断出感应电流的方向是在外环沿逆时针方向，在内环沿顺时针方向，故B正确。10．(楞次定律的应用)电阻R、电容器C与一个线圈连成闭合回路，条形磁体静止在线圈的正上方，N极朝下，如图所示。现使磁体开始自由下落，在N极接近线圈上端过程中，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，下极板带正电答案D解析在磁体的N极接近线圈上端过程中，穿过线圈的磁场向下且磁通量增加，在线圈中产生的感应电流的磁场方向向上，由安培定则可知产生的感应电流在R中从b到a；电容器下极板电势高，带正电。故D正确。11.(楞次定律的应用)(2019·海南省屯昌县屯昌中学月考)(多选)矩形金属线圈ABCD位于如图所示的通电长直导线附近，线圈与导线在同一个平面内，线圈的两条边与导线平行。下面说法正确的是()A．在这个平面内线圈平行导线移动时穿过线圈的磁通量减小B．在这个平面内线圈远离导线移动时穿过线圈的磁通量减小C．当导线中的电流I增大时线圈产生沿ABCDA方向的感应电流D．当导线中的电流I减小时线圈产生沿ABCDA方向的感应电流答案BC解析