2024-2025学年高中物理第一章电磁感应4楞次定律学案教科版选修3-2

PAGE10-4.楞次定律[学习目标]1.通过探究试验总结楞次定律．(重点)2.会用右手定则和楞次定律推断感应电流的方向．(重点)3.理解楞次定律的内容和本质．(难点)4.找出楞次定律与右手定则的区分与联系．(难点)一、右手定则1．内容：将右手手掌伸平，使大拇指与其余并拢的四指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线从手心穿入，大拇指指向导体运动方向，这时四指的指向就是感应电流的方向，也就是感应电动势的方向．2．适用范围：适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的状况．二、楞次定律1．试验探究将螺线管与电流计组成闭合导体回路，分别将条形磁铁的N极、S极插入，抽出线圈，如图所示，记录感应电流方向如下．2．试验记录图号磁场方向感应电流方向(俯视)感应电流的磁场方向归纳总结甲向下逆时针向上感应电流的磁场阻碍原磁通量的增加乙向上顺时针向下丙向下顺时针向下感应电流的磁场阻碍原磁通量的削减丁向上逆时针向上3.试验结论：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；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．4．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更．1．思索推断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)导体棒不垂直切割磁感线时，也可以用右手定则推断感应电流方向． (√)(2)感应电流方向凡可以用右手定则推断的，均能用楞次定律推断． (√)(3)右手定则即右手螺旋定则． (×)(4)感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同，也可能相反． (√)(5)楞次定律表明感应电流的效果总是与引起感应电流的缘由相对抗． (√)(6)感应电流的磁场肯定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变更． (√)2．闭合电路的一部分导体在磁场中因切割磁感线而产生了感应电流，在如图所示的图中，B、v、I方向均正确的是()D[A、C两项中不产生感应电流，A、C错误；由右手定则可知B中的感应电流方向应向外，B错误；只有选项D正确．]3.如图所示，一水平放置的圆形通电线圈1固定，另一较小的圆形线圈2从1的正上方下落，在下落过程中两线圈平面始终保持平行且共轴，则在线圈2从正上方下落至1的正下方过程中，从上往下看，线圈2中()A．无感应电流B．有顺时针方向的感应电流C．先是顺时针方向，后是逆时针方向的感应电流D．先是逆时针方向，后是顺时针方向的感应电流C[由安培定则可知通电线圈1产生的磁场方向自下而上穿过线圈1所包围的空间．当线圈2从正上方下落至与线圈1共面的过程中，穿过线圈2的磁通量向上增加，依据楞次定律的“增反”可知，线圈2中感应电流产生的磁场方向向下，应用安培定则可以推断出感应电流的方向为顺时针(俯视)；当线圈2从与线圈1共面的位置接着下落至正下方时，穿过线圈2的磁通量向上削减，依据楞次定律的“减同”可知，线圈2中感应电流产生的磁场方向向上，应用安培定则可以推断出感应电流的方向为逆时针(俯视)，故选项C正确．]楞次定律的理解及应用1.因果关系闭合导体回路中磁通量的变更是因，产生感应电流是果；缘由产生结果，结果又反过来影响缘由．2．“阻碍”的理解3．“阻碍”的表现形式(1)从磁通量变更的角度看，感应电流的效果是阻碍磁通量的变更．(2)从相对运动的角度看，感应电流的效果是阻碍相对运动．4．楞次定律应用四步曲(1)确定原磁场方向；(2)判定产生感应电流的磁通量如何变更(增加还是削减)；(3)依据楞次定律确定感应电流的磁场方向(增反减同)；(4)判定感应电流的方向．该步骤也可以简洁地描述为“一原二变三感四螺旋”，一原——确定原磁场的方向；二变——确定磁通量是增加还是削减；三感——推断感应电流的磁场方向；四螺旋——用右手螺旋定则推断感应电流的方向．【例1】如图所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管，则电路中()A．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思路点拨：应用楞次定律推断感应电流的方向时，关键是分析原磁场方向和穿过回路的磁通量的变更状况．C[条形磁铁从左边进入螺线管的过程中，在螺线管内产生的磁场方向向右，穿过螺线管的磁通量不断增加，依据楞次定律，感应电流的方向是a→G→b.条形磁铁从螺线管中向右穿出的过程中，在螺线管内产生的磁场方向仍向右，穿过螺线管的磁通量不断减小，依据楞次定律，感应电流的方向是b→G→a，故C正确．]应用楞次定律时应依次确定的物理量[跟进训练]训练角度1：楞次定律的理解1．关于楞次定律，下列说法正确的是()A．感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变更B．闭合电路的一部分导体在磁场中运动时，必受磁场阻碍作用C．原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场同向D．感应电流的磁场总是跟原磁场反向，阻碍原磁场的变更A[感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变更，选项A正确；闭合电路的一部分导体在磁场中平行磁感线运动时，不受磁场阻碍作用，选项B错误；原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场反向，选项C错误；当原磁通量增加时感应电流的磁场跟原磁场反向，当原磁通量削减时感应电流的磁场跟原磁场同向，选项D错误．]训练角度2：楞次定律的简洁应用2.(多选)如图所示，闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在有界匀强磁场中，将它从匀强磁场中匀速拉出，以下各种说法中正确的是()A．向左拉出和向右拉出时，环中的感应电流方向相反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的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的D．将圆环左右拉动，当环全部处在磁场中运动时，圆环中无感应电流BD[将金属圆环不管从哪边拉出磁场，穿过闭合圆环的磁通量都要削减，依据楞次定律可知，感应电流的磁场要阻碍原磁通量的削减，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，应用右手螺旋定则可以推断出感应电流的方向是顺时针方向的，选项B正确，A、C错误；当圆环全部处在磁场中运动时，穿过圆环的磁通量没有变更，该种状况无感应电流，D正确．]右手定则的理解及应用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推断．2．右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和电流方向三者之间的相互垂直关系．(1)大拇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2】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()思路点拨：部分导体切割磁感线运动时，一般用右手定则推断感应电流方向，其方法是：掌心——磁感线穿过；拇指——导体运动方向；四指——感应电流方向．A[题中四图都属于闭合电路的一部分导体切割磁感线，应用右手定则推断可得：A中电流方向为a→b，B中电流方向为b→a，C中电流沿a→d→c→b→a方向，D中电流方向为b→a.故选A.]三个定则的比较比较项目左手定则右手定则安培定则应用磁场对运动电荷、电流作用力方向的推断对因导体切割磁感线而产生的感应电流方向的推断电流产生的磁场方向的推断涉及方向的物理量磁场方向、电流(电荷运动)方向、安培力(洛伦兹力)方向磁场方向、导体切割磁感线的方向、感应电流的方向电流方向、磁场方向各物理量方向间的关系图例因果关系电流→运动运动→电流电流→磁场应用实例电动机发电机电磁铁[跟进训练]3．如图所示，在置于匀强磁场中的平行导轨上，横跨在两导轨间的导体杆PQ以速度v向右匀速移动，已知磁场的磁感应强度为B、方向垂直于导轨平面(即纸面)向外，导轨间距为l，闭合电路acQPa中除电阻R外，其他部分的电阻忽视不计，则()A．电路中的感应电动势E＝IlBB．电路中的感应电流I＝eq\f(Blv,R)C．通过电阻R的电流方向是由a向cD．通过PQ杆中的电流方向是由Q向PB[导体棒垂直切割磁感线，产生的感应电动势为E＝Blv，故A错误；电路中的感应电流为I＝eq\f(E,R)＝eq\f(Blv,R)，故B正确；由右手定则可知，PQ中产生的感应电流从P流向Q，通过R的电流方向从c流向a，故C、D错误．]楞次定律的推广应用楞次定律的推广含义楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为：感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的缘由，列表说明如下：内容例证阻碍原磁通量变更——“增反减同”磁铁靠近线圈，B感与B原反向阻碍相对运动——“来拒去留”磁铁靠近，是斥力磁铁远离，是引力使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”P、Q是光滑固定导轨，a、b是可动金属棒，磁铁下移，a、b靠近【例3】如图，在方向垂直于纸面对里的匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直．金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面．现让金属杆PQ突然向右运动，在运动起先的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是()A．PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向B．PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向C．PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向D．PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向思路点拨：①PQ向右运动，PQRS回路中产生感应电流．②PQRS中产生的电流对穿过T的磁通量产生影响．D[金属杆PQ向右运动，穿过PQRS的磁通量增加，由楞次定律可知，PQRS中产生逆时针方向的电流．这时因为PQRS中感应电流的作用，依据楞次定律可知，T中产生顺时针方向的感应电流．故只有D项正确．][一题多变]上例中题设条件不变，只是金属杆PQ突然向左移动，则上述选项中哪一项是正确的．()A[PQ向左移动，穿过PQRS的磁通量削减，由楞次定律知，PQRS中产生顺时针方向的电流，这时因PQRS中电流的作用，T中磁通量增加，依据楞次定律知T中产生逆时针方向的感应电流．A项正确．][跟进训练]4.(多选)如图所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放置于导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时()A．P、Q将相互靠拢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gAD[法一：设磁铁下端为N极，如图所示，依据楞次定律可推断出P、Q中感应电流方向，依据左手定则可推断P、Q所受安培力的方向，可见P、Q将相互靠拢，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，从而加速度小于g，当S极为下端时，可得出同样的结果．法二：依据楞次定律的另一种表述——感应电流的效果总是要抗拒产生感应电流的缘由，本题的“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.]1．2个规律——楞次定律和右手定则2．3个定则的区分——左手定则、右手定则、安培定则的区分1.如图所示，一根条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中(始终在金属环左侧)，环中的感应电流(自左向右看)()A．沿顺时针方向B．先沿顺时针方向后沿逆时针方向C．沿逆时针方向D．先沿逆时针方向后沿顺时针方向C[条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中，向右的磁通量始终增加，依据楞次定律，环中的感应电流(自左向右看)为逆时针方向，C项正确．]2．(2024·全国卷Ⅲ)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的详细体现？()A．电阻定律 B．库仑定律C．欧姆定律 D．能量守恒定律[答案]D3.如图所示，导线框abcd与通电直导线在同一平面内，直导线通有恒定电流并通过ad和bc的中点，当线框向右运动的瞬间，则()A．线框中有感应电流，且按顺时针方向B．线框中有感应电流，且按逆时针方向C．线框中有感应电流，但方向难以推断D．由于穿过线框的磁通量为零，所以线框中没有感应电流B[方法一：首先由安培定则推断通电直导线四周的磁场方向(如答图所示)，因ab向右做切割磁感线运动，由右手定则推断感应电流方向为a→b，同理可推断cd中的感应电流方向为c→d，ad、bc两边不切割磁感线，所以整个线框中的感应电流是逆时针方向的．方法二：首先由安培定则推断通电直导线四周的磁场方向(如答图所示)，由对称性可知合磁通量Φ＝0；其次当导线框向右运动时，穿过线框的磁通量增大(方向垂直纸面对里)，由楞次定律可知感应电流的磁场方向垂直纸面对外，最终由安培定则推断感应电流按逆时针方向，故B项正确．]4.如图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摇摆．金属线框从右侧某一位