人教版(新教材)高中物理选择性必修2学案：2 1 第2课时 楞次定律

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE1第2课时楞次定律学习目标要求核心素养和关键能力1.理解楞次定律中“阻碍”的含义，能熟练运用楞次定律判断感应电流的方向。2.能熟练运用右手定则判断感应电流的方向。3.能应用楞次定律的推论判断感应电流的方向。1.科学探究探究影响感应电流方向的因素。2.科学推理根据实验现象归纳推理，得出结论。3.关键能力实验探究能力和归纳推理能力。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．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。〖想一想〗教材P25“思考与讨论”，当磁体靠近或移开铝环时会发生什么现象？环中的磁通量如何变化？由此对楞次定律的理解可以得出什么结论？〖答案〗当靠近时阻碍靠近，当远离时阻碍远离；磁通量在靠近时增大，反之减小；可以从阻碍相对运动的角度理解楞次定律。二、右手定则1．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。2．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。〖判一判〗(1)感应电流的磁场总是与引起感应电流的磁场方向相反。(×)(2)感应电流的磁场可能与引起感应电流的磁场方向相同。(√)(3)感应电流的磁场总是阻止引起感应电流的磁通量的变化。(×)(4)右手定则和楞次定律都适用于所有电磁感应现象中感应电流方向的判断。(×)(5)感应电流沿楞次定律所描述的电流方向，说明电磁感应现象遵守能量守恒定律。(√)探究1从阻碍磁通量变化的角度理解楞次定律1．楞次定律中的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。2．对“阻碍”的理解问题结论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大时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当原磁场磁通量减小时，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3.楞次定律的能量本质楞次定律的“阻碍”作用，正是能量守恒定律在电磁感应现象中的反映，在克服这种阻碍的过程中把其他形式的能转化为电能，在转化的过程中总能量是守恒的。4．应用楞次定律判断感应电流方向的步骤(1)明确所研究的闭合回路，判断原磁场方向。(2)判断闭合回路内原磁场的磁通量变化。(3)依据楞次定律判断感应电流的磁场方向。(4)利用右手螺旋定则(安培定则)判断感应电流的方向。〖例1〗(2021·山西晋城市高二期末)如图所示，铁芯上绕有L1和L2两个线圈，铁芯左边挂一个轻小金属环，小磁针在导线AB的正下方，则当开关S闭合时()A．小金属环仍保持静止B．小金属环将向右运动C．小磁针仍保持静止D．从上往下看小磁针顺时针转〖答案〗D〖解析〗开关S闭合时，L1线圈通电，由右手螺旋定则可得电流I1产生的磁场方向向右穿过螺旋管，如图所示穿过小金属环的磁通量向右增大，由楞次定律可得感应电流I3的方向，从而使得小金属环在原磁场中受安培力而阻碍磁通量的增大，故小金属环有缩小的趋势和向左摆动，故A、B错误；线圈L2的磁通量向右增多，由楞次定律可得感应电流I2的方向，在通电导线周围产生的磁场方向由右手螺旋定则可知上方垂直纸面向里下方垂直纸面向外，小磁针受安培力而转动，故N极向纸面外转动，S极向纸面里转动，则从上往下看小磁针顺时针转动，故C错误，D正确。〖针对训练1〗(2021·湖南株洲市高二期末)矩形线圈abcd位于通电长导线附近，线圈与导线在同一平面内，线圈的两个边与导线平行，长导线中已通如图所示电流，使线圈中产生逆时针方向的感应电流，可采用的措施是()A．将线圈水平向右移动B．将线圈竖直向上移动C．增大导线中的电流D．以ab为轴线圈转动90°的过程中〖答案〗C〖解析〗根据安培定则，直导线周围的磁场如图。将线圈水平向右移动，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向的感应电流，A错误；将线圈竖直向上移动，穿过线圈的磁通量不变化，不产生感应电流，B错误；增大导线中的电流，穿过线圈的磁通量增大，根据楞次定律，线圈中产生逆时针方向的感应电流，C正确；以ab为轴线圈转动90°的过程中，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律，线圈中产生顺时针方向的感应电流，D错误。探究2从阻碍相对运动的角度理解楞次定律1．阻碍导体与磁体间的相对运动——“来拒去留”，如图甲所示，条形磁体靠近线圈时，受到的是斥力；如图乙所示，条形磁体远离线圈时，受到的是引力。2．引起感应电流的原因：导体相对运动。3．感应电流产生的结果：受到安培力。4．结论：来拒去留。〖例2〗(2021·四川南充市川绵外国语高二期末)据新闻报道：2020年5月16日，广西玉林一在建工地发生了一起事故，一施工电梯突然失控从高处坠落，此次电梯坠落事故导致了人员伤亡。为了防止类似意外发生，某课外研究性学习小组积极投入到如何防止电梯坠落的设计研究中，所设计的防止电梯坠落的应急安全装置如图所示，在电梯轿厢上安装上永久磁铁，电梯的井壁上铺设线圈，该学习小组认为能在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。关于该装置，下列说法正确的是()A．当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，装置已经不能起到阻碍电梯下落的作用B．当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，线圈A、B中电流方向相反C．当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时，线圈A、B对电梯的作用力方向相反D．当电梯突然坠落时，该装置可使电梯做减速运动并最终停在空中〖答案〗B〖解析〗若电梯突然坠落时，线圈内的磁通量发生变化，将在线圈中产生感应电流，感应电流会阻碍磁铁的相对运动，可起到应急避险作用，但不能阻止磁铁的运动，选项D错误；当电梯坠落至如图位置时，闭合线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从上向下看是逆时针方向，B中向上的磁场增强，感应电流的方向从上向下看是顺时针方向，可知A与B中感应电流方向相反，但闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落，对电梯的作用力方向相同，选项B正确，A、C错误。〖针对训练2〗(多选)(2021·河北保定高二上联考)如图所示，在一固定水平放置的闭合导体圆环上方，有一条形磁体，从离地面高h处由静止开始下落，最后落在水平地面上。磁体下落过程中始终保持竖直方向，并从圆环中心穿过圆环，而不与圆环接触。若不计空气阻力，重力加速度为g，下列说法中正确的是()A．在磁体下落的整个过程中，从上向下看圆环，圆环中的感应电流方向始终为逆时针B．在磁体下落的整个过程中，从上向下看圆环，圆环中的感应电流方向先逆时针后顺时针C．磁体在整个下落过程中，圆环对它的作用力方向始终竖直向上D．磁体落地时的速率一定等于eq\r(2gh)〖答案〗BC〖解析〗由楞次定律分析感应电流的方向，当磁体靠近圆环时，取圆环为研究对象，原磁场方向向下，磁通量增大，为阻碍磁通量增大，感应电流产生的磁场方向向上，由安培定则可判断感应电流为逆时针方向(从上向下看)。同理分析，当磁体远离圆环时，感应电流为顺时针方向(从上向下看)，故A错误，B正确；磁体在整个下落过程中，根据“来拒去留”可知圆环对它的作用力的方向始终竖直向上，圆环对磁体的作用力做负功，磁体的机械能减少，所以落地时的速率小于eq\r(2gh)，故C正确，D错误。探究3“三定则一定律”的综合应用安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的比较比较项目安培定则左手定则右手定则楞次定律适用场合判断电流周围的磁感线方向判断通电导线在磁场中所受的安培力方向判断导体切割磁感线时产生的感应电流方向判断回路中磁通量变化时产生的感应电流方向因果关系因电而生磁(I→B)因电而受力(I、B→F安)因动而生电(v、B→I感)因磁通量变化而生电(ΔΦ→I感)〖例3〗(多选)如图所示装置中，cd杆光滑且静止。当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动(导体棒切割磁感线速度越大，感应电流越大)()A．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〖答案〗BD〖解析〗ab杆向右匀速运动，在ab杆中产生恒定的电流，该电流在线圈L1中产生恒定的磁场，在L2中不产生感应电流，所以cd杆不动，故A错误；ab杆向右加速运动，根据右手定则知，在ab杆上产生增大的由a到b的电流，根据安培定则知，在L1中产生方向向上且增强的磁场，该磁场向下通过L2，根据楞次定律知，cd杆中的电流由c到d，根据左手定则知，cd杆受到向右的安培力，向右运动，故B正确；同理可得C错误，D正确。1．(从阻碍磁通量变化的角度理解楞次定律)(2021·四川广元市高二期末)广元市某届科创大赛中，一学生设计的电磁弹射装置的简化模型如图所示，线圈固定在水平放置的光滑绝缘杆上，将金属环放在线圈左侧。闭合开关时金属环被弹射出去，则()A．从右向左看，金属环中感应电流沿顺时针方向B．将电源正负极调换，闭合开关时金属环将向右靠近线圈C．将金属环放置在线圈右侧，闭合开关时金属环将向右弹射出去D．金属环不闭合，则闭合开关时金属环依然会产生感应电流〖答案〗C〖解析〗闭合开关后，由右手定则可知线圈的左边为N极，故穿过圆环的磁场方向向左，由于圆环中磁通量变大，由楞次定律可知，圆环中感应电流的磁场方向向右，故从右向左看，圆环中电流方向为逆时针，故A错误；将电源正负极对调，闭合开关时，圆环中的磁通量仍然增大，由楞次定律可知，圆环仍然向左运动，故B错误；金属环放置在右侧时，闭合开关，圆环中磁通量增大，由楞次定律可知，它将向右运动，故C正确；金属环不闭合，磁通量变化时不会产生感应电流，故D错误。2．(从阻碍磁通量变化的角度理解楞次定律)(多选)(2021·河南许昌市高二期末)如图所示，两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反。金属圆环所在的平面和两磁场方向垂直，金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化一定会在金属圆环中产生感应电流的是()A．保持B1和B2方向不变，同时增大B1和B2B．保持B1和B2方向不变，同时减小B1和B2C．使B1方向突然反向，其他条件不变D．使B2突然消失，其他条件不变〖答案〗CD〖解析〗保持B1和B2方向不变，同时增大或减小B1和B2，金属圆环中的磁通量始终为零，并没有发生变化，由楞次定律可知，圆环中不会出现感应电流，故A、B错误；使B1方向突然反向，其他条件不变，则圆环中的磁通量增大，由楞次定律可知，圆环中将出现感应电流，故C正确；使B2突然消失，其他条件不变，则圆环中的磁通量增大，由楞次定律可知，圆环中将出现感应电流，故D正确。3．(从阻碍相对运动的角度理解楞次定律)如图所示，一条形磁体从高h处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关S断开时，由开始下落至落地用时t1，落地时速度为v1；S闭合时，由开始下落至落地用时t2，落地时速度为v2。则它们的大小关系正确的是()A．t1＞t2，v1＞v2 B．t1＝t2，v1＝v2C．t1＜t2，v1＜v2 D．t1＜t2，v1＞v2〖答案〗D〖解析〗开关S断开时，线圈中无感应电流，对磁体无阻碍作用，故磁体自由下落，a1＝g；当S闭合时，线圈中有感应电流，对磁体有阻碍作用，故a2＜g，且磁体的机械能减小，所以t1＜t2，v1＞v2，故D正确。4．(“三定则一定律”的应用)(多选)(2021·柳林县联盛中学高二期末)如图所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力的作用下运动时，MN在磁场的作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是()A．向右加速运动 B．向左加速运动C．向右减速运动 D．向左减速运动〖答案〗BC〖解析〗若PQ向右加速运动，由右手定则可知PQ中感应电流的方向由Q到P，由安培定则可判断出L1、L2所在处的磁场方向是自下而上的；穿过L1的磁通量增大，由楞次定律可知流过MN的感应电流方向由N到M，由左手定则可判断出MN受到向左的安培力，将向左运动，故A错误；若PQ向左加速运动，由右手定则可知PQ中感应电流的方向由P到Q，由安培定则可判断出L1、L2所在处的磁场方向是自上而下的；穿过L1的磁通量增大，由楞次定律可知流过MN的感应电流方向由M到N，由左手定则