人教版(新教材)高中物理选择性必修2学案：第1节 楞次定律

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE1

第1节楞次定律核心素养目标物理观念能够运用感应电流的产生条件判断能否产生感应电流。科学思维1.理解楞次定律中“阻碍”的含义，能熟练运用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向。2.体会归纳推理的思想方法。科学探究1.通过实验，探究影响感应电流方向的因素。2.通过实验探究归纳出判断感应电流方向的规律——楞次定律。科学态度与责任学习科学家的科学探究精神，知道电磁感应在生产生活中的应用。知识点一影响感应电流方向的因素〖观图助学〗实验：探究影响感应电流方向的因素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)向下结论比较上表中的数据，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。

2.磁通量减小时的情况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)向上结论根据实验结果填写上表，比较表中的数据。当穿过线圈的磁通量减小时，感应电流的磁场与磁体磁场的方向相同，阻碍磁通量的减小。甲磁场变强乙磁场变弱由于磁铁的插入与抽出，线圈中磁场的强弱在变化。回顾磁通量及磁通量变化的几种情况。(1)面积S和磁感应强度B的乘积称为磁通量。(2)磁通量是标量，但是有正负。(3)磁通量的变化量：①S不变，B改变，则ΔΦ＝ΔB·S；②S改变，B不变，则ΔΦ＝B·ΔS；③B与S之间的夹角发生变化，磁通量也发生变化。知识点二楞次定律〖观图助学〗当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反，这种情况如图甲所示；当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，这种情况如图乙所示。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)理解：当磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，当磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，即增反减同。〖思考判断〗(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碍引起感应电流的磁通量的变化。(√)磁极靠近或远离铝环当磁极靠近铝环时的现象为：铝环向右移动，当磁极远离铝环时的现象为：铝环向左移动，如何解释这一现象？知识点三右手定则〖观图助学〗在图中，假定导体棒CD向右运动。判定感应电流的方向(1)我们研究的是哪个闭合导体回路？(2)当导体棒CD向右运动时，穿过这个闭合导体回路的磁通量是增大还是减小？(3)感应电流的磁场应该是沿哪个方向的？(4)导体棒CD中的感应电流是沿哪个方向的？〖答案〗(1)我们研究的是CDEF这个闭合的回路。(2)当CD向右运动时，穿过闭合回路的磁通量方向向里，并且在增加。(3)根据楞次定律，感应电流的磁场阻碍磁通量的增加，所以感应电流的磁场向外。(4)根据安培定则可判断感应电流方向由C指向D。

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感应电流的方向。〖思维拓展〗(1)右手定则与楞次定律有什么关系？两定律各在什么情况下使用较方便？(2)什么情况下应用右手定则，什么情况下应用左手定则？〖答案〗(1)导体运动切割磁感线产生感应电流是磁通量变化引起感应电流的特例，所以右手定则是楞次定律的特例。①楞次定律适用于所有电磁感应现象，对于磁通量发生变化而产生的电磁感应现象较方便。②右手定则只适用于导体做切割磁感线运动的情况。(2)因动而生电时用右手定则；因电而受力时用左手定则。电磁感应伸右手，磁感线从手心走。运动方向顺拇指，电流沿着四指流。核心要点楞次定律的理解与应用〖观察探究〗在图中CDEF是金属框，框内存在着如图所示的匀强磁场。当导体AB向右移动时，请用楞次定律判断ABCD和ABFE两个电路中感应电流的方向。判断感应电流的方向〖提*示〗当导体AB向右移动时，线框ABCD中垂直于纸面向里的磁通量减少，根据楞次定律，它产生的感应电流的磁场要阻碍原磁通量的减少，即感应电流的方向是A→B→C→D。此时，线框ABFE中垂直于纸面向里的磁通量增加，根据楞次定律，它产生的磁场要阻碍原磁通量的增加，即感应电流的磁场与原磁场方向相反，垂直于纸面向外，所以，感应电流的方向是A→B→F→E。

〖探究归纳〗1.因果关系闭合导体回路中原磁通量的变化是产生感应电流的原因，而感应电流的磁场的产生是感应电流存在的结果，即只有当闭合导体回路中的磁通量发生变化时，才会有感应电流的磁场出现。2.楞次定律中“阻碍”的含义〖试题案例〗〖例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化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，阻碍原磁场的变化〖解析〗感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，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；当原磁场增强时感应电流的磁场跟原磁场反向，当原磁场减弱时感应电流的磁场跟原磁场同向，选项D错误。〖答案〗A〖例2〗现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关如图连接。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。由此可以推断()A.滑动变阻器的滑动端P匀速向左或匀速向右滑动，都能使电流计指针静止在中央B.因为线圈A、线圈B的绕线方向未知，故无法判断电流计指针偏转的方向C.线圈A向上移动或滑动变阻器的滑动端P向右加速滑动，都能引起电流计指针向左偏转D.线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流计指针向右偏转〖解析〗由题意可知滑动变阻器的滑动端P匀速向左或匀速向右滑动，线圈A中的电流发生改变，则其磁场发生改变，此时线圈B中磁通量发生改变，线圈B中产生了感应电流使指针向右或向左偏转，选项A错误；因为由题意无需确切知道线圈A、B的绕行方向，选项B错误；由于将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，线圈A中的电流减小，则其磁场减弱，此时线圈B中磁通量减小，线圈B中产生了感应电流使电流计指针向右偏转，当线圈A向上移动，则其磁场减弱，此时线圈B中磁通量减弱，线圈B中产生了感应电流能引起电流计指针向右偏转，滑动变阻器的滑动端P向右加速滑动时，线圈A中电流增大，则磁场增强，穿过线圈B的磁通量增大，线圈B中产生的感应电流使电流计指针向左偏转，选项C错误；线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，则其磁场减弱，此时线圈B中磁通量减小，线圈B中产生了感应电流使电流计指针向右偏转，选项D正确。〖答案〗D方法凝炼应用楞次定律判断感应电流方向的步骤

〖针对训练1〗(多选)如图所示，闭合金属圆环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〖解析〗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减少，根据楞次定律可知，感应电流的磁场要阻碍原磁通量的减少，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，应用安培定则可以判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；在圆环离开磁场前，穿过圆环的磁通量没有改变，该种情况无感应电流，选项D正确。〖答案〗BD核心要点右手定则〖要点归纳〗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，即为电动势方向，切割磁感线的导体相当于电源。〖试题案例〗〖例3〗下列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景，导体ab上的感应电流方向为a→b的是()〖解析〗题中四图都属于闭合电路的一部分导体切割磁感线，应用右手定则判断可得：A中电流方向为a→b，B中电流方向为b→a，C中电流方向沿a→d→c→b→a，D中电流方向为b→a，故选项A正确。〖答案〗A〖针对训练2〗如图所示，CDEF是一个矩形金属框，当导体棒AB向右移动时，回路中会产生感应电流，则下列说法正确的是()A.导体棒中的电流方向由B→AB.电流表A1中的电流方向由F→EC.电流表A1中的电流方向由E→FD.电流表A2中的电流方向由D→C〖解析〗根据右手定则，导体棒内部电流方向为A到B，所以电流表A1中的电流方向由F→E，选项A、C错误，B正确；同理电流表A2中的电流方向由C→D，选项D错误。〖答案〗B1.(楞次定律的应用)如图所示，用导线做成圆形或正方形回路，这些回路与一直导线构成几种位置组合(彼此绝缘)，下列组合中，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〗利用安培定则判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无数组同心圆，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情况是靠近直导线处磁场强，远离直导线处磁场弱。所以，A中穿过圆形线圈的磁场如图甲所示，其有效磁通量为ΦA＝Φ出－Φ进＝0，即使切断导线中的电流，ΦA也始终为0，A中不可能产生感应电流；B中线圈平面与导线的磁场平行，穿过B中线圈的磁通量也始终为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，当切断导线中电流后，经过一定时间，穿过线圈的磁通量减小为0，所以C中有感应电流产生；D中线圈的磁通量如图丙所示，其有效磁通量为ΦD＝Φ出－Φ进＝0，即使切断导线中的电流，ΦD也始终为0，D中不可能产生感应电流。〖答案〗C2.(楞次定律的应用)如图所示，一圆形金属线圈放置在水平桌面上，匀强磁场垂直桌面竖直向下，过线圈上A点作切线OO′，OO′与线圈在同一平面上。在线圈以OO′为轴翻转180°的过程中，线圈中电流方向()A.始终为A→B→C→AB.始终为A→C→B→AC.先为A→C→B→A再为A→B→C→AD.先为A→B→C→A再为A→C→B→A〖解析〗在线圈以OO′为轴翻转0～90°的过程中，穿过线圈正面向里的磁通量逐渐减少，由楞次定律可知感应电流方向为A→B→C→A；线圈以OO′为轴翻转90°～180°的过程中，穿过线圈反面向里的磁通量逐渐增加，由楞次定律可知感应电流方向仍然为A→B→C→A，选项A正确。〖答案〗A3.(右手定则)如图所示，当航天飞机在环绕地球的轨道上飞行时，从中释放一颗卫星，卫星与航天飞机保持相对静止，两者用导电缆绳相连，这种卫星称为“绳系卫星”。现有一颗卫星在地球赤道上空运行，卫星位于航天飞机正上方，