2-1楞次定律(人教2019选择性必修第二册-)(解析版)

第二章电磁感应第1节楞次定律【核心素养目标】物理观念通过实验探究影响感应电流方向的因素，归纳感应电流的方向与磁通量变化之间的关系.科学思维掌握楞次定律、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.科学探究掌握右手定则并能用右手定则判断导线切割磁感线产生的感应电流的方向．科学态度与责任通过楞次定律应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。知识点一实验：探究影响感应电流方向的因素【知识梳理】1．实验原理(1)由电流表指针偏转方向与电流方向的关系，找出感应电流的方向．(2)通过实验，观察、分析原磁场方向和磁通量的变化，记录感应电流的方向，然后归纳出感应电流的方向与原磁场方向、原磁通量变化之间的关系．2．实验器材条形磁体，线圈，电流表，导线若干，滑动变阻器，开关，干电池，电池盒．3．实验过程(1)探究电流表指针的偏转方向和电流方向之间的关系．实验电路如图甲、乙所示：结论：电流从哪一侧接线柱流入，指针就向哪一侧偏转，即左进左偏，右进右偏．(指针偏转方向应由实验得出，并非所有电流表都是这样的)(2)探究条形磁体插入或拔出线圈时感应电流的方向①按图连接电路，明确线圈的绕线方向．②按照控制变量的方法分别进行N极(S极)向下插入线圈和N极(S极)向下时抽出线圈的实验．③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极朝下时抽出线圈S极朝下时抽出线圈原磁场方向(“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(在线圈上方俯视)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④整理器材．4．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．5．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大小，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)完成一种操作后，等电流计指针回零后再进行下一步操作．【典例精析】例1．小明同学探究楞次定律的实验装置如图所示。下列说法正确的是 ()A.若线圈导线的绕向未知,对探究楞次定律没有影响B.磁铁匀速向上远离线圈,闭合回路中不会产生感应电流C.感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化D.感应电流的磁场方向总是与引起感应电流的磁场方向相反【答案】C【解析】若线圈导线的绕向未知,则不能确定电流的方向,也不能确定感应电流的磁场方向,则不能探究楞次定律,选项A错误;磁铁匀速向上远离线圈,线圈中磁通量会减少,则闭合回路中会产生感应电流,选项B错误;根据楞次定律可知,感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化,选项C正确;根据楞次定律可知,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,选项D错误。知识点二楞次定律【情境导入】【知识梳理】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．【重难诠释】1．对楞次定律的理解(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；当原磁场的磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，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)“阻碍”的表现形式从磁通量变化的角度看：感应电流的效果是阻碍磁通量的变化．从相对运动的角度看：感应电流的效果是阻碍相对运动．2．楞次定律的应用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．【典例精析】例2．如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在条形磁体的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ，这个过程中线圈中的感应电流()A．沿abcda流动B．沿dcbad流动C．先沿abcda流动，后沿dcbad流动D．先沿dcbad流动，后沿abcda流动【答案】A【解析】由条形磁体的磁场分布可知，线圈在位置Ⅱ时穿过闭合线圈的磁通量最小，为零，线圈从位置Ⅰ到位置Ⅱ，从下向上穿过线圈的磁通量在减少，线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ，从上向下穿过线圈的磁通量在增加，根据楞次定律及右手螺旋定则可知感应电流的方向是abcda，故选A.知识点三右手定则的理解和应用【情境导入】如图所示，导体棒ab向右做切割磁感线运动．(1)请用楞次定律判断感应电流的方向．(2)感应电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向三者之间满足什么关系？答案(1)感应电流的方向为a→d→c→b→a；(2)满足右手定则．【知识梳理】如图所示，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．【重难诠释】1．右手定则的适用范围：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．3．楞次定律与右手定则的比较规律比较内容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【典例精析】例3．如图所示为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，分析各图中感应电流的方向，在导体中由a→b的是()【答案】A【解析】题图四幅图都属于闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动的情景，用右手定则判断可得：A中电流由a→b，B中电流由b→a，C中电流沿a→c→b→a方向，D中电流由b→a，故A正确．【规律方法】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，用右手定则判断往往较为简便．针对训练一、单选题1．某同学学习了电磁感应相关知识之后，做了如下探究性实验：将闭合线圈按如图所示方式放在电子秤上，线圈上方有一N极朝下竖直放置的条形磁铁，手握磁铁在线圈的正上方静止，此时电子秤的示数为m。下列说法正确的是A．将磁铁N极减速插向线圈的过程中，线圈中产生的电流沿顺时针方向（俯视）B．将磁铁N极匀速插向线圈的过程中，线圈中无感应电流C．将静止于线圈内的磁铁加速抽出的过程中，电子秤的示数小于mD．将静止于线圈内的磁铁匀速抽出的过程中，电子秤的示数大于m【答案】C【解析】A．将磁铁N极减速插向线圈的过程中，线圈中的磁通量增加，根据楞次定律可知，线圈中产生的电流沿逆时针方向（俯视），故A错误；B．将磁铁N极匀速插向线圈的过程中，线圈中的磁通量增加，线圈中产生感应电流，故B错误；C．将静止于线圈内的磁铁加速抽出的过程中，线圈中的磁通量减少，线圈中产生感应电流，阻碍磁铁的相对运动，对磁铁产生向下的作用力，则线圈受到向上的安培力，电子秤的示数小于m，故C正确；D．将静止于线圈内的磁铁匀速抽出的过程中，线圈中的磁通量减少，线圈中产生感应电流，阻碍磁铁的相对运动，对磁铁产生向下的作用力，则线圈受到向上的安培力，电子秤的示数小于m，故D错误；故选C。2．媒体报道，某大学研究人员发现了一种能够将内能直接转化为电能新型合金。据描述，只要将该合金略微加热，这种合金就会变成强磁性合金，从而使放在周围的金属线框产生电流，简化模型如图所示。A为柱形合金，B为金属圆环。现对合金进行加热，则（

）A．加热时，穿过金属圆环B的磁通量减小B．加热时，金属圆环B中一定会产生顺时针电流C．加热时，金属圆环B有缩小的趋势D．加热时，金属圆环B有扩张的趋势【答案】D【解析】A．加热时，合金磁性变强，磁感应强度变大，所以金属圆环B的磁通量增大，故A错误；B．根据楞次定律可知，磁通量变大，感应磁场方向与原磁场方向相反，由于原磁场方向未知，所以电流方向无法判断，故B错误；CD．假设合金产生的磁场上北下南，加热时，根据楞次定律可知，圆环B的电流方向为顺时针。再根据左手定则可知，圆环B所受安培力向外，故圆环B有扩张趋势。同理可得，当合金磁场上南下北时，圆环B依旧有扩张趋势，故C错误，D正确；故选D。3．如图甲所示，将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关进行连接。该电流表指针偏转方向与电流方向间的关系为：当电流从右接线柱流入电流表时，指针向右偏转。其中A线圈绕法如图乙所示，B线圈绕法如图丙所示。开关闭合，线圈A放在线圈B中。下列判断正确的是（）A．断开开关的瞬间，电流表指针将向右偏转B．将线圈A从线圈B中拔出时，电流表指针将向左偏转C．当滑动变阻器的滑片向左加速滑动时，电流表指针将向左偏转D．当滑动变阻器的滑片向左匀速滑动时，电流表指针不发生偏转【答案】B【解析】A．断开开关的瞬间，由安培定则可知，A线圈中的磁场方向向上，磁通量减小，B线圈中磁通量减小，由楞次定律可知，B线圈中感应电流的磁场方向向上，B线圈中的感应电流由c流向d，电流从左接线柱流入电流表，电流表指针将向左偏转，A错误；B．将线圈A从线圈B中拔出时，B线圈中磁通量减小，由楞次定律可知，B线圈中感应电流的磁场方向向上，B线圈中的感应电流由c流向d，电流从左接线柱流入电流表，电流表指针将向左偏转，B正确；CD．当滑动变阻器的滑片向左加速滑动时，或者向左匀速滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻值都减小，电路中的电流增大，A线圈中的磁场方向向上，磁通量增大，B线圈中的磁通量增大，由楞次定律可知，B线圈中感应电流的磁场方向向下，B线圈中感应电流由d流向c，电流从右接线柱流入电流表，电流表指针将向右偏转，CD错误。故选B。4．如图，螺线管A竖直放置在水平桌面上，B为铁芯，C为套在铁芯B上的绝缘磁环。闭合电键，绝缘环C向上运动。C由静止开始上升至最高点的过程中，桌面对A的支持力大小（）A．始终减小 B．先增大后减小C．始终增大 D．先减小后增大【答案】B【解析】闭合电键，绝缘环C向上运动。C由静止开始上升至最高点的过程中，闭合电键瞬间C中产生感应电流，受到的安培力先增大后减小，根据牛顿第三定律可知桌面对A的支持力大小先增大后减小。故选B。5．竖直平面内放置某竖直向上恒定电流的导线，如图所示。正方形导体框置于导线右侧，下列说法正确的是（）A．若线框不动，电流增大，线框有扩张趋势B．从静止释放导线框，则它做加速度逐渐减小的加速运动C．导体框向左运动一小段时会产生逆时针方向的感应电流D．以导线为轴线框顺时针（俯视）转动时会产生沿的感应电流【答案】C【解析】A．线框不动时电流增大，则线框平面原磁场增强。由可知，线框磁通量增加，根据楞次定律可知线框产生的感应电流需要阻碍自身磁通量的变化，故线框有收缩的趋势，即“增缩减扩”，故A错误；B．从静止释放导线框，在下落过程中，线框中磁通量不变，所以没有感应电流，因此线框做自由落体运动，即匀加速直线运动，故B错误；C．导体框向左运动一小段时，靠近直导线则磁感应强度增加，磁通量增加，根据楞次定律可以判断出感应电流的方向为逆时针，故C正确；D．以导线为轴线框顺时针（俯视）转动时，线框中的磁通量并不发生改变，没有感应电流产生，故D错误。故选C。6．如图所示，a、b、c三个线圈是同心圆，b线圈上连接有直流电源和开关K，则下列说法正确的是（）A．K闭合电路稳定后，在断开K的一瞬间，线圈c中有感应电流，线圈a中没有感应电流B．K闭合电路稳定后，在断开K的一瞬间，线圈a中有感应电流，线圈c中没有感应电流C．在K闭合的一瞬间，线圈a中有逆时针方向的瞬时电流，有扩张趋势D．在K闭合的一瞬间，线圈c中有顺时针方向的瞬时电流，有收缩趋势【答案】C【解析】AB．在K闭合电路稳定后，再断开K的一瞬间，穿过线圈a、c中的磁通量均发生变化，均有感应电流产生，故AB错误；CD．在K闭合的一瞬间，线圈b中有顺时针方向的瞬时电流，线圈a、c内磁场垂直纸面向里增大，根据楞次定律、右手螺旋定则和左手定则，可知线圈a、c中均有逆时针方向的瞬时电流，a有扩张的趋势,c有收缩的趋势，故C正确，D错误。故选C。7．如图所示，两个相同的铝环套在一根无限长的光滑杆上，将一条形磁铁向左插入铝环（未穿出）的过程中，两环的运动情况是（）A．同时向右运动，距离增大 B．同时向左运动，距离变小C．同时向右运动，距离变小 D．同时向左运动，距离增大【答案】B【解析】当磁铁靠近两圆环时，通过两圆环的磁通量均变大；由楞次定律可知，两圆环均产生顺时针的感应电流（从左向右看），可知两圆环均受到条形磁铁向左的安培力，所以两圆环同时向左运动；由于两圆环中感应电流方向相同，所以两圆环相互吸引，距离变小。故选B。8．某同学做了个有趣的实验，如图所示，水平面内有两根光滑平行金属导轨，上面放着两根金属棒a、b（a、b与导轨接触良好，且不会离开导轨）。其上方附近有一条形磁铁，下列对实验现象的描述正确的是（）A．当条形磁铁N极朝下，向上运动时，a、b将靠拢B．当条形磁铁N极朝下，向下运动时，a、b将分开C．当条形磁铁S极朝下，向上运动时，a、b将分开D．当条形磁铁S极朝下，向下运动时，a、b将静止【答案】C【解析】AC．当条形磁铁向上运动，远离导轨时，穿过导轨的磁通量减小，根据楞次定律判断出导轨中产生感应电流，产生磁场将会阻碍磁通量减小，故两棒向外分开，增大穿过的面积，从而起到阻碍磁通量减小的作用。因此不论条形磁铁是S极还是N极，由于磁铁的向上运动，则两棒分开，故A错误，C正确。BD．当条形磁铁向下运动，当条形磁铁靠近导轨时，穿过导轨的磁通量增大，根据楞次定律判断出导轨中产生感应电流，产生磁场将会阻碍磁通量增大，故两棒向内靠近，减小穿过的面积，从而起到阻碍磁通量增大的作用。因此不论条形磁铁是S极还是N极，由于磁铁的靠近，则两棒靠近，故BD错误。故选C。二、多选题9．法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图所示。软铁环上绕有M、N两个线圈，下列判断正确的是（）A．开关断开前，软铁环中的磁场为逆时针方向B．开关断开前，软铁环中的磁场为顺时针方向C．开关断开的瞬间，电流表中电流的方向为D．开关断开的瞬间，电流表中电流的方向为【答案】BC【解析】AB．开关断开前，线圈M的电流由上端流向下端，根据右手定则可判断出软铁环中的磁场方向为顺时针方向，故A错误，B正确；CD．开关断开的瞬间，铁环中顺时针方向的磁场突然减小，根据楞次定律，则线圈N中将感应出由方向的感应电流，故C正确，D错误。故选BC。10．如图所示,在光滑的水平桌面上,a和b是两条固定的平行长直导线,通有大小相等但方向相反的电流。矩形线框位于两条导线的正中间,下列措施中能使矩形线框中产生顺时针方向电流的是 ()A.两导线中的电流同时减小B.两导线中的电流同时增大C.线框向a移动D.线框向b移动【答案】BCD【解析】由安培定则可知,a和b两直导线中的电流在矩形线框所在区域产生的磁场垂直于纸面向外,当两导线中电流同时减小时,矩形线框中磁通量减小,由楞次定律可知,矩形线框中产生逆时针方向的电流,同理可知,当两导线中的电流同时增大时,矩形线框中产生顺时针方向的电流,A错误,B正确;当线框向a移动或向b移动时,线框中磁通量增大,同样产生顺时针方向的电流,C、D正确。故选B、C、D。11．两根互相垂直的绝缘通电长直导线放在水平面上，两个相同的闭合圆形线圈a、b放在同一水平面上，两线圈的圆心到