2024-2025学年高中物理第4章习题课1楞次定律的应用学案新人教版选修3-2

PAGE5-习题课1楞次定律的应用[学习目标]1.理解电磁感应中的“增反减同”，能利用“增离减靠”法推断感应电流的方向．2.理解电磁感应中的“来拒去留”，能利用“来拒去留”法推断导体所受安培力的方向．3.理解电磁感应中的“增缩减扩”，能利用“增缩减扩”法推断闭合线圈面积的变更趋势．4.理解安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律的区分，知道它们的适用范围．“增离减靠”法的应用发生电磁感应现象时，通过什么方式来“阻碍”原磁通量的变更要依据详细状况而定．可能是阻碍导体的相对运动，也可能是变更线圈的有效面积，还可能是通过远离或靠近变更的磁场源来阻碍原磁通量的变更．即：1．若原磁通量增加，则通过远离磁场源起到阻碍的作用(“增离”)．2．若原磁通量减小，则通过靠近磁场源起到阻碍的作用(“减靠”)．【例1】一长直铁芯上绕有一固定线圈M，铁芯右端与一木质圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合金属环N，N可在木质圆柱上无摩擦移动，M连接在如图所示的电路中，其中R为滑动变阻器，E1和E2为直流电源，S为单刀双掷开关，下列状况中，可观测到N向左运动的是()A．在S断开的状况下，S向a闭合的瞬间B．在S断开的状况下，S向b闭合的瞬间C．在S已向a闭合的状况下，将R的滑片向c端移动时D．在S已向a闭合的状况下，将R的滑片向d端移动时C[依据题意知，圆环N向左运动，依据“增离减靠”原则知，线圈M上的磁场在减弱，流过M的电流在减小，故C正确．]1．如图所示，ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈，在滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动过程中，线圈ab将()A．静止不动B．逆时针转动C．顺时针转动D．发生转动，但因电源的极性不明，无法确定转动的方向C[当P向右滑动时，电路中电阻减小，电流增大，穿过线圈ab的磁通量增大，依据楞次定律推断，线圈ab将顺时针转动，C正确．]“来拒去留”法的应用由于磁场与导体的相对运动产生电磁感应现象时，产生感应电流的导体受到磁场的安培力，这种安培力会“阻碍”相对运动，用一句口诀就是“来拒去留”．【例2】如图所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动状况是()A．向右运动 B．向左运动C．静止不动 D．不能判定A[解法一：阻碍相对运动法产生磁场的物体与闭合线圈之间的相互作用力可概括为四个字：“来拒去留”．磁铁向铜环运动时，铜环产生的感应电流总是阻碍磁铁与导体间的相对运动，则磁铁和铜环间有排斥作用．故A项正确．解法二：电流元受力分析法如图所示，当磁铁向铜环运动时，穿过铜环的磁通量增加，由楞次定律推断出铜环中感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反，即向右，依据安培定则可推断出感应电流方向，从左侧看为顺时针方向，把铜环的电流等效为多段直线电流元，取上、下两小段电流元进行探讨，由左手定则推断出两段电流元的受力，由此可推断整个铜环所受合力向右．故A项正确．解法三：等效法如图所示，磁铁向右运动，使铜环产生的感应电流可等效为条形磁铁，而两磁铁有排斥作用．故A项正确．]2．如图所示，螺线管cd的导线绕法不明，当磁铁ab插入螺线管时，闭合电路中有图示方向的感应电流产生，下列关于螺线管磁场极性的推断，正确的是()A．c端肯定是N极B．d端肯定是N极C．c端的极性肯定与磁铁b端的极性相同D．因螺线管的绕法不明，故无法推断极性C[依据楞次定律的另一种表述：“感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的缘由”，本题中螺线管中产生感应电流的缘由是磁铁ab的下降，为了阻碍该缘由，感应电流的效果只能使磁铁与螺线管之间产生相斥的作用，即螺线管的c端肯定与磁铁的b端极性相同，与螺线管的绕法无关．但因为磁铁ab的N、S极性不明，所以螺线管cd的两端极性也不能明确，所以A、B、D错误，C正确．]“增缩减扩”法的应用当闭合电路中有感应电流产生时，电路的各部分导线就会受到安培力作用，会使电路的面积有变更(或有变更趋势)．1．若原磁通量增加，则通过减小有效面积起到阻碍的作用(“增缩”)．2．若原磁通量减小，则通过增大有效面积起到阻碍的作用(“减扩”)．【例3】如图所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在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．若将滑动变阻器的滑片P向上滑动，下面说法中正确的是()A．穿过线圈a的磁通量变大B．线圈a有收缩的趋势C．线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流D．线圈a对水平桌面的压力FN将增大C[P向上滑动，回路电阻增大，电流减小，磁场减弱，穿过线圈a的磁通量变小，依据楞次定律，线圈a的面积有增大趋势，A、B错误；由于线圈a中磁通量减小，依据楞次定律知线圈a中感应电流应为俯视顺时针方向，C正确；由于线圈a中磁通量减小，依据楞次定律，线圈a有阻碍磁通量减小的趋势，可知线圈a对水平桌面的压力FN减小，D错误．]3．如图所示，在载流直导线旁固定有两平行光滑导轨A、B，导轨与直导线平行且在同一水平面内，在导轨上有两可自由滑动的导体ab和cd.当载流直导线中的电流渐渐增加时，导体ab和cd的运动状况是()A．一起向左运动B．一起向右运动C．ab和cd相向运动，相互靠近D．ab和cd相背运动，相互远离C[直导线中电流增加时，回路abdc中磁通量增大产生感应电流，依据“增缩减扩”原则知，回路abdc的面积减小，即C正确．]“三定则肯定律”的综合应用安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的适用场合如下表．比较项目安培定则左手定则右手定则楞次定律适用场合通电导线、圆环产生磁场时，磁场方向、电流方向关系通电导线在磁场中所受的安培力方向、电流方向、磁场方向的关系导体切割磁感线时速度方向、磁场方向、感应电流方向的关系回路中磁通量变更产生感应电流时，原磁场方向、感应电流磁场方向的关系综合运用这几个规律的关键是分清各个规律的适用场合，不能混淆．【例4】(多选)如图所示装置中，cd杆光滑且原来静止．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BD[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，依据右手定则，知在ab杆上产生增大的由a到b的电流，依据安培定则，在L1中产生方向向上且增加的磁场，该磁场向下通过L2，由楞次定律，在cd杆上产生c到d的感应电流，依据左手定则，cd杆受到向右的安培力，cd杆将向右运动，故B正确；同理可得C错误，D正确．]几个规律的应用中，要抓住各个对应的因果关系：1因电而生磁I→B→安培定则；2因动而生电v、B→I→右手定则；3因电而受力I、B→F安→左手定则；4因变而生电ΔΦ→L→楞次定律.4.(多选)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，MN的左边有一闭合电路，当PQ在外力的作用下运动时，MN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BC[MN向右运动，说明MN受到向右的安培力，因为ab在MN处的磁场垂直纸面对里eq\o(→,\s\up15(左手定则))MN中的感应电流由M→Neq\o(→,\s\up15(安培定则))L1中感应电流的磁场方向向上eq\o(→,\s\up15(楞次定律))eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(L2中磁场方向向上减弱L2中磁场方向向下增加))；若L2中磁场方向向上减弱eq\o(→,\s\up15(安培定则))PQ中电流为Q→P且减小eq\o(→,\s\up15(右手定则))向右减速运动；若L2中磁场方向向下增加eq\o(→,\s\up15(安培定则))PQ中电流为P→Q且增大eq\o(→,\s\up15(右手定则))向左加速运动．]1．如图所示，绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a、b.将条形磁铁沿它们的正中向下移动(不到达该平面)，a、b的移动状况可能是()A．a、b将相互远离 B．a、b将相互靠近C．a、b将不动 D．无法推断A[依据Φ＝BS，条形磁铁向下移动过程中B增大，所以穿过每个环中的磁通量都有增大的趋势．由于S不行变更，为阻碍磁通量增大，导体环会尽量远离条形磁铁，所以a、b将相互远离．]2．如图所示，通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环，铜环平面与螺线管截面平行．在开关S接通瞬间，两铜环的运动状况是()A．同时向两侧推开B．同时向螺线管靠拢C．一个被推开，一个被吸引，但因电源正负极未知，无法详细推断D．同时被推开或同时向螺线管靠拢，因电源正负极未知，无法详细推断A[当电路接通瞬间，通电螺线管产生磁场，穿过两侧铜环的磁通量都增加，由楞次定律可知，两环中感应电流的磁场与螺线管中磁场方向相反，即受到螺线管磁场的排斥作用，使两铜环分别向外侧移动，选项A正确．]3．如图所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面对外，一个矩形闭合导线框abcd，沿纸面由位置甲(左)匀速运动到位置乙(右)，则()A．导线框进入磁场时，感应电流方向为a→b→c→d→aB．导线框离开磁场时，感应电流方向为a→d→c→b→aC．导线框离开磁场时，受到的安培力方向水平向右D．导线框进入磁场时，受到的安培力方向水