教科版高中物理選修3-2學(xué)案第1章4楞次定律

4.楞次定律[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.通過探究實驗總結(jié)楞次定律．(重點)2.會用右手定則和楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向．(重點)3.理解楞次定律的內(nèi)容和本質(zhì)．(難點)4.找出楞次定律與右手定則的區(qū)別與聯(lián)系．(難點)一、右手定則1．內(nèi)容：將右手手掌伸平，使大拇指與其余并攏的四指垂直，并與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線從手心穿入，大拇指指向?qū)w運動方向，這時四指的指向就是感應(yīng)電流的方向，也就是感應(yīng)電動勢的方向．2．適用范圍：適用于閉合電路部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況．二、楞次定律1．實驗探究將螺線管與電流計組成閉合導(dǎo)體回路，分別將條形磁鐵的N極、S極插入，抽出線圈，如圖所示，記錄感應(yīng)電流方向如下．2．實驗記錄圖號磁場方向感應(yīng)電流方向(俯視)感應(yīng)電流的磁場方向歸納總結(jié)甲向下逆時針向上感應(yīng)電流的磁場阻礙原磁通量的增加乙向上順時針向下丙向下順時針向下感應(yīng)電流的磁場阻礙原磁通量的減少丁向上逆時針向上3.實驗結(jié)論：當(dāng)穿過線圈的磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相反；當(dāng)穿過線圈的磁通量減少時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相同．4．楞次定律的內(nèi)容感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化．1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)導(dǎo)體棒不垂直切割磁感線時，也可以用右手定則判斷感應(yīng)電流方向． (√)(2)感應(yīng)電流方向凡可以用右手定則判斷的，均能用楞次定律判斷． (√)(3)右手定則即右手螺旋定則． (×)(4)感應(yīng)電流的磁場方向與引起感應(yīng)電流的磁場方向可能相同，也可能相反． (√)(5)楞次定律表明感應(yīng)電流的效果總是與引起感應(yīng)電流的原因相對抗． (√)(6)感應(yīng)電流的磁場一定阻礙引起感應(yīng)電流的磁場的磁通量的變化． (√)2．閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中因切割磁感線而產(chǎn)生了感應(yīng)電流，在如圖所示的圖中，B、v、I方向均正確的是()D[A、C兩項中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，A、C錯誤；由右手定則可知B中的感應(yīng)電流方向應(yīng)向外，B錯誤；只有選項D正確．]3.如圖所示，一水平放置的圓形通電線圈1固定，另一較小的圓形線圈2從1的正上方下落，在下落過程中兩線圈平面始終保持平行且共軸，則在線圈2從正上方下落至1的正下方過程中，從上往下看，線圈2中()A．無感應(yīng)電流B．有順時針方向的感應(yīng)電流C．先是順時針方向，后是逆時針方向的感應(yīng)電流D．先是逆時針方向，后是順時針方向的感應(yīng)電流C[由安培定則可知通電線圈1產(chǎn)生的磁場方向自下而上穿過線圈1所包圍的空間．當(dāng)線圈2從正上方下落至與線圈1共面的過程中，穿過線圈2的磁通量向上增加，根據(jù)楞次定律的“增反”可知，線圈2中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向向下，應(yīng)用安培定則可以判斷出感應(yīng)電流的方向為順時針(俯視)；當(dāng)線圈2從與線圈1共面的位置繼續(xù)下落至正下方時，穿過線圈2的磁通量向上減少，根據(jù)楞次定律的“減同”可知，線圈2中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向向上，應(yīng)用安培定則可以判斷出感應(yīng)電流的方向為逆時針(俯視)，故選項C正確．]楞次定律的理解及應(yīng)用1.因果關(guān)系閉合導(dǎo)體回路中磁通量的變化是因，產(chǎn)生感應(yīng)電流是果；原因產(chǎn)生結(jié)果，結(jié)果又反過來影響原因．2．“阻礙”的理解3．“阻礙”的表現(xiàn)形式(1)從磁通量變化的角度看，感應(yīng)電流的效果是阻礙磁通量的變化．(2)從相對運動的角度看，感應(yīng)電流的效果是阻礙相對運動．4．楞次定律應(yīng)用四步曲(1)確定原磁場方向；(2)判定產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁通量如何變化(增加還是減少)；(3)根據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流的磁場方向(增反減同)；(4)判定感應(yīng)電流的方向．該步驟也可以簡單地描述為“一原二變?nèi)兴穆菪保辉_定原磁場的方向；二變——確定磁通量是增加還是減少；三感——判斷感應(yīng)電流的磁場方向；四螺旋——用右手螺旋定則判斷感應(yīng)電流的方向．【例1】如圖所示，一根條形磁鐵自左向右穿過一個閉合螺線管，則電路中()A．始終有感應(yīng)電流自a向b流過電流表GB．始終有感應(yīng)電流自b向a流過電流表GC．先有a→G→b方向的感應(yīng)電流，后有b→G→a方向的感應(yīng)電流D．將不會產(chǎn)生感應(yīng)電流思路點撥：應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向時，關(guān)鍵是分析原磁場方向和穿過回路的磁通量的變化情況．C[條形磁鐵從左邊進入螺線管的過程中，在螺線管內(nèi)產(chǎn)生的磁場方向向右，穿過螺線管的磁通量不斷增加，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的方向是a→G→b.條形磁鐵從螺線管中向右穿出的過程中，在螺線管內(nèi)產(chǎn)生的磁場方向仍向右，穿過螺線管的磁通量不斷減小，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的方向是b→G→a，故C正確．]應(yīng)用楞次定律時應(yīng)依次確定的物理量[跟進訓(xùn)練]訓(xùn)練角度1：楞次定律的理解1．關(guān)于楞次定律，下列說法正確的是()A．感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化B．閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中運動時，必受磁場阻礙作用C．原磁場穿過閉合回路的磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場同向D．感應(yīng)電流的磁場總是跟原磁場反向，阻礙原磁場的變化A[感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，選項A正確；閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中平行磁感線運動時，不受磁場阻礙作用，選項B錯誤；原磁場穿過閉合回路的磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場反向，選項C錯誤；當(dāng)原磁通量增加時感應(yīng)電流的磁場跟原磁場反向，當(dāng)原磁通量減少時感應(yīng)電流的磁場跟原磁場同向，選項D錯誤．]訓(xùn)練角度2：楞次定律的簡單應(yīng)用2.(多選)如圖所示，閉合金屬圓環(huán)沿垂直于磁場方向放置在有界勻強磁場中，將它從勻強磁場中勻速拉出，以下各種說法中正確的是()A．向左拉出和向右拉出時，環(huán)中的感應(yīng)電流方向相反B．向左或向右拉出時，環(huán)中感應(yīng)電流方向都是沿順時針方向的C．向左或向右拉出時，環(huán)中感應(yīng)電流方向都是沿逆時針方向的D．將圓環(huán)左右拉動，當(dāng)環(huán)全部處在磁場中運動時，圓環(huán)中無感應(yīng)電流BD[將金屬圓環(huán)不管從哪邊拉出磁場，穿過閉合圓環(huán)的磁通量都要減少，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場要阻礙原磁通量的減少，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同，應(yīng)用右手螺旋定則可以判斷出感應(yīng)電流的方向是順時針方向的，選項B正確，A、C錯誤；當(dāng)圓環(huán)全部處在磁場中運動時，穿過圓環(huán)的磁通量沒有改變，該種情況無感應(yīng)電流，D正確．]右手定則的理解及應(yīng)用1.適用范圍：閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流方向的判斷．2．右手定則反映了磁場方向、導(dǎo)體運動方向和電流方向三者之間的相互垂直關(guān)系．(1)大拇指的方向是導(dǎo)體相對磁場切割磁感線的運動方向，既可以是導(dǎo)體運動而磁場未動，也可以是導(dǎo)體未動而磁場運動，還可以是兩者以不同速度同時運動．(2)四指指向電流方向，切割磁感線的導(dǎo)體相當(dāng)于電源．【例2】下列圖中表示閉合電路中的一部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動的情景，導(dǎo)體ab上的感應(yīng)電流方向為a→b的是()思路點撥：部分導(dǎo)體切割磁感線運動時，一般用右手定則判斷感應(yīng)電流方向，其方法是：掌心——磁感線穿過；拇指——導(dǎo)體運動方向；四指——感應(yīng)電流方向．A[題中四圖都屬于閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線，應(yīng)用右手定則判斷可得：A中電流方向為a→b，B中電流方向為b→a，C中電流沿a→d→c→b→a方向，D中電流方向為b→a.故選A.]三個定則的比較比較項目左手定則右手定則安培定則應(yīng)用磁場對運動電荷、電流作用力方向的判斷對因?qū)w切割磁感線而產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向的判斷電流產(chǎn)生的磁場方向的判斷涉及方向的物理量磁場方向、電流(電荷運動)方向、安培力(洛倫茲力)方向磁場方向、導(dǎo)體切割磁感線的方向、感應(yīng)電流的方向電流方向、磁場方向各物理量方向間的關(guān)系圖例因果關(guān)系電流→運動運動→電流電流→磁場應(yīng)用實例電動機發(fā)電機電磁鐵[跟進訓(xùn)練]3．如圖所示，在置于勻強磁場中的平行導(dǎo)軌上，橫跨在兩導(dǎo)軌間的導(dǎo)體桿PQ以速度v向右勻速移動，已知磁場的磁感應(yīng)強度為B、方向垂直于導(dǎo)軌平面(即紙面)向外，導(dǎo)軌間距為l，閉合電路acQPa中除電阻R外，其他部分的電阻忽略不計，則()A．電路中的感應(yīng)電動勢E＝IlBB．電路中的感應(yīng)電流I＝eq\f(Blv,R)C．通過電阻R的電流方向是由a向cD．通過PQ桿中的電流方向是由Q向PB[導(dǎo)體棒垂直切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為E＝Blv，故A錯誤；電路中的感應(yīng)電流為I＝eq\f(E,R)＝eq\f(Blv,R)，故B正確；由右手定則可知，PQ中產(chǎn)生的感應(yīng)電流從P流向Q，通過R的電流方向從c流向a，故C、D錯誤．]楞次定律的推廣應(yīng)用楞次定律的推廣含義楞次定律中“阻礙”的含義可以推廣為：感應(yīng)電流的效果總是阻礙引起感應(yīng)電流的原因，列表說明如下：內(nèi)容例證阻礙原磁通量變化——“增反減同”磁鐵靠近線圈，B感與B原反向阻礙相對運動——“來拒去留”磁鐵靠近，是斥力磁鐵遠離，是引力使回路面積有擴大或縮小的趨勢——“增縮減擴”P、Q是光滑固定導(dǎo)軌，a、b是可動金屬棒，磁鐵下移，a、b靠近【例3】如圖，在方向垂直于紙面向里的勻強磁場中有一U形金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌平面與磁場垂直．金屬桿PQ置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌形成閉合回路PQRS，一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內(nèi)，線框與導(dǎo)軌共面．現(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運動，在運動開始的瞬間，關(guān)于感應(yīng)電流的方向，下列說法正確的是()A．PQRS中沿順時針方向，T中沿逆時針方向B．PQRS中沿順時針方向，T中沿順時針方向C．PQRS中沿逆時針方向，T中沿逆時針方向D．PQRS中沿逆時針方向，T中沿順時針方向思路點撥：①PQ向右運動，PQRS回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流．②PQRS中產(chǎn)生的電流對穿過T的磁通量產(chǎn)生影響．D[金屬桿PQ向右運動，穿過PQRS的磁通量增加，由楞次定律可知，PQRS中產(chǎn)生逆時針方向的電流．這時因為PQRS中感應(yīng)電流的作用，依據(jù)楞次定律可知，T中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流．故只有D項正確．][一題多變]上例中題設(shè)條件不變，只是金屬桿PQ突然向左移動，則上述選項中哪一項是正確的．()A[PQ向左移動，穿過PQRS的磁通量減少，由楞次定律知，PQRS中產(chǎn)生順時針方向的電流，這時因PQRS中電流的作用，T中磁通量增加，根據(jù)楞次定律知T中產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流．A項正確．][跟進訓(xùn)練]4.(多選)如圖所示，光滑固定導(dǎo)軌M、N水平放置，兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放置于導(dǎo)軌上，形成一個閉合回路，當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時()A．P、Q將相互靠攏B．P、Q將相互遠離C．磁鐵的加速度仍為gD．磁鐵的加速度小于gAD[法一：設(shè)磁鐵下端為N極，如圖所示，根據(jù)楞次定律可判斷出P、Q中感應(yīng)電流方向，根據(jù)左手定則可判斷P、Q所受安培力的方向，可見P、Q將相互靠攏，由于回路所受安培力的合力向下，由牛頓第三定律知磁鐵將受到向上的反作用力，從而加速度小于g，當(dāng)S極為下端時，可得出同樣的結(jié)果．法二：根據(jù)楞次定律的另一種表述——感應(yīng)電流的效果總是要反抗產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，本題的“原因”是回路中磁通量的增加，歸根結(jié)底是磁鐵靠近回路，“效果”便是阻礙磁通量的增加和磁鐵的靠近，所以P、Q將相互靠近且磁鐵的加速度小于g.]1．2個規(guī)律——楞次定律和右手定則2．3個定則的區(qū)別——左手定則、右手定則、安培定則的區(qū)別1.如圖所示，一根條形磁鐵從左向右靠近閉合金屬環(huán)的過程中(始終在金屬環(huán)左側(cè))，環(huán)中的感應(yīng)電流(自左向右看)()A．沿順時針方向B．先沿順時針方向后沿逆時針方向C．沿逆時針方向D．先沿逆時針方向后沿順時針方向C[條形磁鐵從左向右靠近閉合金屬環(huán)的過程中，向右的磁通量一直增加，根據(jù)楞次定律，環(huán)中的感應(yīng)電流(自左向右看)為逆時針方向，C項正確．]2．(2019·全國卷Ⅲ)楞次定律是下列哪個定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)？()A．電阻定律 B．庫侖定律C．歐姆定律 D．能量守恒定律[答案]D3.如圖所示，導(dǎo)線框abcd與通電直導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，直導(dǎo)線通有恒定電流并通過ad和bc的中點，當(dāng)線框向右運動的瞬間，則()A．線框中有感應(yīng)電流，且按順時針方向B．線框中有感應(yīng)電流，且按逆時針方向C．線框中有感應(yīng)電流，但方向難以判斷D．由于穿過線框的磁通量為零，所以線框中沒有感應(yīng)電流B[方法一：首先由安培定則判斷通電直導(dǎo)線周圍的磁場方向(如答圖所示)，因ab向右做切割磁感線運動，由右手定則判斷感應(yīng)電流方向為a→b，同理可判斷cd中的感應(yīng)電流方向為c→d，ad、bc兩邊不切割磁感線，所以整個線框中的感應(yīng)電流是逆時針方向的．方法二：首先由安培定則判斷通電直導(dǎo)線周圍的磁場方向(如答圖所示)，由對稱性可知合磁通量Φ＝0；其次當(dāng)導(dǎo)線框向右運動時，穿過線框的磁通量增大(方向垂直紙面向里)，由楞次定律可知感應(yīng)電流的磁場方向垂直紙面向外，最后由安培定則判斷感應(yīng)電流按逆時針方向，故B項正確．]4.如圖所示，在磁感應(yīng)強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中，有一質(zhì)量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質(zhì)細桿懸掛在O點，并可繞O點擺動．金屬線框從右側(cè)某一位