43 《楞次定律》学案创新方案人教选修32.docx
《43 《楞次定律》学案创新方案人教选修32.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《43 《楞次定律》学案创新方案人教选修32.docx（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
43《楞次定律》学案创新方案人教选修32
4.3《楞次定律》学案（2013创新方案人教选修3-2）
1.通过实验探究归纳出判断感应电流方向的规律——楞次
定律。
2．正确理解楞次定律的内容及其本质。
3．能够熟练运用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向。
[读教材·填要点]
1．楞次定律的实验探究
（1）探究过程：
将螺线管与电流计组成闭合导体回路，分别将N极、S极插入、抽出线圈，如图4－3－1所示，记录感应电流方向如图4－3－2所示。
图4－3－1
图4－3－2
（2）现象分析：
①线圈内磁通量增加时的情况：
图号
磁场方向
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
②线圈内磁通量减少时的情况：
图号
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
（3）实验结论：
表述一：
当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同。
表述二：
当磁铁靠近线圈时，两者相斥，当磁铁远离线圈时，两者相吸。
2．楞次定律
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。
[关键一点] 楞次定律不是直接给出感应电流的方向，而是给出感应电流的磁场与原磁场方向间的关系。
3．右手定则
（1）使用范围：
判定闭合导体回路中的一部分做切割磁感线运动时产生的感应电流的方向。
（2）使用方法：
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。
[关键一点] 判断闭合电路中的部分导线做切割磁感线运动时产生感应电流的方向，楞次定律同样适用，但用右手定则比用楞次定律更简便。
[试身手·夯基础]
1．根据楞次定律可知感应电流的磁场一定（ ）
A．阻碍引起感应电流的磁通量
B．与引起感应电流的磁场反向
C．阻碍引起感应电流的磁通量的变化
D．与引起感应电流的磁场方向相同
解析：
根据楞次定律，感应电流产生的效果，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
当磁通量减弱时，两磁场同向；当磁通量增加时，两磁场则反向。
答案：
C
2．闭合电路的一部分导体在磁场中切割磁感线运动，如图4－3－3所示，能正确表示感应电流I的方向、磁感应强度B的方向跟导体运动速度方向关系的是（ ）
图4－3－3
解析：
图A中导体不切割磁感线，导体中无电流，由右手定则可以判断，B、C正确，D图中感应电流方向应垂直纸面向外。
答案：
BC
3.如图4－3－4所示，闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在匀强磁场中，将它从匀强磁场中匀速拉出，以下各种说法中正确的是（ ）
图4－3－4
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，环中的感应电流方向都是沿顺时针方向的
C．向左或向右拉出时，环中的感应电流方向都是沿逆时针方向的
D．环在离开磁场之前，就已经有了感应电流
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。
另外在圆环离开磁场前，穿过圆环的磁通量没有改变，该种情况无感应电流，故D错误。
答案：
B
4.如图4－3－5所示，当条形磁铁由较远处向螺线管平移靠近时，流过电流计的电流方向是________，当磁铁远离螺线管时，流过电流计的电流方向是________。
图4－3－5
解析：
由楞次定律，当磁铁靠近螺线管时，螺线管内产生向上的磁场，再由安培定则判断感应电流的方向为顺时针方向，所以流过电流计的电流方向是由b到a。
同理判断当条形磁铁远离时，流过电流计的电流方向为a到b。
答案：
b→a a→b
对楞次定律的理解
（1）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，而不是阻碍引起感应电流的磁场。
因此不能认为感应电流的磁场方向总是和引起感应电流的磁场方向相反。
（2）对阻碍的理解：
谁阻碍谁
是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
阻碍什么
阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁场
如何阻碍
当原磁通量增加时，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快慢，这种变化会继续进行，最终结果不受影响
（3）弄清“阻碍”与“阻止”“相反”的区别：
①阻碍不是阻止，最终引起感应电流的磁通量还是发生了变化，是“阻而未止”。
②阻碍不是相反，当引起感应电流的磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反，当引起感应电流的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同（增反减同）。
③涉及相对运动时，阻碍的是导体与磁体的相对运动。
而不是阻碍导体或磁体的运动。
（4）楞次定律的两层含义：
①因果关系。
楞次定律中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出现是感应电流存在的结果。
②符合能量守恒定律：
电磁感应的实质是其他形式的能转化为电能。
在电磁感应现象中，线圈（导体棒）中产生感应电流，外力克服感应电流所受的磁场力做功，把其他形式的能量转化为电能，且能量总是守恒的，这种能的转化与守恒关系正是通过“阻碍”作用体现出来的。
1.如图4－3－6所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摆动。
金属线框从右侧某一位置由静止开图4－3－6
始释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面。
则线框中感应电流的方向是（ ）
A．a→b→c→d→a
B．d→c→b→a→d
C．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→a
D．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d
[思路点拨] 解答该题时可按以下思路进行分析：
――→
[解析] 线框从右侧开始由静止释放，穿过线框平面的磁通量逐渐减少，由楞次定律可得感应电流的方向为d→c→b→a→d；过O点继续向左摆动过程中，穿过线框平面的磁通量逐渐增大，由楞次定律可得感应电流的方向仍为d→c→b→a→d，故B选项正确。
[答案] B
用楞次定律判断感应电流方向的一般思路：
楞次定律的综合应用
1．判断回路运动情况、回路面积变化趋势的一般步骤
2．楞次定律的推广含义及其应用
（1）楞次定律的推广含义：
感应电流的效果总是要反抗（或阻碍）引起感应电流的原因。
（2）判断回路的运动情况：
由于相对运动导致的电磁感应现象，感应电流的效果阻碍相对运动，简称口诀：
“来拒去留”。
（3）判断回路面积的变化趋势：
电磁感应致使回路面积有变化趋势时，则收缩或扩张是为了阻碍回路磁通量的变化，即磁通量增大时，面积有收缩趋势，磁通量减少时，面积有增大趋势，简称口诀：
“增缩减扩”。
2.
如图4－3－7所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放于导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时（ ）
A．P、Q将相互靠拢
B．P、Q将相互远离图4－3－7
C．磁铁的加速度仍为g
D．磁铁的加速度小于g
[思路点拨] 条形磁铁接近回路时，回路中产生感应电流，判断P、Q所受安培力的方向可以得出其移动方向，根据感应电流的效果总是反抗产生感应电流的原因也可对P、Q的运动方向做出判断。
[解析]
法一：
设磁铁下端为N极，如图所示，根据楞次定律可判断出P、Q中感应电流方向，根据左手定则可判断P、Q所受安培力的方向，可见P、Q将相互靠拢，由于回路所受安培力的合力向下，由牛顿第三定律知磁铁将受到向上的反作用力，从而加速度小于g，当S极为下端时，可得到同样的结果。
法二：
根据楞次定律的另一种表述——感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因，本题的“原因”是回路中磁通量的增加，归根结底是磁铁靠近回路，“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近，所以P、Q将相互靠近且磁铁的加速度小于g。
[答案] AD
应用楞次定律结合左手定则判断感应电流所受安培力的方向时，要明确感应电流的具体方向及磁场的分布情况，而应用楞次定律的第二种表述则不必对感应电流方向及磁场的分布规律做具体分析。
楞次定律与三个定则的比较
在研究电磁感应现象时，经常用到右手螺旋定则、左手定则、右手定则及楞次定律等规律。
要想灵活运用“三定则一规律”，就必须明确这些规律的区别与联系。
1．“三定则一规律”应用于不同的现象
基本现象
应用的定则或规律
运动电荷、电流产生的磁场
右手螺旋定则
磁场对运动电荷、电流的作用力
左手定则
电磁感应
导线切割磁感线
右手定则
闭合回路磁通量变化
楞次定律
2．左手定则与右手定则的区别
比较项目
右手定则
左手定则
作用
判断磁场B、速度v、感应电流I间的方向关系
判断磁场B、电流I、磁场力F间的方向关系
已知条件
运动方向、磁场方向、感应电流方向任知其中二个
电流方向、磁场方向、磁场力方向任知其中二个
图例
因果关系
因动而电
因电而动
应用实例
发电机
电动机
3．楞次定律与右手定则的关系
楞次定律
右手定则
研究对象
整个闭合导体回路
闭合导体回路的一部分
适用范围
磁通量变化引起感应电流的各种变化情况
一段导线在磁场中做切割磁感线运动
关系
右手定则是楞次定律的特殊情况
3.如图4－3－8所示，水平放置的两条光滑轨道上有能够自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力的作用下运动时，MN在磁场力的作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是（ ）
A．向右加速运动
B．向左加速运动图4－3－8
C．向右减速运动
D．向左减速运动
[思路点拨] 解答本题时应按以下步骤：
（1）由MN的运动情况判断MN中的感应电流方向；
（2）根据L1中的电流方向判断L1中的磁场变化情况；
（3）判断L2中的磁场变化情况；
（4）判断PQ的运动情况。
[解析] MN在磁场力的作用下向右运动，由左手定则可知MN中感应电流的方向为由M→N，由安培定则可得L1中感应电流的磁场方向向上，由楞次定律知，若穿过L1的原磁场向上，则该磁场应减弱，若穿过L1的原磁场向下，则该磁场应增大，即L2中感应电流的磁场应向上减弱或向下增大，若PQ向右运动，由右手定则可知PQ中的感应电流的方向是由Q→P，L2中感应电流的磁场向上，要使其减弱则PQ应减速运动；同理PQ向左运动时应做加速运动。
[答案] BC
解决这类问题的关键是抓住几个定则的因果关系：
（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）→左手定则。
可概括记忆为“通电受力用左手，运动生电用右手”。
1．（对应要点一）（2012·山东高考）以下叙述正确的是（ ）
A．法拉第发现了电磁感应现象
B．惯性是物体的固有属性，速度大的物体惯性一定大
C．牛顿最早通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动的必然结果
D．感应电流遵从楞次定律所描述的方向，这是能量守恒定律的必然结果
解析：
电磁感应现象的发现者是法拉第，故选项A正确；惯性是物体本身固有的属性，质量是物体惯性大小的唯一量度，故选项B错误；伽利略通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动的原因，故选项C错误；楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的表现，故选项D正确。
答案：
AD
2.（对应要点一）如图4－3－9所示，矩形线框abcd与长直导线在同一平面内，直导线中通有恒定电流I。
当矩形线框从长直导线的右侧运动到左侧的过程中线框内感应电流的方向为（ ）
A．先dcba，后一直abcd图4－3－9
B．先dcba，再abcd，后dcba
C．先abcd，后一直dcba
D．先abcd，再dcba，后abcd
解析：
直线电流的磁场是非匀强磁场，根据安培定则，在线框所在平面上，直线电流的右侧磁场垂直纸面向里，左侧垂直纸面向外。
线框从右向左运动在线框左侧到达导线的过程中，穿过线框的垂直纸面向里的磁通量增大，根据楞次定律可知线框中的感应电流沿abcd方向，当线框左侧经过导线后，穿过线框的垂直纸面向里的磁通量逐渐减小，感应电流沿dcba方向，线框右侧经过导线后，穿过线框的垂直纸面向外的磁通量逐渐减小，感应电流的方向又沿abcd方向。
综上所述D项正确。
答案：
D
3.
（对应要点二）如图4－3－10所示，两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两环时，两环的运动情况是（ ）图4－3－10
A．同时向左运动，间距增大
B．同时向左运动，间距减小
C．同时向右运动，间距减小
D．同时向右运动，间距增大
解析：
当条形磁铁向左靠近两环时，两环中的磁通量都增加，根据楞次定律，两环的运动都要阻碍磁铁相对环的运动，即阻碍“靠近”，那么两环都向左运动。
又因为两环中的感应电流方向相同，两环相互吸引，因而两环间距离要减小，故选项B正确。
答案：
B
4.
（对应要点三）如图4－3－11所示，在匀强磁场中放有平行金属导轨，它与大线圈M相连接，要使小线圈N获得顺时针方向的感应电流，则放在导轨上的裸金属棒ab的运动情况是（两线圈共面）（ ）
A．向右匀速运动 B．向左加速运动图4－3－11
C．向右减速运动D．向右加速运动
解析：
欲使N线圈中产生顺时针的感应电流，感应电流的磁场方向应垂直于纸面向里。
由楞次定律可知有两种情况，一是M中有顺时针方向的逐渐减小的电流，该电流产生的穿过N中的磁通量在减少；二是M中有逆时针方向的逐渐增大的电流，该电流产生的穿过N中的磁通量在增加。
因此，对于第一种情况，应使ab减速向右运动；对于第二种情况，应使ab加速向左运动。
当ab匀速运动时，在M中产生的感应电流是稳定的，穿过N的磁通量不发生变化，N中无感应电流。
故选项B、C正确。
答案：
BC
[重点打包]
1．楞次定律有两种表述
（1）感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
（2）感应电流的效果总是反抗（或阻碍）引起感应电流的原因。
2．右手定则是楞次定律的特例，适用于闭合回路的部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。
3．正确区分右手定则与左手定则、安培定则的用途，右手定则判断感应电流的方向，左手定则判断安培力的方向，安培定则判断电流方向与其产生的磁场方向间的关系。
1．（2012·北京高考）
物理课上，老师做了一个奇妙的“跳环实验”。
如图1所示，她把一个带铁芯的线圈L、开关S和电源用导线连接起来后，将一金属套环置于线圈L上，且使铁芯穿过套环。
闭合开关S的瞬间，套环立刻跳起。
某同学另找来器材再探究此实验。
他连接好电路，经重复试验，线圈上的套环均图1
未动。
对比老师演示的实验，下列四个选项中，导致套环未动的原因可能是（ ）
A．线圈接在了直流电源上
B．电源电压过高
C．所选线圈的匝数过多
D．所用套环的材料与老师的不同
解析：
金属套环跳起的原因是开关S闭合时，套环上产生感应电流与通电螺线管上的电流相互作用而引起的。
线圈接在直流电源上，S闭合时，金属套环也会跳起。
电压越高，线圈匝数越多，S闭合时，金属套环跳起越剧烈。
若套环是非导体材料，则套环不会跳起。
故选项A、B、C错误，选项D正确。
答案：
D
2.
如图2所示，在匀强磁场中有一个用比较软的金属导线制成的闭合圆环。
在此圆环的形状由圆形变成正方形的过程中（ ）
A．环中有感应电流，方向a→d→c→b
B．环中有感应电流，方向a→b→c→d图2
C．环中无感应电流
D．条件不够，无法确定
解析：
由圆形变成正方形的过程中，面积减小，磁通量减小，由楞次定律可知正方形中产生a→d→c→b方向的电流，A对。
答案：
A
3．如图3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，其中能产生由a到b的感应电流的是（ ）
图3
解析：
题目中导体做切割磁感线运动，先由感应电流产生的条件判断是否存在感应电流，再应用右手定则判断感应电流方向。
由右手定则可判定ab中的电流，A项中由a向b，B项中由b向a，C项中由b向a，D项中由b向a。
故选A。
答案：
A
4.如图4所示，匀强磁场与圆形导体环平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时（ ）
A．圆环中磁通量不变，环上无感应电流产生
B．整个环中有顺时针方向的电流图4
C．整个环中有逆时针方向的电流
D．环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流
解析：
导体ef将圆分成两部分，导体向右移动时，右边的磁通量减小，左边的磁通量增加，根据楞次定律，左边电流为顺时针方向，右边电流为逆时针方向，应选D。
答案：
D
5.
如图5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。
当电键S接通瞬间，两铜环的运动情况是（ ）
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，无法具体判断图5
D．同时被推开或同时向螺线管靠拢，因电源正负极未知，无法具体判断
解析：
当电路接通瞬间，穿过线圈的磁通量增加，使得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线圈两端的磁场方向相反，即受到线圈磁场的排斥作用，使两铜环分别向外侧移动，选项A正确。
答案：
A
6.
如图6所示，在O点正下方有一个具有理想边界的磁场，铜环在A点由静止释放自由摆至最高点B。
不考虑空气阻力，则下列说法正确的是（ ）
A．A、B两点在同一水平线上
B．A点高于B点图6
C．A点低于B点
D．铜环将做等幅摆动
解析：
铜环由A点向B点运动，在进入磁场和离开磁场的过程中，由于穿过环面的磁通量变化，都要产生感应电流，即产生电能。
此电能是由环的机械能转化来的，即环由A到B过程中机械能减少，所以B点比A点低，B选项正确。
答案：
B
7．如图7所示，闭合螺线管固定在置于光滑水平面上的小车上，现将一条形磁铁从左向右插入螺线管中。
则（ ）
图7
A．车将向右运动
B．使条形磁铁向右插入时外力所做的功全部由螺线管转变为电能，最终转化为螺线管的内能
C．条形磁铁会受到向左的力
D．车会受到向左的力
解析：
磁铁向右插入螺线管中，根据楞次定律的扩展含义“来拒去留”，磁铁与小车相互排斥，小车在光滑水平面上受力向右运动，所以A、C正确，D错误。
电磁感应现象中满足能量守恒，由于小车动能增加，外力做的功转化为小车动能和螺线管中的内能，所以B错误。
答案：
AC
8.
如图8所示，“U”形金属框架固定在水平面上，金属杆ab与框架间无摩擦。
整个装置处于竖直方向的磁场中。
若因磁场的变化，使杆ab向右运动，则磁感应强度（ ）
A．方向向下并减小 B．方向向下并增大图8
C．方向向上并增大D．方向向上并减小
解析：
因磁场变化，发生电磁感应现象，杆ab中有感应电流产生，而使杆ab受到磁场力的作用，并发生向右运动。
而杆ab向右运动，使得闭合回路中磁通量有增加的趋势，说明原磁场的磁通量必定减弱，即磁感应强度正在减小，与方向向上、向下无关。
答案：
AD
9．如图9甲所示，两个闭合圆形线圈A、B圆心重合，放在同一水平面内，线圈A中通以如图9乙所示的变化电流，t＝0时电流的方向为顺时针（如图中箭头所示），在t1～t2时间内，对于线圈B，下列说法中正确的是（ ）
图9
A．线圈B内有顺时针方向的电流，线圈有扩张的趋势
B．线圈B内有顺时针方向的电流，线圈有收缩的趋势
C．线圈B内有逆时针方向的电流，线圈有扩张的趋势
D．线圈B内有逆时针方向的电流，线圈有收缩的趋势
解析：
t1～t2时间内，线圈A中的电流方向为逆时针，根据安培定则可知在线圈A内部产生的磁场方向向外，线圈外部产生的磁场方向向里，线圈B的磁通量是穿出的。
由于线圈A中的电流增加，故穿过线圈B的磁通量增加，因而根据楞次定律，在线圈B中将产生顺时针方向的感应电流，并且线圈B有扩张的趋势，故A对，B、C、D都错。
答案：
A
10．如图10所示，铜质金属环从条形磁铁的正上方由静止开始下落，在下落过程中，下列判断正确的是（ ）
图10
A．金属环在下落过程中的机械能守恒
B．金属环在下落过程中动能的增加量小于其重力势能的减少量
C．金属环的机械能先减小后增大
D．磁铁对桌面的压力始终大于其自身的重力
解析：
金属环在下落过程中，除中间一时刻穿过环内的磁通量变化率为零，不产生感应电流外，其他时间都有电能产生，故在下落过程中，机械能不守恒，有一部分机械能转化为电能。
而在无电流产生的那一时刻，磁铁对桌面的压力等于其自身受到的重力。
故B对，A、C、D都错。
答案：
B
升级会员 