版物理选修32粤教版全程导学笔记文档第一.docx

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微型专题1　楞次定律的应用

[学习目标]　1.应用楞次定律判断感应电流的方向.2.理解安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律的区别.

一、利用“结论法”判断感应电流的方向

1.“增反减同”法

感应电流的磁场，总要阻碍引起感应电流的磁通量（原磁场磁通量）的变化.

（1）当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反.

（2）当原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同.

口诀记为“增反减同”.

例1

　如图1所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁的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，这个过程中线圈的感应电流（　　）

图1

A.沿abcd方向

B.沿dcba方向

C.先沿abcd方向，后沿dcba方向

D.先沿dcba方向，后沿abcd方向

答案　A

解析　由条形磁铁的磁场分布可知，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，根据楞次定律可知感应电流的方向是abcd.

2.“来拒去留”法

由于磁场与导体的相对运动产生电磁感应现象时，产生的感应电流与磁场间有力的作用，这种力的作用会“阻碍”相对运动.口诀记为“来拒去留”.

例2

　如图2所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是（　　）

图2

A.向右摆动

B.向左摆动

C.静止

D.无法判定

答案　A

解析　当磁铁突然向铜环运动时，穿过铜环的磁通量增加，为阻碍磁通量的增加，铜环远离磁铁向右运动.

3.“增缩减扩”法

就闭合电路的面积而言，收缩或扩张是为了阻碍电路原磁通量的变化.若穿过闭合电路的磁通量增加，面积有收缩趋势；若穿过闭合电路的磁通量减少，面积有扩张趋势.口诀为“增缩减扩”.

说明：

此法只适用于回路中只有一个方向的磁感线的情况.

例3

　如图3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，在导轨上有两个可自由滑动的导体ab和cd.当载流直导线中的电流逐渐增大时，导体ab和cd的运动情况是（　　）

图3

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

答案　C

解析　由于在闭合回路abdc中，ab和cd电流方向相反，所以两导体运动方向一定相反，排除A、B；当载流直导线中的电流逐渐增大时，穿过闭合回路的磁通量增大，根据楞次定律，感应电流总是阻碍穿过回路磁通量的变化，所以两导体相互靠近，减小面积，达到阻碍磁通量增大的目的.故选C.

4.“增离减靠”法

当磁场变化且线圈回路可移动时，由于磁场增强使得穿过回路的磁通量增加，线圈将通过远离磁体来阻碍磁通量增加；反之，由于磁场减弱使线圈中的磁通量减少时，线圈将靠近磁体来阻碍磁通量减少，口诀记为“增离减靠”.

例4

　如图4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，当开关S接通瞬间，两铜环的运动情况是（　　）

图4

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

D.同时被推开或同时向螺线管靠拢，但因电源正负极未知，无法具体判断

答案　A

解析　开关S接通瞬间，小铜环中磁通量从无到有增加，根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍磁通量的增加，则两环将同时向两侧运动.故A正确.

二、“三定则一定律”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、磁场方向三者方向关系

导体切割磁感线时速度方向、磁场方向、感应电流方向三者方向关系

回路中磁通量变化产生感应电流时原磁场方向、感应电流磁场方向关系

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5

　（多选）如图5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）（　　）

图5

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

答案　BD

解析　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，根据右手定则，知在ab杆上产生增大的由a到b的电流，根据安培定则，在L1中产生方向向上且增强的磁场，该磁场向下通过L2，由楞次定律，在cd杆上产生c到d的电流，根据左手定则，cd杆受到向右的安培力，向右运动，故B正确；同理可得C错误，D正确.

几个规律的使用中，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

三、能量的角度理解楞次定律

感应电流的产生并不是创造了能量.导体做切割磁感线运动时，产生感应电流，感应电流受到安培力作用，导体克服安培力做功从而实现其他形式能向电能的转化，所以楞次定律的“阻碍”是能量转化和守恒的体现.

例6

　如图6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，金属环保持水平，下列判断正确的是（　　）

图6

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

答案　B

解析　金属环在下落过程中，磁通量发生变化产生感应电流，金属环受到磁场力的作用，机械能不守恒，A错误.由能量守恒，金属环重力势能的减少量等于其动能的增加量和在金属环中产生的电能之和，B正确.金属环下落的过程中，机械能不停地转变为电能，机械能一直减少，C错误.当金属环下落到磁铁中央位置时，金属环中的磁通量不变，无感应电流，环和磁铁间无作用力，磁铁对桌面的压力大小等于磁铁的重力，D错误.

1.如图7所示，水平放置的光滑杆上套有A、B、C三个金属环，其中B接电源.在接通电源的瞬间，A、C两环（　　）

图7

A.都被B吸引

B.都被B排斥

C.A被吸引，C被排斥

D.A被排斥，C被吸引

答案　B

解析　在接通电源的瞬间，通过B环的电流从无到有，电流产生的磁场从无到有，穿过A、C两环的磁通量从无到有，A、C两环产生感应电流，由楞次定律可知，感应电流总是阻碍原磁通量的变化，为了阻碍原磁通量的增加，A、C两环都被B环排斥而远离B环，故A、C、D错误，B正确.

2.如图8所示，水平桌面上放有一个闭合铝环，在铝环轴线上方有一个条形磁铁.当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时，下列判断正确的是（　　）

图8

A.铝环有收缩趋势，对桌面压力减小

B.铝环有收缩趋势，对桌面压力增大

C.铝环有扩张趋势，对桌面压力减小

D.铝环有扩张趋势，对桌面压力增大

答案　B

解析　根据楞次定律可知：

当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时，闭合铝环内的磁通量增大，因此铝环面积应有收缩的趋势，同时有远离磁铁的趋势，故增大了和桌面的挤压程度，从而使铝环对桌面压力增大，故B项正确.

3.在图9中，磁铁沿圆环轴线自由落下的过程中（重力加速度为g）（　　）

图9

A.磁铁的机械能减少，下落加速度a＝g

B.磁铁的机械能守恒，下落加速度a＝g

C.磁铁的机械能减少，下落加速度a

D.磁铁的机械能增加，下落加速度a>g

答案　C

4.（多选）如图10所示，闭合圆形金属环竖直固定，光滑水平导轨穿过圆环，条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线穿过圆环圆心，与环面垂直，则磁铁在穿过圆环的整个过程中，下列说法正确的是（　　）

图10

A.磁铁靠近圆环的过程中，做加速运动

B.磁铁靠近圆环的过程中，做减速运动

C.磁铁远离圆环的过程中，做加速运动

D.磁铁远离圆环的过程中，做减速运动

答案　BD

5.（多选）如图11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，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（　　）

图11

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

答案　BC

解析　当PQ向右运动时，用右手定则可判定PQ中感应电流的方向是由Q→P，由安培定则可知穿过L1的磁场方向是自下而上的；若PQ向右加速运动，则穿过L1的磁通量增加，用楞次定律可以判断流过MN的感应电流是从N→M的，用左手定则可判定MN受到向左的安培力，将向左运动，选项A错误；若PQ向右减速运动，流过MN的感应电流方向、MN所受的安培力的方向均将反向，MN向右运动，所以选项C正确；同理可判断选项B正确，选项D错误.

选择题（1～9题为单选题，10～13题为多选题）

1.如图1所示，在光滑水平面上，MN是一根固定的通电长直导线，电流方向向上，今将一金属线框abcd放在导线上，让线框的位置偏向导线的左边，两者彼此绝缘，当导线上的电流突然增大时，线框整个受力为（　　）

图1

A.受力向右B.受力向左

C.受力向上D.受力为零

答案　A

解析　金属线框放在导线MN上，导线中电流产生磁场，根据安培定则判断可知，线框左右两侧磁场方向相反，线框左侧的磁通量大于线框右侧的磁通量，当导线中电流增大时，穿过线框的磁通量增大，线框产生感应电流，根据楞次定律可知，感应电流的磁场要阻碍磁通量的变化，则线框将向磁通量减小的方向运动，即向右移动，故A正确，B、C、D错误.

2.如图2所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈.当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是（　　）

图2

A.FN先小于mg后大于mg，运动趋势向左

B.FN先大于mg后小于mg，运动趋势向左

C.FN先小于mg后大于mg，运动趋势向右

D.FN先大于mg后小于mg，运动趋势向右

答案　D

解析　条形磁铁从线圈正上方由左向右运动的过程中，线圈中的磁通量先增大后减小，根据楞次定律的“来拒去留”可知，线圈先有向下和向右运动的趋势，后有向上和向右运动的趋势.故线圈受到的支持力先大于重力后小于重力，运动趋势向右.故选D.

3.如图3所示，一个有弹性的金属线圈被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方，直导线与线圈在同一竖直面内，当通电直导线中电流增大时，金属线圈的面积S和橡皮绳的长度l将（　　）

图3

A.S增大，l变长

B.S减小，l变短

C.S增大，l变短

D.S减小，l变长

答案　D

解析　当通电直导线中电流增大时，穿过金属线圈的磁通量增大，金属线圈中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流要阻碍原磁通量的增大：

一是用缩小面积的方式进行阻碍；二是用远离直导线的方式进行阻碍，故D正确.

4.如图4所示，条形磁铁从高h处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关S断开时，至落地用时t1，落地时速度为v1；S闭合时，至落地用时t2，落地时速度为v2.则它们的大小关系正确的是（　　）

图4

A.t1>t2，v1>v2

B.t1＝t2，v1＝v2

C.t1

D.t1v2

答案　D

解析　开关S断开时，线圈中无感应电流，对磁铁无阻碍作用，故磁铁自由下落，a＝g；当S闭合时，线圈中有感应电流，对磁铁有阻碍作用，故av2.

5.如图5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5

A.同时向左运动，间距变大

B.同时向左运动，间距变小

C.同时向右运动，间距变小

D.同时向右运动，间距变大

答案　B

解析　磁铁向左运动，穿过两环的磁通量都增加.根据楞次定律，感应电流的磁场将阻碍原磁通量增加，所以两者都向左运动.另外，两环产生的感应电流方向相同，依据安培定则和左手定则可以判断两个环之间是相互吸引的，所以选项A、C、D错误，B正确.

6.如图6所示，固定的水平长直导线中通有电流I，矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行.线框由静止释放，在下落过程中（　　）

图6

A.穿过线框的磁通量保持不变

B.线框中感应电流方向保持不变

C.线框所受安培力的合力为零

D.线框的机械能不断增大

答案　B

解析　线框在下落过程中，所在位置磁场减弱，穿过线框的磁感线的条数减少，磁通量减小.故A错误.下落过程中，因为磁通量随线框下落而减小，根据楞次定律，感应电流的磁场与原磁场方向相同，不变，所以感应电流的方向不变，故B正确.线框左右两边受到的安培力互相抵消，上边受的安培力大于下边受的安培力，安培力合力不为零，故C错误.线框中产生电能，机械能减小，故D错误.

7.如图7所示，A为水平放置的胶木圆盘，在其侧面均匀分布着负电荷，在A的正上方用绝缘丝线悬挂一个金属环B，使B的环面水平且与圆盘面平行，其轴线与胶木圆盘A的轴线OO′重合，现使胶木圆盘A由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，则（　　）

图7

A.金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力增大

B.金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力减小

C.金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力减小

D.金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力增大

答案　B

解析　胶木圆盘A由静止开始绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，形成环形电流，环形电流的大小增大，根据右手螺旋定则知，通过B的磁通量向下，且增大，根据楞次定律，感应电流引起的效果阻碍原磁通量的增大，知金属环的面积有缩小的趋势，且有向上的运动趋势，所以丝线的拉力减小.故B正确，A、C、D错误.

8.如图8所示，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直.金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面.现让金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是（　　）

图8

A.PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向

B.PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向

C.PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向

D.PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向

答案　D

解析　金属杆PQ突然向右运动，则其速度v方向向右，由右手定则可得，金属杆PQ中的感应电流方向由Q到P，则PQRS中感应电流方向为逆时针方向.PQRS中感应电流产生垂直纸面向外的磁场，故圆环形金属线框T中为阻碍此变化，会产生垂直纸面向里的磁场，则T中感应电流方向为顺时针方向，D正确.

9.为了测量列车运行的速度和加速度大小，可采用如图9甲所示的装置，它由一块安装在列车车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量记录仪组成（电流测量记录仪未画出）.当列车经过线圈上方时，线圈中产生的电流被记录下来，P、Q为接测量仪器的端口.若俯视轨道平面磁场垂直地面向里（如图乙），则在列车经过测量线圈的过程中，流经线圈的电流方向为（　　）

图9

A.始终逆时针方向B.先顺时针，再逆时针方向

C.先逆时针，再顺时针方向D.始终顺时针方向

答案　C

解析　在列车经过线圈的上方时，由于列车上的磁场的方向向下，所以线圈内的磁通量方向向下，先增大后减小，根据楞次定律可知，线圈中的感应电流的方向为先逆时针，再顺时针方向.

10.如图10所示，在水平面上有一固定的导轨，导轨为U形金属框架，框架上放置一金属杆ab，不计摩擦，在竖直方向上有匀强磁场，则（　　）

图10

A.若磁场方向竖直向上并增强时，杆ab将向右移动

B.若磁场方向竖直向上并减弱时，杆ab将向右移动

C.若磁场方向竖直向下并增强时，杆ab将向右移动

D.若磁场方向竖直向下并减弱时，杆ab将向右移动

答案　BD

解析　不管磁场方向竖直向上还是竖直向下，当磁感应强度增大时，回路中磁通量增大，由楞次定律知杆ab将向左移动，反之，杆ab将向右移动，选项B、D正确.

11.如图11是某电磁冲击钻的原理图，若突然发现钻头M向右运动，则可能是（　　）

图11

A.开关S闭合瞬间

B.开关S由闭合到断开的瞬间

C.开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向左迅速滑动

D.开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向右迅速滑动

答案　AC

解析　当开关突然闭合时，左线圈上有了电流，产生磁场，而对于右线圈来说，磁通量增加，产生感应电流，使钻头M向右运动，故A项正确；当开关S已经闭合时，只有左侧线圈电流增大才会导致钻头M向右运动，故C项正确.

12.绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上，铁芯上套着一个铝环，线圈与电源、开关相连，如图12所示.线圈上端与电源正极相连，闭合开关的瞬间，铝环向上跳起.则下列说法中正确的是（　　）

图12

A.若保持开关闭合，则铝环不断升高

B.若保持开关闭合，则铝环停留在跳起后的某一高度

C.若保持开关闭合，则铝环跳起到某一高度后将回落

D.如果电源的正、负极对调，观察到的现象不变

答案　CD

解析　铝环跳起是开关闭合时铝环上产生的感应电流与通电螺线管上的电流相互作用而引起的.故C、D正确.

13.如图13（a）所示，螺线管内有平行于轴线的外加匀强磁场，以图中箭头所示方向为其正方向.螺线管与导线框abcd相连，导线框内有一小金属圆环L，圆环与导线框在同一平面内.当螺线管内的磁感应强度B随时间按图（b）所示规律变化时（　　）

图13

A.在t1～t2时间内，L有收缩趋势

B.在t2～t3时间内，L有扩张趋势

C.在t2～t3时间内，L内有逆时针方向的感应电流

D.在t3～t4时间内，L内有顺时针方向的感应电流

答案　AD

解析　在t1～t2时间内，磁场增强，根据楞次定律可判断出导线框中产生d→c→b→a方向的感应电流，且电流逐渐增大，则穿过圆环的磁通量增大，可知L有收缩趋势，A正确；在t2～t3时间内，磁场先减弱后反向增强，导线框中产生a→b→c→d方向的感应电流且保持不变，穿过圆环的磁通量不变，L内无感应电流且没有扩张或收缩的趋势，B、C错误；在t3～t4时间内，沿负方向的磁场减弱，根据楞次定律可判断出导线框中产生d→c→b→a方向的感应电流，且电流在逐渐减小，故穿过圆环的磁通量减小，L内有顺时针方向的感应电流，D正确.