学年高中物理 第1章 第4节 楞次定律学案 教科版选修32.docx

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学年高中物理第1章第4节楞次定律学案教科版选修32

学案4　楞次定律

[目标定位]1.正确理解楞次定律的内容及其本质.2.掌握右手定则，并理解右手定则实际上为楞次定律的一种具体表现形式.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．

一、右手定则

[问题设计]

如图1所示的电路中，G为电流计（已知电流由左接线柱流入，指针向左偏，由右接线柱流入，指针向右偏），当ab在磁场中切割磁感线运动时，指针的偏转情况如表所示．

图1

导体棒ab

的运动

指针偏转方向

回路中电

流方向

向右

向左

顺时针

向左

向右

逆时针

分析磁场方向、导体切割磁感线运动方向和感应电流方向之间的关系并总结规律．

答案　磁场方向、导体切割磁感线运动方向和感应电流方向之间的关系满足右手定则．

[要点提炼]

1．右手定则：

将右手手掌伸平，使大拇指与其余并拢的四指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线从手心穿入，大拇指指向导体运动方向，这时四指的指向就是感应电流的方向，也就是感应电动势的方向．（注意等效电源的正、负极）

2．适用条件：

只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况．

3．当切割磁感线时四指的指向就是感应电流的方向，即感应电动势的方向（在等效电源内，从负极指向正极）．

二、楞次定律

[问题设计]

根据如图2甲、乙、丙、丁所示进行电路图连接与实验操作，并填好实验现象记录表格．

图2

　　操作方法

填写内容　　

甲

乙

丙

丁

S极

插入线圈

S极

拔出线圈

N极

插入线圈

N极

拔出线圈

原磁场的方向

向上

向上

向下

向下

原磁场的磁通量变化

增加

减小

增加

减小

感应电流方向

顺时针

（俯视）

逆时针

（俯视）

逆时针

（俯视）

顺时针

（俯视）

感应电流的磁场方向

向下

向上

向上

向下

原磁场与感应电流的磁场方向的关系

相反

相同

相反

相同

（1）分析感应电流的磁场方向是否总是与原磁场方向相反或相同？

什么时候相反？

什么时候相同？

感应电流的磁场对原磁场磁通量变化有何影响？

答案　不一定，有时相反，有时相同；闭合回路中原磁场的磁通量增加时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反；闭合回路中原磁场的磁通量减小时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同；感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化．

（2）分析当磁铁靠近或远离线圈时两者的相互作用有什么规律？

答案　当条形磁铁插入时，磁铁与线圈的磁极是同名磁极相对；当条形磁铁拔出时，磁铁与线圈的磁极是异名磁极相对．即两者靠近时，相互排斥；两者远离时，相互吸引．感应电流总要阻碍原磁场的相对运动．

[要点提炼]

1．楞次定律：

感应电流具有这样的方向，即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．

2．楞次定律中“阻碍”的含义：

（1）谁在阻碍——感应电流的磁场．

（2）阻碍什么——阻碍的是穿过回路的磁通量的变化，而不是磁通量本身．

（3）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方向相反；当原磁通量减小时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，“阻碍”不一定是感应电流的磁场与原磁场的方向相反，而是“增反减同”．

（4）阻碍效果——阻碍并不是阻止，最终增加的还是增加，减小的还是减小，只是延缓了原磁场的磁通量的变化．

3．

（1）楞次定律是普遍适用的．既可判断因磁场变化在闭合电路中产生的感应电流的方向，又可判断在磁场中运动的一段导体中产生的感应电流的方向．

（2）右手定则只能判断在磁场中运动的一段导体中产生的感应电流的方向．

三、楞次定律的应用

[问题设计]

在长直通电导线附近有一闭合线圈abcd，如图3所示．当直导线中的电流强度I逐渐减小时，试判断线圈中感应电流的方向．

图3

请从解答此题的实践中，体会用楞次定律判定感应电流方向的具体思路．

答案　线圈abcd中感应电流方向为顺时针方向．

若要判定感应电流的方向，需先弄清楚感应电流的磁场方向．根据楞次定律“阻碍”的含义，则要先明确原磁场的方向及其磁通量的变化情况．

[要点提炼]

应用楞次定律判断感应电流方向的步骤：

（1）明确研究对象是哪一个闭合电路．

（2）明确原磁场的方向．

（3）判断闭合回路内原磁场的磁通量是增加还是减小．

（4）由楞次定律判断感应电流的磁场方向．

（5）由安培定则判断感应电流的方向．

一、右手定则的应用

例1

　下列图中表示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，导体ab上的感应电流的方向为a→b的是（　　）

解析　题中四图都属于闭合电路的一部分导体切割磁感线，应用右手定则判断可得：

A中感应电流的方向为a→b，B中感应电流的方向为b→a，C中感应电流沿a→d→c→b→a方向，D中感应电流的方向为b→a.故选A.

答案　A

二、对楞次定律的理解

例2

　关于楞次定律，下列说法中正确的是（　　）

A．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的增强

B．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的减弱

C．感应电流的磁场总是和原磁场方向相反

D．感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化

解析　楞次定律的内容：

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，故选D.

答案　D

三、楞次定律的应用

例3

　如图4所示，通电导线旁边同一平面有矩形线圈abcd，则（　　）

图4

A．若线圈向右平动，其中感应电流方向是a→b→c→d

B．若线圈竖直向下平动，无感应电流产生

C．当线圈以ad边为轴转动时转动角度小于90°，其中感应电流方向是a→b→c→d

D．当线圈向导线靠近时，其中感应电流方向是a→b→c→d

解析　先由右手螺旋定则判断出导线产生的原磁场在线圈处垂直纸面向里，当线圈向右平动时，通过线圈的磁通量减小，感应电流的磁场与原磁场方向相同，感应电流的方向为a→d→c→b，A错．若线圈竖直向下平动时，磁通量不变，无感应电流产生，B正确．当线圈以ad边为轴转动时，其中感应电流方向是a→d→c→b，C错．当线圈向导线靠近时，磁通量增大，感应电流的磁场与原磁场的方向相反，感应电流的方向是a→b→c→d，D正确．

答案　BD

1．（对楞次定律的理解）关于楞次定律，下列说法正确的是（　　）

A．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

B．闭合电路的一部分导体在磁场中运动时，必受磁场阻碍作用

C．原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场同向

D．感应电流的磁场总是跟原磁场反向，阻碍原磁场的变化

答案　A

解析　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，选项A正确；闭合电路的一部分导体在磁场中平行磁感线运动时，不受磁场阻碍作用，选项B错误；原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场反向，选项C错误；当原磁场增强时感应电流的磁场与原磁场反向，当原磁场减弱时与原磁场同向，选项D错误．

2.磁场垂直穿过一个圆形线框，由于磁场的变化，在线框中产生顺时针方向的感应电流，如图5所示，则以下说法正确的是（　　）

图5

A．若磁场方向垂直线框向里，则此磁场的磁感应强度是在增强

B．若磁场方向垂直线框向里，则此磁场的磁感应强度是在减弱

C．若磁场方向垂直线框向外，则此磁场的磁感应强度是在增强

D．若磁场方向垂直线框向外，则此磁场的磁感应强度是在减弱

答案　BC

解析　感应电流的方向为顺时针方向，由安培定则知感应电流的磁场垂直纸面向里，由楞次定律中的“增反减同”可知，可能是方向垂直纸面向里的磁场正在减弱或是方向垂直纸面向外的磁场正在增强，正确选项应为B、C.

3.（楞次定律的应用）如图6所示，在水平面上有一个闭合的线圈，将一根条形磁铁从线圈的上方插入线圈中，在磁铁进入线圈的过程中，线圈中会产生感应电流，磁铁会受到线圈中电流的作用力，若从线圈上方俯视，关于感应电流和作用力的方向，以下判断正确的是（　　）

图6

A．若磁铁的N极向下插入，线圈中产生顺时针方向的感应电流

B．若磁铁的S极向下插入，线圈中产生顺时针方向的感应电流

C．无论N极向下插入还是S极向下插入，磁铁都受到向下的引力

D．无论N极向下插入还是S极向下插入，磁铁都受到向上的斥力

答案　BD

解析　若磁铁的N极向下插入，穿过线圈的磁通量增加，磁场方向向下，根据楞次定律可知，感应电流的磁场方向向上，由右手螺旋定则知，线圈中产生逆时针方向的感应电流，故A错误；若磁铁的S极向下插入，穿过线圈的磁通量增加，磁场方向向上，根据楞次定律可知，感应电流的磁场方向向下，由右手螺旋定则知，线圈中产生顺时针方向的感应电流，故B正确；通电线圈的磁场与条形磁铁相似，根据安培定则判断可知，当N极向下插入时，线圈上端相当于N极，当S极向下插入时，线圈上端相当于S极，存在斥力，故C错误，D正确．导体与磁体的作用力也可以根据楞次定律的另一种表述判断：

感应电流的磁场总要阻碍导体与磁体间的相对运动，无论N极向下插入还是S极向下插入，磁体与线圈的相对位置都在减小，故磁体与线圈之间存在斥力．

4.（右手定则的应用）如图7所示，光滑平行金属导轨PP′和QQ′，都处于同一水平面内，P和Q之间连接一电阻R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中．现在将垂直于导轨放置一根导体棒MN，用一水平向右的力F拉动导体棒MN，以下关于导体棒MN中感应电流的方向和它所受安培力的方向的说法正确的是（　　）

图7

A．感应电流方向是N→M

B．感应电流方向是M→N

C．安培力水平向左

D．安培力水平向右

答案　AC

解析　由右手定则知，MN中感应电流方向是N→M，再由左手定则可知，MN所受安培力的方向垂直导体棒水平向左，故选A、C.

题组一　对楞次定律的理解

1．关于感应电流，以下说法中正确的是（　　）

A．感应电流的方向总是与原电流的方向相反

B．感应电流的方向总是与原电流的方向相同

C．感应电流的磁场总是阻碍闭合电路内原磁场的磁通量的变化

D．感应电流的磁场总是与原线圈内的磁场方向相反

答案　C

解析　由楞次定律可知，感应电流的磁场总是阻碍闭合电路内部原磁场的磁通量的变化，故C正确；如果原磁场中的磁通量是增大的，则感应电流的磁场方向就与它相反，来消弱它的增大，如果原磁场中的磁通量是减小的，则感应电流的磁场方向就与它相同，来阻碍它的减小，故A、B、D错误．

2．根据楞次定律可知，感应电流的磁场一定是（　　）

A．与引起感应电流的磁场反向

B．阻止引起感应电流的磁通量的变化

C．阻碍引起感应电流的磁通量的变化

D．使电路磁通量为零

答案　C

解析　由楞次定律可知，感应电流的磁场总是阻碍引起它的原磁通量的变化，具体来说就是“增反减同”，因此C正确．

题组二　楞次定律的应用

3．如图是验证愣次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔出，线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流，各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中表示正确的是（　　）

答案　CD

解析　先根据愣次定律“来拒去留”判断线圈的N极和S极．A中线圈上端应为N极，B中线圈上端应为N极，C中线圈上端应为S极，D中线圈上端应为S极，再根据安培定则确定感应电流的方向，A、B错误，C、D正确．

4.矩形导线框abcd与长直导线MN放在同一水平面上，ab边与MN平行，导线MN中通入如图1所示的电流，当MN中的电流增大时，下列说法正确的是（　　）

图1

A．导线框abcd中没有感应电流

B．导线框abcd中有顺时针方向的感应电流

C．导线框所受的安培力的合力方向水平向左

D．导线框所受的安培力的合力方向水平向右

答案　D

解析　直导线中通有向上增大的电流，根据安培定则知，通过线框的磁场方向垂直纸面向里，且增大，根据楞次定律知感应电流的方向为逆时针方向，故A、B错误．根据左手定则知，ab边所受安培力的方向水平向右，cd边所受安培力的方向水平向左，离导线越近，磁感应强度越大，所以ab边所受的安培力大于cd边所受的安培力，则线框所受的安培力的合力方向水平向右，故C错误，D正确．

5.如图2所示，匀强磁场垂直于圆形线圈指向纸里，a、b、c、d为圆形线圈上等距离的四点，现用外力作用在上述四点，将线圈拉成正方形．设线圈导线不可伸长，且线圈仍处于原先所在的平面内，则在线圈发生形变的过程中（　　）

图2

A．线圈中将产生沿a→d→c→b方向的感应电流

B．线圈中将产生沿a→b→c→d方向的感应电流

C．线圈中产生感应电流的方向先是沿a→b→c→d方向，后是沿a→d→c→b方向

D．线圈中无感应电流产生

答案　B

解析　将线圈拉成正方形其面积减小，穿过线圈的磁通量减小，由楞次定律可判知线圈中产生顺时针方向的感应电流，B选项正确．

6.如图3所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管，则电路中（　　）

图3

A．始终有感应电流自a向b流过电流表G

B．始终有感应电流自b向a流过电流表G

C．先有a→G→b方向的感应电流，后有b→G→a方向的感应电流

D．将不会产生感应电流

答案　C

解析　当条形磁铁进入螺线管时，闭合线圈中的磁通量增加，当条形磁铁穿出螺线管时，闭合线圈中的磁通量减小，由楞次定律可知C正确．

7.如图4所示，AOC是光滑的金属轨道，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，PQ是一根金属直杆立在轨道上，直杆从图示位置由静止开始在重力作用下运动，运动过程中Q端始终在OC上，空间存在着垂直纸面向外的匀强磁场，则在PQ杆滑动的过程中，下列判断正确的是（　　）

图4

A．感应电流的方向始终是P→Q

B．感应电流的方向先是由P→Q，后是由Q→P

C．PQ受磁场力的方向垂直于杆向左

D．PQ受磁场力的方向先垂直于杆向右，后垂直于杆向左

答案　B

解析　在PQ杆滑动的过程中，杆与导轨所围成的三角形面积先增大后减小，三角形POQ内的磁通量先增大后减小，由楞次定律可判断B项对，A项错．再由PQ中电流方向及左手定则可判断C、D项错误．

8.如图5所示，金属线框与直导线AB在同一平面内，直导线中通有电流I，将线框由位置1拉至位置2的过程中，线框中感应电流的方向是（　　）

图5

A．先顺时针，后逆时针，再顺时针

B．始终顺时针

C．先逆时针，后顺时针，再逆时针

D．始终逆时针

答案　C

解析　在靠近直导线直到处于中间位置的过程中，磁通量先增大后减小，原磁场方向垂直纸面向里，感应电流的磁场方向应先垂直纸面向外后垂直纸面向里，由右手螺旋定则可判断电流方向为先逆时针后顺时针，同理当处于中间位置到线框全穿过直导线的过程中，感应电流方向为顺时针，当远离导线的过程中，感应电流方向为逆时针，故选C.

9.如图6所示，一对大磁极，中间处可视为匀强磁场，上、下边缘处为非匀强磁场，一矩形导线框abcd保持水平，从两磁极间中心上方某处开始下落，并穿过磁场，则（　　）

图6

A．线框中有感应电流，方向是先沿a→b→c→d→a方向后沿d→c→b→a→d方向

B．线框中有感应电流，方向是先沿d→c→b→a→d方向后沿a→b→c→d→a方向

C．受磁场的作用，线框要发生转动

D．线框中始终没有感应电流

答案　D

解析　由于线框从两极间中心上方某处开始下落，根据对称性知，下落过程中穿过线框abcd的磁通量始终是零，没有变化，所以始终没有感应电流，因此不会受磁场的作用，故选项D正确．

题组三　右手定则的应用

10.如图7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（　　）

图7

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

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

答案　D

解析　由右手定则知ef上的电流由e→f，故右侧的电流方向为逆时针方向，左侧的电流方向为顺时针方向，选D.

11.如图8所示，同一平面内的三条平行导线串有电阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好，匀强磁场的方向垂直纸面向里．导体棒的电阻可忽略，当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是（　　）

图8

A．流过R的电流方向为由d到c，流过r的电流方向为由b到a

B．流过R的电流方向为由c到d，流过r的电流方向为由b到a

C．流过R的电流方向为由d到c，流过r的电流方向为由a到b

D．流过R的电流方向为由c到d，流动r的电流方向为由a到b

答案　B

解析　根据磁场方向和导体棒的运动方向，用右手定则可以判断出在PQ中产生的感应电动势的方向由P指向Q，即导体棒下端电势高、上端电势低，所以在接入R的闭合电路中，电流由c流向d，在接入r的闭合电路中，电流由b流向a.

12．如图9所示，一个金属圆盘安装在竖直的转动轴上，置于蹄形磁铁之间，两块铜片A、O分别与金属盘的边缘和转动轴接触．若使金属盘按图示方向（俯视为顺时针方向）转动起来，下列说法正确的是（　　）

图9

A．电阻R中有Q→R→P方向的感应电流

B．电阻R中有P→R→Q方向的感应电流

C．穿过圆盘的磁通量始终没有变化，电阻R中无感应电流

D．调换磁铁的N、S极同时改变金属盘的转动方向，R中感应电流的方向也会发生改变

答案　B

解析　根据右手定则可判定R中有P→R→Q方向的感应电流，B正确，A、C错．流过R的感应电流方向不变，D错．