浙江省版高中物理第四章电磁感应第2课时楞次定律学案新人教版选修320716152.docx

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浙江省版高中物理第四章电磁感应第2课时楞次定律学案新人教版选修320716152

第2课时　楞次定律

[研究选考·把握考情]

知识内容

楞次定律

考试要求

加试c

教学要求

1.通过探究，初步了解决定感应电流方向的因素

2.能区别原磁场与感应电流的磁场

3.知道楞次定律是确定感应电流方向的规律

4.会用右手定则判定感应电流的方向

5.经历楞次定律的探究过程，了解引入“中介”的意义

6.理解楞次定律的内容，掌握操作步骤，能运用楞次定律判断感应电流的方向

7.认识右手定则与楞次定律判断感应电流方向的等效性

说明

在用楞次定律判断感应电流方向时，只要求闭合回路中磁通量变化容易确定的情形

知识点一　实验：

探究感应电流方向的规律

[基础梳理]

1.实验设计

将螺线管与电流表组成闭合回路，分别将N极、S极插入、抽出线圈，如图1所示，记录感应电流方向如下：

图1

2.分析论证

　　操作方法

内容　　　

甲

乙

丙

丁

N极向下

插入线圈

N极向上

抽出线圈

S极向下

插入线圈

S极向上

抽出线圈

原来磁场的方向

向下

向下

向上

向上

原来磁场的磁通量变化

增大

减小

增大

减小

感应电流方向

（俯视）

逆时针

顺时针

顺时针

逆时针

感应电流的磁场方向

向上

向下

向下

向上

原磁场方向与感应电流的磁场方向的关系

相反

相同

相反

相同

3.归纳总结

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，这种情况如图2甲所示；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，这种情况如图2乙所示。

图2

[典例精析]

【例1】我们可以通过实验探究电磁感应现象中感应电流方向的决定因素和遵循的物理规律。

以下是实验探究过程的一部分。

（1）如图3甲所示，当磁铁的N极向下运动时，发现电流表指针偏转，若要探究线圈中产生感应电流的方向，必须知道__________________________。

图3

（2）如图乙所示，实验中发现闭合开关时，电流表指针向右偏。

电路稳定后，若向左移动滑片，此过程中电流表指针向________偏转；若将线圈A抽出，此过程中电流表指针向________偏转。

（均选填“左”或“右”）

解析　

（1）电流表没有电流通过时，指针在中央位置，要探究线圈中电流的方向，必须知道电流从正（负）接线柱流入时，指针的偏转方向。

（2）闭合开关时，线圈A中的磁场增强，线圈B中产生的感应电流使电流表向右偏，则当向左移滑片时，会使线圈A中的磁场增强，电流表指针将向右偏；当线圈A抽出，在线圈B处的磁场减弱，线圈B中产生的感应电流将使电流表指针向左偏。

答案　

（1）电流从正（负）接线柱流入时，电流表指针的偏转方向　

（2）右　左

名师点睛　在“研究电磁感应现象”实验中，用线圈产生的磁场模拟条形磁铁的磁场，要注意三点：

（1）线圈L2与灵敏电流计直接相连，了解灵敏电流计指针的偏转方向与电流方向之间的关系。

（2）明确线圈L1中电流的变化。

（3）明确线圈L2中磁通量的变化及磁场方向。

【例2】（2017·浙江慈溪中学检测）如图4所示为做探究感应电流产生条件实验的器材。

图4

（1）在图中用实线代替导线把它们连成实验电路。

（2）哪些操作可以使电流计的指针发生偏转？

①_________________________________________________________________；

②_________________________________________________________________。

（3）假设在开关闭合的瞬间，灵敏电流计的指针向左偏转，则当螺线管A向上拔出的过程中，灵敏电流计的指针向________（填“左”或“右”）偏转。

解析　

（1）如图所示

（2）①将开关S闭合（或者断开）

②将螺线管A插入（或拔出）螺线管B

（3）右

知识点二　楞次定律及应用

[基础梳理]

当线圈内磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，阻碍磁通量的增加；当线圈内磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，阻碍磁通量的减少。

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。

[要点精讲]

要点1　楞次定律的理解

（1）因果关系：

应用楞次定律实际上就是寻求电磁感应中的因果关系，磁通量发生变化是原因，产生感应电流是结果，原因产生结果，结果又反过来影响原因。

（2）楞次定律中“阻碍”的含义

谁阻碍谁

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，而不是磁通量本身

如何阻碍

当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当磁通量减小时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即“增反减同”

阻碍效果

阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化，这种变化仍将继续进行

（3）从磁通量变化的角度来看，感应电流总要阻碍磁通量的变化；从导体和磁体相对运动的角度来看，感应电流的效果总要阻碍相对运动。

因此产生感应电流的过程实质上是其他形式的能量转化为电能的过程。

【例3】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，故选D。

答案　D

要点2　楞次定律的应用

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）确定原磁场的方向；

（3）明确闭合回路中磁通量变化的情况；

（4）应用楞次定律的“增反减同”，确定感应电流的磁场的方向；

（5）应用安培定则，确定感应电流的方向。

【例4】如图5所示，试判定当开关S闭合和断开瞬间，线圈ABCD中的感应电流方向。

图5

解析　当S闭合的瞬间：

穿过回路的磁场是电流I产生的磁场，方向垂直纸面向外（如图所示），且磁通量增大；

由楞次定律知感应电流的磁场方向应和B原相反，即垂直纸面向里；

由安培定则知线圈ABCD中感应电流方向是A→D→C→B→A。

当S断开时：

穿过回路的原磁场仍是电流I产生的磁场，方向垂直纸面向外，且磁通量减小；

由楞次定律得知感应电流的磁场方向应和B原相同，即垂直纸面向外；由安培定则判知感应电流方向是A→B→C→D→A。

答案　S闭合时，感应电流方向为A→D→C→B→A　

S断开时，感应电流方向为A→B→C→D→A

名师点睛　判断感应电流的三部曲

“一原”：

确定原磁场的方向及磁通量变化情况；

“二感”：

根据楞次定律确定感应电流的磁场的方向；

“三螺旋”：

由安培定则确定感应电流的方向。

【例5】（2017·浙江苍南期中）如图6所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放置在导轨上，形成一个闭合回路，一条形磁铁从高处下落接近回路时（　　）

图6

A.P、Q将相互靠近

B.P、Q将相互远离

C.磁铁的加速度仍为g

D.磁铁的加速度小于g

解析　方法一：

设磁铁的下端为N极，如图所示，根据楞次定律可判断出P、Q中的感应电流方向，根据左手定则可判断P、Q所受安培力的方向，可见，P、Q将相互靠近。

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，从而使加速度小于g。

当磁铁的下端为S极时，根据类似的分析可得到相同的结论。

故选项A、D正确。

方法二：

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。

本题中“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将互相靠近且磁铁的加速度小于g，故选项A、D正确。

答案　AD

名师点睛　楞次定律的两种表述

（1）“阻碍”表述法：

感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的原磁通量的变化，即“增反减同”。

（2）“效果”表述法：

感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因。

如：

①“来拒去留”：

阻碍导体的相对运动；

②“增缩减扩”：

磁通量增加，则回路面积有收缩的趋势；磁通量减少，则回路有扩张的趋势。

知识点三　右手定则及应用

[基础梳理]

1.使用范围：

判定导线切割磁感线运动时感应电流的方向。

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。

[即学即练]

如图所示，用导线做成圆形或正方形回路，这些回路与一直导线构成几种位置组合（彼此绝缘），下列组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生的是（　　）

解析　利用安培定则判断直导线电流产生的磁场，其磁感线是一些以直导线为轴的无数组同心圆，即磁感线所在平面均垂直于导线，且直导线电流产生的磁场分布情况是靠近直导线处磁场强，远离直导线处磁场弱。

A中穿过圆环线圈的磁场如图甲所示，其有效磁通量为ΦA＝Φ出－Φ进＝0，且始终为0，即使切断导线中的电流，ΦA也始终为0，A中不可能产生感应电流。

B中线圈平面与导线的磁场平行，穿过B的磁通量也始终为0，B中也不能产生感应电流。

C中穿过线圈的磁通量如图乙所示，Φ进>Φ出，即ΦC≠0，当切断导线中的电流后，穿过线圈的磁通量ΦC减小为0，所以C中有感应电流产生。

D中穿过线圈的磁通量ΦD不为0，当电流切断后，ΦD最终也减小为0，所以D中也有感应电流产生。

答案CD　

1.下列各图是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将条形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。

各图中分别标出了条形磁铁的极性、条形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，其中正确的是（　　）

解析　根据楞次定律可确定感应电流的方向：

以选项C为例，当条形磁铁向下运动时，线圈原磁场的方向向上，穿过线圈的磁通量增加，感应电流产生的磁场方向向下，利用安培定则判断感应电流的方向与图中箭头方向相同，线圈的上端为S极，条形磁铁与线圈相互排斥。

运用以上分析方法可知，选项C、D正确，选项A、B错误。

答案　CD

2.关于楞次定律和感应电流，下列说法正确的是（　　）

A.应用楞次定律时，需要明确两个磁场，即原磁场和感应电流的磁场，且感应电流的磁场总是要阻碍原磁场磁通量的变化

B.应用楞次定律时，需要明确闭合回路中的磁通量是增加了还是减少了，进而判断感应电流的磁场方向

C.楞次定律是用来判断感应电流方向的一个实验定律

D.感应电流的磁场阻碍磁通量的变化，经历足够长的时间最终会阻止磁通量的变化

解析　楞次定律是用来判断感应电流方向的一个实验定律，选项C正确；在应用楞次定律时，需要明确两个磁场，即原磁场和感应电流的磁场，明确磁通量的变化情况，感应电流的磁场总是要阻碍磁通量的变化，但不能阻止磁通量的变化，选项A、B正确，选项D错误。

答案　ABC

3.如图7所示，在同一铁芯上绕两线圈，单刀双掷开关原来连接触点1，现在把它扳向触点2，则在此过程中，流过电流R的感应电流的方向是（　　）

图7

A.先由P到Q，再由Q到P

B.先由Q到P，再由P到Q

C.始终由Q到P

D.始终由P到Q

解析　从触点1到触点2，分为两个物理过程：

其一，离开触点1而未接触点2，左边线圈中电流从有到无，穿过右边线圈的磁通量在减少，由楞次定律可知感应电流方向为由Q到P；其二，与触点2接触而电路尚未稳定，左边线圈电流反向且从无到有，由楞次定律可知感应电流方向仍由Q到P，故选C。

答案　C

4.如图8所示，匀强磁场与圆形导体环所在平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时（　　）

图8

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

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，左侧的电流方向为顺时针，选D。

答案　D

5.我国高温超导磁悬浮高速列车的车速已达到500km/h，如图是磁悬浮的原理，图9中A是圆柱形磁铁，B是用高温超导材料制成的超导圆环，将超导圆环B放在磁铁A上，它就能在磁力作用下悬浮在磁铁A上方的空中，则下列说法正确的是（　　）

图9

A.在B放入磁场过程中，将产生感应电流，当稳定后，感应电流消失

B.在B放入磁场的过程中，B中将产生感应电流，当稳定后，感应电流仍存在

C.如果A的N极朝上，B中感应电流的方向如图所示

D.如果A的N极朝上，B中感应电流的方向与图示方向相反

解析　B进入磁场时，磁通量增加，将产生感应电流，这一电流在超导体中不会消失，A错误，B正确；如果A的N极朝上，在B放入磁场过程中，B中的磁通量增加，根据楞次定律可知，感应电流的磁场方向向下，根据安培定则可知，B中感应电流的方向与图示方向相反，C错误，D正确。

答案BD　

一、选择题（在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。

）

1.某实验小组用如图1所示的实验装置来验证楞次定律。

当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过灵敏电流计的感应电流的方向是（　　）

图1

A.a→G→b

B.先a→G→b，后b→G→a

C.b→G→a

D.先b→G→a，后a→G→b

解析　条形磁铁在穿入线圈的过程中，磁场方向向下，向下的磁通量增加，由楞次定律可知，线圈中的感应电流产生的磁场方向向上，应用安培定则可以判断感应电流的方向为逆时针（俯视），即电流的方向为b→G→a，选项A、B错误；条形磁铁穿出线圈的过程中，磁场方向向下，磁通量减小，由楞次定律和安培定则可得线圈中将产生顺时针方向的感应电流（俯视），即电流的方向为a→G→b，选项C错误，选项D正确。

答案　D

2.现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图2所示连接。

把开关闭合，将线圈A放在线圈B中，待电路稳定后，某同学发现，当他将滑动变阻器的滑片P向左加速滑动时，电流计的指针向右偏转。

则下列说法中正确的是（　　）

图2

A.线圈A向上移动或滑动变阻器的滑片P向右加速滑动，都能引起电流计的指针向左偏转

B.线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流计的指针向右偏转

C.滑动变阻器的滑片P匀速向左或匀速向右滑动时，电流计的指针都静止在中央位置

D.因为线圈A、线圈B的绕线方向未知，故无法判断电流计指针偏转的方向

解析　由题意知，穿过B线圈的磁通量在减小时，电流计指针向右偏转。

A选项中，线圈A向上移动时，使得穿过B线圈的磁通量减少，电流计指针向右偏转，故A选项错误，同理B选项正确；C选项中，滑片P匀速向左滑动时，穿过B线圈的磁通量减少，电流计指针向右偏转，同理滑片P匀速向右滑动时，指针向左偏转，故C、D选项均错误。

答案　B

3.如图3所示，闭合金属圆环垂直于磁场方向放置在匀强磁场中，将它从匀强磁场中沿垂直于磁场方向匀速拉出，以下说法中正确的是（　　）

图3

A.向左拉出和向右拉出时，环中感应电流方向相反

B.向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿顺时针方向

C.向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿逆时针方向

D.将圆环拉出磁场的过程中，当环全部处在磁场中运动时，也有感应电流产生

解析　圆环中感应电流的方向，取决于圆环中磁通量的变化情况，向左或向右将圆环拉出磁场的过程中，圆环中垂直纸面向里的磁感线的条数都要减少，根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场的方向与原磁场方向相同，即都垂直纸面向里，可以判断出感应电流的方向沿顺时针方向。

圆环全部处在磁场中运动时，虽然导线做切割磁感线运动，但环中磁通量不变，只有圆环离开磁场，环的一部分在磁场中，另一部分在磁场外时，环中磁通量才发生变化，环中才有感应电流。

B选项正确。

答案　B

4.如图4所示，一扁平条形磁铁的轴线与圆形线圈在同一平面内，磁铁中心与圆心重合，为了在磁铁开始运动时在线圈中得到逆时针方向的感应电流，磁铁的运动方式应是（　　）

图4

A.磁铁在线圈平面内顺时针转动

B.磁铁在线圈平面内逆时针转动

C.N极向纸内，S极向纸外，使磁铁绕O点转动

D.N极向纸外，S极向纸内，使磁铁绕O点转动

解析　根据楞次定律可知，必须使通过线圈向外的磁通量减少或向里的磁通量增加，故选C。

答案　C

5.如图5所示，矩形闭合线圈abcd竖直放置，OO′是它的对称轴，通电直导线AB与OO′平行，且AB、OO′所在平面与线圈平面垂直。

若要在线圈中产生abcda方向的感应电流，可行的做法是（　　）

图5

A.AB中电流I逐渐增大

B.AB中电流I先增大后减小

C.AB正对OO′，逐渐靠近线圈

D.线圈绕OO′轴逆时针转动90°（俯视）

解析　选项A、B、C的做法，通电直导线电流产生的磁场穿过线圈的磁通量始终为零，不会产生感应电流；选项D中线圈绕OO′轴逆时针转动90°（俯视），穿过线圈的磁通量增大，线圈中会产生abcda方向的感应电流，选项D正确。

答案　D

6.闭合线圈abcd在磁场中运动到如图6所示位置时，ab边受到的磁场力竖直向上，此线圈的运动情况可能是（　　）

图6

A.向右进入磁场

B.向左移出磁场

C.以ab为轴转动

D.以cd为轴转动

解析　ab边受磁场力竖直向上，由左手定则知，通过ab的电流方向是由a指向b，由右手定则可知当线圈向左移出磁场时，bc边切割磁感线可产生顺时针方向的电流，选项A错误，选项B正确；当以ab或cd为轴转动时，在题图所示位置，导线不切割磁感线，无感应电流产生，选项C、D错误。

答案　B

7.关于右手定则的应用，下列说法正确的是（　　）

A.应用右手定则时，四指指的方向就是感应电流的方向，拇指所指的方向为导体运动的方向

B.应用右手定则时，切割磁感线的导体相当于电源，电源的正极即四指所指的方向

C.切割磁感线的导体只有做匀速直线运动时，才能应用右手定则判断

D.只要闭合导线框在匀强磁场中切割磁感线，就会产生感应电流，就能用右手定则来判断

解析　根据右手定则的内容知道，四指指的方向就是感应电流的方向，拇指所指的方向为导体运动的方向，选项A正确；从等效电路的角度看，切割磁感线的导体相当于电源，电源的正极即四指所指的方向，选项B正确；应用右手定则判断感应电流的方向，与导体的运动情况无关，选项C错误；闭合导线框在匀强磁场中切割磁感线，不一定产生感应电流，选项D错误。

答案　AB

8.如图7所示，小圆圈表示处于匀强磁场中的闭合电路一部分导线的横截面，速度v在纸面内。

关于感应电流的有无及方向的判断正确的是（　　）

图7

A.图①中有感应电流，方向向外

B.图②中有感应电流，方向向外

C.图③中无感应电流

D.图④中a、b、c、d四位置上均无感应电流

解析　图①中导线切割磁感线，根据右手定则，可知电流方向向里，A项错误；图②、③中导线不切割磁感线，无电流，B项错误，C项正确；图④中导线在b、d位置切割磁感线，有感应电流，在a、c位置速度与磁感线方向平行，不切割磁感线，无电流，D项错误。

答案　C

9.（2017·宁波高二月考）如图8所示，金属环所在区域存在匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。

当磁感应强度逐渐增大时，内、外金属环中感应电流的方向为（　　）

图8

A.外金属环顺时针、内金属环逆时针

B.外金属环逆时针，内金属环顺时针

C.内、外金属环均为逆时针

D.内、外金属环均为顺时针

解析　回路由外金属环和内金属环共同组成，回路中包围的磁场方向垂直纸面向里且内、外金属环之间的磁通量增加，由楞次定律可知两金属环之间的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，垂直于纸面向外，由安培定则可知，在外金属环沿逆时针方向，在内金属环沿顺时针方向，故选项B正确。

答案　B

10.（2018·华南师大附中）如图9所示，一金属圆环水平放置在竖直向上的匀强磁场中，若要使圆环中产生如箭头所示方向的感应电流，下列方法可行的是（　　）

图9

A.使匀强磁场均匀增大

B.使圆环绕水平轴ab如图转动30°

C.使圆环绕水平轴cd如图转动30°

D.保持圆环水平并使其绕过圆心的竖直轴转动

解析　由安培定则可知感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反，由楞次定律可知通过圆环的磁通量一定是增加的，由磁通量定义可知，选项A正确。

答案　A

11.（2017·台州高二检测）如图10所示，光滑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间向下移动（不到达该平面），a、b将如何移动（　　）

图10

A.a、b将相互远离

B.a、b将相互靠近

C.a、b将不动

D.无法判断

解析　条形磁铁向下移动的过程中，穿过每个导体环的磁通量都有增大的趋势。

由于导体环面积不可改变，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，选项A正确。

答案　A

二、非选择题

12.如图11所示，在水平桌面上有一金属圆环，当用一条形磁铁由上向下插向圆环时，试问：

图11

（1）圆环对桌面的压力怎样变化？

（2）圆环有收缩的趋势还是扩张的趋势？

解析　

（1）根据楞次定律的推广含义“来拒去留”，圆环与磁铁之间相互排斥，从而使圆环对桌面的压力变大。

（2）根据楞次定律的推广含义“增缩减扩”，磁铁插向圆环时，穿过圆环的磁通量增加，所以圆环有收缩的趋势。

答案　

（1）压力变大　

（2）收缩趋势

13.如图12所示，在两根平行长直导线M、N中，通以同方向同大小的电流，导线框abcd和两导线在同一平面内，线框沿着与两导线垂直的方向，自右向左在两导线间匀速运动，在移动过程中，线框中感应电流方向是怎样的？

图12

解析　如图所示，线框在两电流中线OO′的右侧时，穿过线框的合磁场垂直纸面向外，线框左移，磁通量变小，为阻碍这个方向的磁通量减小，感应电流的磁场方向也垂直纸面向外，所以感应电流的方向就是abcd。

当线框跨越两电流中线OO′时，线框的合磁通量由穿出变为穿进，且合磁通量增加，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，即垂直纸面向外，所以感应电流还是abcd。

答案　始终是abcd