高中物理 44 习题课 楞次定律的应用学案 新人教版选修32Word格式.docx
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(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流动
B.沿dcba流动
C.先沿abcd流动,后沿dcba流动
D.先沿dcba流动,后沿abcd流动
解析 由条形磁铁的磁场可知,线圈在位置Ⅱ时穿过闭合线圈的磁通量最少,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.
答案 A
二、“来拒去留”法
导体与磁场相对运动产生电磁感应现象时,产生的感应电流的导体受到磁场的安培力,这个安培力会“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
解析 本题可由两种方法来解决:
方法1:
画出磁铁的磁感线分布,如图甲所示,当磁铁向铜环运动时,穿过铜环的磁通量增加,由楞次定律判断出铜环中的感应电流方向如图甲所示.分析铜环受安培力作用而运动时,可把铜环中的电流等效为多段直线电流元.取上、下两小段电流元作为研究对象.由左手定则确定两段电流元的受力,由此可推断出整个铜环所受合力向右,则A选项正确.
方法2(等效法):
磁铁向右运动,使铜环产生的感应电流可等效为图乙所示的条形磁铁,两磁铁有排斥作用,故A正确.
三、“增缩减扩”法
当闭合电路中有感应电流产生时,闭合电路的各部分导线就会受到安培力作用,会使闭合电路的面积有变化(或有变化趋势).
(1)若原磁通量增加,则通过减小有效面积起到阻碍的作用.
(2)若原磁通量减小,则通过增大有效面积起到阻碍的作用.
口诀记为“增缩减扩”.
温馨提示:
本方法适用于磁感线单方向穿过闭合回路的情况.
例3 如图3所示,在载流直导线近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,在导轨上有两可自由滑动的导体ab和cd.当载流直导线中的电流逐渐增强时,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
解析 由于ab和cd电流方向相反,所以两导体运动方向一定相反,排除选项A、B;
当载流直导线中的电流逐渐增强时,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,达到阻碍磁通量增加的目的,故选C.
答案 C
四、“增离减靠”法
发生电磁感应现象时,通过什么方式来“阻碍”原磁通量的变化要根据具体情况而定.可能是阻碍导体的相对运动,也可能是改变线圈的有效面积,还可能是通过远离或靠近变化的磁场源来阻碍原磁通量的变化,即:
(1)若原磁通量增加,则通过远离磁场源起到阻碍的作用.
(2)若原磁通量减小,则通过靠近磁场源起到阻碍的作用.
口诀记为“增离减靠”.
例4 一长直铁芯上绕有一固定线圈M,铁芯右端与一木质圆柱密接,木质圆柱上套有一闭合金属环N,N可在木质圆柱上无摩擦移动,M连接在如图4所示的电路中,其中R为滑动变阻器,E1和E2为直流电源,S为单刀双掷开关,下列情况中,可观测到N向左运动的是( )
图4
A.在S断开的情况下,S向a闭合的瞬间
B.在S断开的情况下,S向b闭合的瞬间
C.在S已向a闭合的情况下,将R的滑片向c端移动时
D.在S已向a闭合的情况下,将R的滑片向d端移动时
解析 金属环N向左运动,说明穿过N的磁通量在减小,说明线圈M中的电流在减小,只有选项C符合.
五、安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的区别
1.右手定则是楞次定律的特殊情况
(1)楞次定律的研究对象为整个闭合导体回路,适用于磁通量变化引起感应电流的各种情况.
(2)右手定则的研究对象为闭合导体回路的一部分,适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动.
2.区别安培定则、左手定则、右手定则的关键是抓住因果关系
(1)因电而生磁(I→B)→安培定则.(判断电流周围磁感线的方向)
(2)因动而生电(v、B→I感)→右手定则.(导体切割磁感线产生感应电流)
(3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则.(磁场对电流有作用力)
例5 如图5所示,导轨间的磁场方向垂直于纸面向里,当导线MN在导轨上水平向右加速滑动时,正对电磁铁A的圆形金属环B中(导体棒切割磁感线速度越大,感应电流越大)( )
图5
A.有感应电流,且B被A吸引
B.无感应电流
C.可能有,也可能没有感应电流
D.有感应电流,且B被A排斥
解析 MN向右加速滑动,根据右手定则,MN中的电流方向从N→M,且大小在逐渐变大,根据安培定则知,电磁铁A的磁场方向水平向左,且大小逐渐增强,根据楞次定律知,B环中的感应电流产生的磁场方向水平向右,B被A排斥.D正确,A、B、C错误.
答案 D
“增反减同”法
1.1931年,英国物理学家狄拉克从理论上预言:
存在只有一个磁极的粒子,即“磁单极子”.1982年,美国物理学家卡布莱拉设计了一个寻找磁单极子的实验.他设想,如果一个只有N极的磁单极子从上向下穿过如图6所示的超导线圈,那么,从上向下看,超导线圈将出现( )
图6
A.先有逆时针方向的感应电流,然后有顺时针方向的感应电流
B.先有顺时针方向的感应电流,然后有逆时针方向的感应电流
C.始终有顺时针方向持续流动的感应电流
D.始终有逆时针方向持续流动的感应电流
解析 在磁单极子运动的过程中,当磁单极子位于超导线圈上方时,原磁场的方向向下,磁通量增加,则感应电流的磁场方向向上,由安培定则可知,产生逆时针(俯视)方向的感应电流;
当磁单极子位于超导线圈下方时,原磁场的方向向上,磁通量减小,则感应电流的磁场方向向上,由安培定则可知,产生逆时针(俯视)方向的感应电流.故选项D正确.
“来拒去留”法
2.如图7所示,甲是闭合铜线框,乙是有缺口的铜线框,丙是闭合的塑料线框,它们的正下方都放置一薄强磁铁,现将甲、乙、丙移至相同高度H处同时释放(各线框下落过程中不翻转),则以下说法正确的是( )
图7
A.三者同时落地
B.甲、乙同时落地,丙后落地
C.甲、丙同时落地,乙后落地
D.乙、丙同时落地,甲后落地
解析 在下落过程中,闭合铜线框中产生感应电流,由“来拒去留”可知,答案选D.
“增缩减扩”法
3.如图8所示,一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方,直导线与圆环在同一竖直面内,当通电直导线中电流增大时,弹性圆环的面积S和橡皮绳的长度l将( )
图8
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
解析 当通电直导线中电流增大时,穿过金属圆环的磁通量增大,金属圆环中产生感应电流.根据楞次定律可知,感应电流要阻碍磁通量的增大:
一是用缩小面积的方式进行阻碍;
二是用远离通电直导线的方法进行阻碍,故D正确.
“增离减靠”法
4.如图9所示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9
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已经是闭合的时,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.
“一定律三定则”的综合应用
5.如图10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10
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不正确;
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是正确的;
同理可判断选项B是正确的,选项D是错误的.
(时间:
60分钟)
题组一 “增反减同”法
1.如图1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( )
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
解析 当条形磁铁进入螺线管时,闭合螺线管中的磁通量增加,当穿出时,磁通量减少,由楞次定律可知C正确.
2.长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动,如图2甲所示.长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的电流,i-t图象如图乙所示.规定沿长直导线方向向上的电流为正方向.关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方向,下列说法正确的是( )
A.由顺时针方向变为逆时针方向
B.由逆时针方向变为顺时针方向
C.由顺时针方向变为逆时针方向,再变为顺时针方向
D.由逆时针方向变为顺时针方向,再变为逆时针方向
解析 将一个周期分为四个阶段,对全过程的分析列表如下:
时间段
长直导线中电流
线框中磁通量
感应电流的磁场
感应电流的方向
0~
向上,逐渐变大
向纸里、变大
垂直纸面向外
逆时针方向
~
向上,逐渐变小
向纸里、变小
垂直纸面向里
顺时针方向
向下,逐渐变大
向纸外、变大
~T
向下,逐渐变小
向纸外、变小
看上表的最后一列,可知选项D正确.
题组二 “来拒去留”法
3.如图3所示,老师做了一个物理小实验让学生观察:
一轻质横杆两侧各固定一金属环,横杆可绕中心点自由转动,老师拿一条形磁铁插向其中一个小环,后又取出插向另一个小环,同学们看到的现象是( )
图