高中物理第四章电磁感应3楞次定律学案新人教版选修32.docx

高中物理第四章电磁感应3楞次定律学案新人教版选修32.docx

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高中物理第四章电磁感应3楞次定律学案新人教版选修32

3楞次定律

[目标定位]　1.理解楞次定律的内容，并应用楞次定律判定感应电流的方向.2.通过实验探究，感受楞次定律的实验推导过程，培养观察实验，分析、归纳、总结物理规律的能力.3.掌握右手定则，并理解右手定则实际上是楞次定律的一种表现形式.

一、探究感应电流的方向

1.实验探究

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

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

逆时针（俯视）

顺时针（俯视）

顺时针（俯视）

逆时针（俯视）

感应电流的磁场方向

向上

向下

向下

向上

原磁场与感应电流的磁场方向的关系

相反

相同

相反

相同

深度思考

感应电流的磁场与原磁场的方向，是相同还是相反？

感应电流的磁场起到什么作用？

答案　当磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同.感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化.

例1　如图2所示，是“研究电磁感应现象”的实验装置.

图2

（1）将实物电路中所缺的导线补充完整.

（2）如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么闭合开关后，将线圈L1迅速插入线圈L2中，灵敏电流计的指针将________偏转.（选填“向左”“向右”或“不”）

（3）线圈L1插入线圈L2后，将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时，灵敏电流计的指针将________偏转.（选填“向左”“向右”或“不”）

解析　

（1）补充的实物电路如图所示.

（2）已知闭合开关瞬间，线圈L2中的磁通量增加，产生的感应电流使灵敏电流计的指针向右偏转.当开关闭合后，将线圈L1迅速插入线圈L2中时，线圈L2中的磁通量增加，由已知条件可知产生的感应电流也应使灵敏电流计的指针向右偏转.

（3）滑动变阻器的滑片迅速向右移动，线圈L1中的电流变小，线圈L2中的磁场方向不变，磁通量减少，则灵敏电流计的指针向左偏转.

答案　

（1）见解析图　

（2）向右　（3）向左

在“研究电磁感应现象”的实验中，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.

二、楞次定律

1.楞次定律

（1）内容：

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.

（2）简化表述：

增反减同

（3）适用情况：

所有电磁感应现象.

2.楞次定律的理解

（1）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

→

↓

→

↓

→当磁通量增加时，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”

↓

→

深度思考

（1）“阻碍”是否意味着“相反”.

（2）“阻碍”与“阻止”的意思相同吗？

答案　

（1）“阻碍”并不意味着“相反”，当磁通量减少时，“阻碍”意味着“相同”.

（2）不相同，“阻碍”不是“阻止”，二者之间的程度不同.阻碍是使事情不能顺利发展，但还是向原来的方向发展了；阻止是使事情停止，不再向原来的方向发展了.

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：

感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，故选D.

答案　D

例3　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，将磁铁从线圈上方插入或抽出，由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，其中正确的是（　　）

解析　根据楞次定律可确定感应电流的方向：

以C选项为例，当磁铁向下运动时：

（1）闭合线圈中的原磁场的方向——向上；

（2）穿过闭合线圈的磁通量的变化——增加；（3）感应电流产生的磁场方向——向下；（4）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，磁铁与线圈相互排斥.运用以上分析方法可知，C、D正确.

答案　CD

应用楞次定律判断感应电流方向的步骤：

三、右手定则

1.当导体做切割磁感线运动时，可以用右手定则判断感应电流的方向.

右手定则：

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.

2.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（注意等效电源内部感应电流方向由负极指向正极）.

深度思考

（1）右手定则与楞次定律有什么关系？

两定律各在什么情况下使用较方便？

（2）什么情况下应用右手定则，什么情况下应用左手定则？

答案　

（1）导体运动切割磁感线产生感应电流是磁通量变化引起感应电流的特例，所以右手定则是楞次定律的特例.

①楞次定律适用于所有电磁感应现象，对于磁感应强度B随时间t变化而产生的电磁感应现象较方便.

②右手定则只适用于导体做切割磁感线运动的情况.

（2）因动而生电时用右手定则；

因电而受力时用左手定则.

例4　下图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，其中能产生由a到b的感应电流的是（　　）

解析　由右手定则判知，A中感应电流方向为a→b，B、C、D中均为b→a.

答案　A

闭合电路的一部分导体切割磁感线时，应用右手定则比较方便.

1.（楞次定律的应用）电阻R、电容C与一线圈连成闭合回路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图3所示.现使磁铁开始自由下落，在N极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是（　　）

图3

A.从a到b，上极板带正电

B.从a到b，下极板带正电

C.从b到a，上极板带正电

D.从b到a，下极板带正电

答案　B

解析　穿过线圈的磁场方向向下，磁铁接近时，线圈中磁通量增加，由楞次定律知，产生感应电流的磁场方向向上，由安培定则可知，流过R的电流方向是从a到b，a电势高于b，对电容器充电，故电容器下极板带正电，B正确.

2.（楞次定律的应用）（多选）如图4所示，通电直导线L和平行直导线放置的闭合导体框abcd，当通电导线L运动时，以下说法正确的是（　　）

图4

A.当导线L向左平移时，导体框abcd中感应电流的方向为abcda

B.当导线L向左平移时，导体框abcd中感应电流的方向为adcba

C.当导线L向右平移时，导体框abcd中感应电流的方向为abcda

D.当导线L向右平移时，导体框abcd中感应电流的方向为adcba

答案　AD

解析　当导线L向左平移时，闭合导体框abcd中磁场减弱，磁通量减少，abcd回路中产生的感应电流的磁场将阻碍磁通量的减少，由于导线L在abcd中磁场方向垂直纸面向里，所以abcd中感应电流的磁场方向应为垂直纸面向里，由安培定则可知感应电流的方向为abcda，选项A正确；当导线L向右平移时，闭合电路abcd中磁场增强，磁通量增加，abcd回路中产生的感应电流的磁场将阻碍磁通量的增加，可知感应电流的磁场为垂直纸面向外，再由安培定则可知感应电流的方向为adcba，选项D正确.

3.（右手定则的应用）如图5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5

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，左侧的电流方向为顺时针，选D.

4.（右手定则的应用）（多选）如图6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中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是（　　）

图6

A.感应电流方向是N→M

B.感应电流方向是M→N

C.安培力方向水平向左

D.安培力方向水平向右

答案　AC

解析　方法1：

由右手定则知，MN中感应电流方向是N→M，再由左手定则可判知，MN所受安培力方向垂直导体棒水平向左.

方法2：

由楞次定律知，本题中感应电流是由于MN相对于磁场向右运动引起的，则安培力必然阻碍这种相对运动，由安培力方向既垂直于电流方向又垂直于磁场方向可判知，MN所受安培力方向垂直于MN水平向左，再由右手定则，判断出感应电流的方向是N→M.故选A、C.

题组一　对楞次定律的理解和应用

1.根据楞次定律知，感应电流的磁场一定是（　　）

A.阻碍引起感应电流的磁通量

B.与引起感应电流的磁场方向相反

C.阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化

D.与引起感应电流的磁场方向相同

答案　C

解析　感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化.

2.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

答案　D

解析　条形磁铁进入线圈的过程中：

①确定原磁场的方向：

条形磁铁在穿入线圈的过程中，磁场方向向下.②明确闭合回路中磁通量变化的情况：

向下的磁通量增加.③由楞次定律的“增反减同”可知：

线圈中的感应电流产生的磁场方向向上.④应用安培定则可以判断感应电流的方向为逆时针（俯视），即：

电流的方向从b→G→a.同理可以判断出条形磁铁穿出线圈的过程中，向下的磁通量减少，由楞次定律可得：

线圈中将产生顺时针方向的感应电流（俯视），即：

电流的方向从a→G→b.

3.1931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设计了一个寻找磁单极子的实验.他设想，如果一个只有S极的磁单极子从上向下穿过如图2所示的超导线圈，那么从上向下看，超导线圈的感应电流是（　　）

图2

A.先顺时针方向，后逆时针方向的感应电流

B.先逆时针方向，后顺时针方向的感应电流

C.顺时针方向持续流动的感应电流

D.逆时针方向持续流动的感应电流

答案　C

解析　S磁单极子靠近超导线圈时，线圈中磁通量向上增加，由楞次定律可以判断，从上向下看感应电流为顺时针方向；当S磁单极子远离超导线圈时，线圈中磁通量向下减少，感应电流方向仍为顺时针方向，C正确.

4.1831年法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路，B线圈与开关S、电流表G组成另一个回路，如图3所示.通过多次实验，法拉第终于总结出产生感应电流的条件.关于该实验，下列说法正确的是（　　）

图3

A.闭合开关S的瞬间，电流表G中有a→b的感应电流

B.闭合开关S的瞬间，电流表G中有b→a的感应电流

C.闭合开关S后，在增大电阻R