高中物理第四章电磁感应第3节楞次定律教学案新人教版选修32.docx

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高中物理第四章电磁感应第3节楞次定律教学案新人教版选修32

第3节楞次定律

1.楞次定律的内容是：

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．楞次定律可广义地表述为：

感应电流的“效果”总是要反抗（或阻碍）引起感应电流的“原因”，常见的有三种：

①阻碍原磁通量的变化（“增反减同”）；

②阻碍导体的相对运动（“来拒去留”）；

③通过改变线圈面积来“反抗”（“增缩减扩”）。

3．闭合导体回路的一部分做切割磁感线运动时，可用右手定则判断感应电流的方向。

一、楞次定律

1．探究感应电流的方向

（1）实验器材：

条形磁铁、电流表、线圈、导线、一节干电池（用来查明线圈中电流的流向与电流表中指针偏转方向的关系）。

（2）实验现象：

如图431所示，在四种情况下，将实验结果填入下表。

图431

①线圈内磁通量增加时的情况

图号

磁场方向

感应电流的方向

感应电流的磁场方向

甲

向下

逆时针（俯视）

向上

乙

向上

顺时针（俯视）

向下

②线圈内磁通量减少时的情况

图号

磁场方向

感应电流的方向

感应电流的磁场方向

丙

向下

顺时针（俯视）

向下

丁

向上

逆时针（俯视）

向上

（3）实验结论

表述一：

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；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。

表述二：

当磁铁靠近线圈时，两者相斥；当磁铁远离线圈时，两者相吸。

2．楞次定律

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。

二、右手定则

1．内容

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。

如图432所示。

图432

2．适用范围

适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。

1．自主思考——判一判

（1）感应电流的磁场总与原磁场方向相反。

（×）

（2）感应电流的磁场总是阻碍原磁场的磁通量。

（×）

（3）感应电流的磁场有可能阻止原磁通量的变化。

（×）

（4）导体棒不垂直切割磁感线时，也可以用右手定则判断感应电流方向。

（√）

（5）凡可以用右手定则判断感应电流方向的，均能用楞次定律判断。

（√）

（6）右手定则即右手螺旋定则。

（×）

2．合作探究——议一议

（1）楞次定律中“阻碍”与“阻止”有何区别？

提示：

阻碍不是阻止，阻碍只是延缓了磁通量的变化，但这种变化仍将继续进行。

（2）当线圈和磁场发生相对运动而引起感应电流时，感应电流的效果是阻碍线圈或磁场的运动吗？

提示：

感应电流阻碍线圈与磁场间的相对运动。

（3）左手定则和右手定则中“四指所指的方向”表示的物理意义一样吗？

提示：

左手定则中“四指所指的方向”为已知电流的方向，右手定则中“四指所指的方向”表示感应电流的方向。

用楞次定律判断感应电流的方向

1．因果关系

闭合导体回路中原磁通量的变化是产生感应电流的原因，而感应电流的磁场的产生是感应电流存在的结果，即只有当闭合导体回路中的磁通量发生变化时，才会有感应电流的磁场出现。

2．楞次定律中“阻碍”的含义

[典例]　电阻R、电容C与一线圈连成闭合电路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图433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433

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

[思路点拨]　

[解析]　在磁体自由下落，N极接近线圈上端的过程中，通过线圈的磁通量方向向下且在增大，根据楞次定律可判断出线圈中感应电流的磁场方向向上，利用安培定则可判知线圈中感应电流方向为逆时针绕向（由上向下看），流过R的电流方向从b到a，电容器下极板带正电。

选项D正确。

[答案]　D

楞次定律的使用步骤

1.如图434所示，闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在匀强磁场中，将它从匀强磁场中匀速拉出，以下各种说法中正确的是（　　）

图434

A．向左和向右拉出时，环中感应电流方向相反

B．向左和向右拉出时，环中感应电流方向都是沿顺时针方向

C．向左和向右拉出时，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：

选B　向左和向右拉出时，磁通量都减少，根据楞次定律，感应电流的磁场与原磁场同向，由安培定则知感应电流为顺时针，B正确，A、C错误；当环全部处在磁场中运动时，磁通量不变，环中无感应电流产生，D错误。

2.（多选）如图435所示，足够长的通电导线旁边同一平面有矩形线圈abcd，则（　　）

图435

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：

选BD　根据安培定则知，线圈所在处的磁场垂直纸面向里，当线圈向右平动、以ad边为轴转动时，磁通量减少，感应电流产生的磁场与原磁场同向，感应电流方向为a→d→c→b，A、C错误；若线圈竖直向下平动，无感应电流产生，B正确；若线圈向导线靠近时，磁通量增加，感应电流产生的磁场与原磁场反向，垂直纸面向外，感应电流方向为a→b→c→d，D正确。

3.如图436所示，当磁场的磁感应强度B增强时，内、外金属环上的感应电流的方向应为（　　）

图436

A．内环顺时针，外环逆时针

B．外环顺时针，内环逆时针

C．内、外环均为顺时针

D．内、外环均为逆时针

解析：

选A　当磁场增强时，根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍原磁场的增强，其方向必然与正在增强的磁场方向相反，即垂直纸面向外，再应用安培定则可得，回路中的感应电流方向为：

外环逆时针，内环顺时针，正确选项为A。

右手定则的应用

[典例]　（多选）如图437所示，光滑平行金属导轨PP′和QQ′处于同一水平面内，

图437

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，下列关于导体棒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（　　）

A．感应电流的方向是N→M

B．感应电流的方向是M→N

C．安培力水平向左

D．安培力水平向右

[思路点拨]　本题可按以下思路进行分析：

[解析]　以导体棒为研究对象，导体棒所处位置磁场的方向向下，运动方向向右，根据右手定则可知，导体棒中感应电流的方向是N→M，再根据左手定则可知，导体棒所受安培力的方向水平向左，选项A、C正确。

[答案]　AC

“三定则一定律”的比较

适用的基本物理现象

应用的定则或定律

判断电流（运动电荷）产生的磁场的方向

安培定则

判断安培力、洛伦兹力的方向

左手定则

判断闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时产生的感应电流的方向

右手定则

判断穿过闭合电路的磁通量发生变化时产生的感应电流的方向

楞次定律

1.（多选）如图438所示，导体ab、cd可在水平轨道上自由滑动，且两水平轨道在中央交叉处互不相通。

当导体棒ab向左移动时（　　）

图438

A．ab中感应电流的方向为a到b

B．ab中感应电流的方向为b到a

C．cd向左移动

D．cd向右移动

解析：

选AD　由右手定则可判断ab中感应电流方向为从a到b，从而cd中电流方向为从c到d，根据左手定则可判定导体cd中安培力方向水平向右，即向右移动，A、D正确。

2.一个闭合金属线框的两边接有电阻R1、R2，线框上垂直放置一根金属棒ab，棒与线框接触良好，整个装置放在匀强磁场中，如图439所示。

当用外力使ab棒右移时，下列判断中正确的是（　　）

图439

A．穿过线框的磁通量不变，框内没有感应电流

B．框内有感应电流，电流方向沿顺时针方向绕行

C．框内有感应电流，电流方向沿逆时针方向绕行

D．框内有感应电流，左半边逆时针方向绕行，右半边顺时针方向绕行

解析：

选D　ab棒右移时，切割磁感线。

根据右手定则，ab棒中的感应电流方向从a流向b。

此时ab棒起着电源的作用，分别对两边电阻供电，如图所示，所以流过R1、R2的电流都由上而下地绕行。

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

解析：

选C　由楞次定律可知，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化，并不是阻碍原磁场的磁通量，感应电流的磁场可能与原磁场的方向相同，也可与原磁场方向相反，故选项C正确。

2.如图1所示，一根条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中，环中的感应电流（自左向右看）（　　）

图1

A．沿顺时针方向

B．先沿顺时针方向后沿逆时针方向

C．沿逆时针方向

D．先沿逆时针方向后沿顺时针方向

解析：

选C　条形磁铁从左向右靠近闭合金属环的过程中，向右的磁通量一直增加，根据楞次定律，环中的感应电流（自左向右看）为逆时针方向，C对。

3.某磁场磁感线如图2所示，有一铜线圈自图示a处落至b处，在下落过程中，自上向下看，线圈中的感应电流方向是（　　）

图2

A．始终顺时针

B．始终逆时针

C．先顺时针再逆时针

D．先逆时针再顺时针

解析：

选C　自a点落至图示位置时，穿过线圈的磁通量增加，由楞次定律判断知线圈中感应电流方向为顺时针，自图示位置落至b点时，穿过线圈的磁通量减少，由楞次定律判断知，线圈中感应电流方向为逆时针，C项正确。

4．（多选）两根互相平行的金属导轨水平放置于如图3所示的匀强磁场中，在导轨上导体棒ab和cd可以自由滑动。

当ab在外力F作用下向右运动时，下列说法正确的是（　　）

图3

A．cd内有电流通过，方向是d→c

B．cd向左运动

C．磁场对cd作用力向左

D．磁场对ab作用力向左

解析：

选AD　为了判断cd内电流方向，首先判断ab内的电流方向，因为ab在外力F作用下向右做切割磁感线运动，根据右手定则判断可知电流的方向是b→a，ab起着电源作用，电流从a端流出，回路的电流方向是b→a→d→c→b，所以A是对的。

由左手定则可知D是正确的。

5．（多选）信用卡的磁条中有一个个连续的相反极性的磁化区如图4所示。

刷卡时，当磁条以某一速度拉过信用卡阅读器的检测头时，在检测头的线圈中产生感应电流，那么下列说法正确的是（　　）

图4

A．a、b、c三位置经过检测头时，线圈中有感应电流产生

B．a、b、c三位置经过检测头时，线圈中无感应电流产生

C．a、c两位置经过检测头时，线圈中感应电流方向相同

D．a、c两位置经过检测头时，线圈中感应电流方向相反

解析：

选AD　a、b、c三位置处于磁性过渡区，经过检测头时，引起线圈中磁通量变化，有感应电流产生，A对B错。

a、c两位置磁性变化规律不同，经过检测头时引起线圈中磁通量变化情况相反，感应电流方向相反，C错D对。

6.如图5所示，金属棒ab、金属导轨和螺线管组成闭合回路，金属棒ab在匀强磁场B中沿导轨向右运动，则（　　）

图5

A．ab棒不受安培力作用

B．ab棒所受安培力的方向向右

C．ab棒中感应电流的方向由b到a

D．螺线管产生的磁场，A端为N极

解析：

选C　金属棒ab沿导轨向右运动时，所受安培力方向向左，以“阻碍”其运动，A、B错误。

根据右手定则可知，流过金属棒ab的感应电流的方向是从b流向a，所以流过螺线管的电流方向是从A端到达B端，根据右手螺旋定则可知，螺线管的A端为S极，C正确、D错误。

7.如图6所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个金属导体棒ab，有一个磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道平面，且与竖直方向的夹角为θ。

在下列各过程中，一定能在轨道回路里产生感应电流的是（　　）

图6

A．ab向右运动，同时使θ减小

B．使磁感应强度B减小，θ角同时也减小

C．ab向左运动，同时增大磁感应强度B

D．ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角（0°＜θ＜90°）

解析：

选A　依题意，磁通量Φ＝BScosθ，对于A选项，棒向右运动，S增大，同时θ减小，cosθ增大，则Φ一定增大，回路中有感应电流；对于B选项，B减小，同时θ减小，cosθ增大，Φ可能不变，不一定产生感应电流；对于C选项，棒向左运动，S减小，同时B增大，Φ可能不变，也不一定产生感应电流；对于D选项，棒向右运动，S增大，同时B增大，θ增大即cosθ减小，Φ可能不变，也不一定产生感应电流。

8.如图7所示，一铝制导体圆环竖直固定在水平光滑杆ab上，当把条形磁铁的N极向左插向圆环时，圆环中产生的感应电流方向如何？

如果把条形磁铁从圆环中向右抽出时，圆环中产生的感应电流方向又如何呢？

图7

解析：

当条形磁铁的N极向左插向圆环时，穿过圆环的磁通量逐渐增加，圆环产生感应电流。

感应电流的磁场要阻碍引起感应电流的磁通量的增加，故感应电流的磁场方向向右，用安培定则可判定感应电流的方向为：

从右向左看为逆时针方向。

若条形磁铁从圆环中向右抽出时，穿过圆环的磁通量逐渐减少，圆环产生感应电流。

感应电流的磁场要阻碍引起感应电流的磁通量的减少，感应电流的磁场方向向左，用安培定则可判定感应电流的方向为：

从右向左看为顺时针方向。

答案：

见解析

9.如图8所示，圆形金属环放在水平桌面上，有一带正电的微粒以水平速度v贴近环的上表面距环心d处飞过，则带电微粒在飞过环的过程中，环中感应电流方向是（　　）

图8

A．始终是沿顺时针方向

B．始终是沿逆时针方向

C．先沿顺时针方向，再沿逆时针方向

D．先沿逆时针方向，再沿顺时针方向

解析：

选D　带电微粒靠近圆环过程中，穿过圆环的磁通量方向垂直纸面向里并增加，由楞次定律知，圆环中将产生逆时针方向的感应电流，当微粒远离圆环时，圆环中产生顺时针方向的感应电流。

10．（多选）如图9所示，导线框MNQP近旁有一个跟它在同一竖直平面内的矩形线圈abcd，下列说法正确的是（　　）

图9

A．当电阻变大时，abcd中有感应电流

B．当电阻变小时，abcd中无感应电流

C．电阻不变，将abcd在其原来所在的平面内向PQ靠近时，其中有感应电流

D．电阻不变，将abcd在其原来所在的平面内远离PQ时，其中有感应电流

解析：

选ACD　当电阻变化或abcd靠近、远离PQ时，穿过abcd的磁通量发生变化，会产生感应电流。

11．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10所示方式连接。

在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，电流计指针向右偏转。

由此可以推断（　　）

图10

A．线圈A向上移动或滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动，都能引起电流计指针向左偏转

B．线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流计指针向右偏转

C．滑动变阻器的滑动端P匀速向左或匀速向右滑动，都能使电流计指针静止在中央

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：

选B　本题重点考查学生对实验现象的综合分析能力，关键是找到电流计指针向右偏转的原因是线圈B中磁通量的减小。

滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，线圈A中电流减小，线圈B中的磁通量减小，闭合电路中产生感应电流，电流表指针向右偏转。

当线圈A中的铁芯向上拔出或断开开关时，线圈B中的磁通量均减小，电流计指针均向右偏转，故选B。

12．如图11所示的器材可用来研究电磁感应现象及判定感应电流的方向。

图11

（1）在给出的实物图中，用实线作为导线将实验仪器连成实验电路。

（2）将线圈L1插入L2中，合上开关，能使感应电流与原电流的绕行方向相同的方法是（　　）

A．插入软铁棒

B．拔出线圈L1

C．使变阻器连入电路中的阻值变大

D．断开开关

解析：

（1）实物连接如图所示。

（2）实验结果要使感应电流与原电流的绕行方向相同，必须使线圈L2中的磁通量减少，故正确选项是B、C、D。

答案：

见解析