2017-2018學年高中創(chuàng)新設計物理教科版選修3-2學案：第一章 習題課（一） 愣次定律的應用

學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精學必求其心得，業(yè)必貴于專精[目標定位]1.應用楞次定律判斷感應電流的方向。2。理解安培定則、左手定則、右手定則和楞次定律的區(qū)別。一、楞次定律的基本應用1.楞次定律感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。2。應用楞次定律判斷感應電流方向的一般步驟(1)明確所研究的閉合電路,判斷原磁場的方向;(2)判斷閉合電路內(nèi)原磁場的磁通量的變化情況；（3)由楞次定律判斷感應電流的磁場方向；(4）由安培定則根據(jù)感應電流的磁場方向，判斷出感應電流的方向.圖1例1如圖1所示，一水平放置的矩形閉合線框abcd在細長磁鐵的N極附近豎直下落，保持bc邊在紙外，ad邊在紙內(nèi)，由圖中位置Ⅰ經(jīng)過位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ,這個過程中線框的感應電流(）A。沿abcd流動B.沿dcba流動C。先沿abcd流動，后沿dcba流動D.先沿dcba流動,后沿abcd流動解析由條形磁鐵的磁場可知，線框在位置Ⅱ時穿過閉合線框的磁通量最少，為零，線框從位置Ⅰ到位置Ⅱ，從下向上穿過線框的磁通量在減少，線框從位置Ⅱ到位置Ⅲ，從上向下穿過線框的磁通量在增加,根據(jù)楞次定律可知感應電流的方向是abcd。答案A感應電流的磁場，總是阻礙引起感應電流的磁通量原磁場磁通量的變化。1當原磁場磁通量增加時,感應電流的磁場與原磁場方向相反。2當原磁場磁通量減少時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相同.口訣記為“增反減同”.二、楞次定律的拓展應用例2如圖2所示，當磁鐵突然向銅環(huán)運動時，銅環(huán)的運動情況是(）圖2A.向右擺動 B。向左擺動C。靜止 D。無法判定解析本題可用兩種方法來解決:方法1:畫出磁鐵的磁感線分布，如圖甲所示,當磁鐵向銅環(huán)運動時，穿過銅環(huán)的磁通量增加，由楞次定律判斷出銅環(huán)中的感應電流方向如圖甲所示。分析銅環(huán)受安培力作用而運動時，可把銅環(huán)中的電流等效為多段直線電流元.取上、下兩小段電流元作為研究對象.由左手定則確定兩段電流元的受力，由此可推斷出整個銅環(huán)所受合力向右，則A選項正確。方法2(等效法）：磁鐵向右運動，使銅環(huán)產(chǎn)生的感應電流可等效為圖乙所示的條形磁鐵，兩磁鐵有排斥作用，故A正確。答案A導體與磁場相對運動產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象時，產(chǎn)生的感應電流的導體受到磁場的安培力，這個安培力會“阻礙”相對運動，口訣記為“來拒去留”.例3如圖3所示，兩個閉合金屬圓環(huán)1和2的圓心重合,放在同一平面內(nèi)．當圓環(huán)1中通以順時針方向的電流，且電流逐漸增強時，對于圓環(huán)2的說法正確的是(）圖3A．穿過圓環(huán)2的磁通量變大,而且圓環(huán)2有收縮的趨勢B．穿過圓環(huán)2的磁通量變大,而且圓環(huán)2有擴張的趨勢C．穿過圓環(huán)2的磁通量變小，而且圓環(huán)2有收縮的趨勢D．穿過圓環(huán)2的磁通量變小,而且圓環(huán)2有擴張的趨勢解析當圓環(huán)1中通以順時針方向的電流,且電流逐漸增強時，則穿過圓環(huán)2的磁通量變大，根據(jù)楞次定律,圓環(huán)2中產(chǎn)生的感生電流的磁場阻礙磁通量的增加，所以圓環(huán)2有擴張使面積增加的趨勢，選項B正確．答案B當閉合電路中有感應電流產(chǎn)生時，閉合電路的各部分導體就會受到安培力作用，會使閉合電路的面積有變化(或有變化趨勢）。（1)若原磁通量增加，則通過減小有效面積起到阻礙的作用.（2)若原磁通量減少，則通過增大有效面積起到阻礙的作用?？谠E記為“增縮減擴”.溫馨提示：本方法適用于磁感線單方向穿過閉合回路的情況.例4一長直鐵芯上繞有一固定線圈M,鐵芯右端與一木質圓柱密接，木質圓柱上套有一閉合金屬環(huán)N，N可在木質圓柱上無摩擦移動，M連接在如圖4所示的電路中,其中R為滑動變阻器，E1和E2為直流電源,S為單刀雙擲開關，下列情況中，可觀測到N向左運動的是()圖4A.在S斷開的情況下,S向a閉合的瞬間B。在S斷開的情況下，S向b閉合的瞬間C。在S已向a閉合的情況下，將R的滑片向c端移動時D。在S已向a閉合的情況下，將R的滑片向d端移動時解析金屬環(huán)N向左運動，說明穿過N的磁通量在減少，說明線圈M中的電流在減少，只有選項C符合。答案C發(fā)生電磁感應現(xiàn)象時，通過什么方式來“阻礙”原磁通量的變化要根據(jù)具體情況而定?？赡苁亲璧K導體的相對運動,也可能是改變線圈的有效面積，還可能是通過遠離或靠近變化的磁場源來阻礙原磁通量的變化，即：1若原磁通量增加,則通過遠離磁場源起到阻礙的作用。2若原磁通量減少，則通過靠近磁場源起到阻礙的作用.口訣記為“增離減靠"。三、安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的區(qū)別例5如圖5所示裝置中,cd桿光滑且原來靜止。當ab桿做如下哪些運動時，cd桿將向右移動（）圖5A。向右勻速運動 B。向右加速運動C。向左加速運動 D.向左減速運動解析ab勻速運動時，ab中感應電流恒定,L1中磁通量不變，穿過L2的磁通量不變，L2中無感應電流產(chǎn)生，cd桿保持靜止,A不正確；ab向右加速運動時，L2中的磁通量向下增加，由楞次定律知L2中感應電流產(chǎn)生的磁場方向向上，故通過cd的電流方向向下，cd向右移動，B正確；同理可得C錯誤，D正確.答案BD（1)右手定則是楞次定律的特殊情況①楞次定律的研究對象為整個閉合導體回路，適用于磁通量變化引起感應電流的所有情況。②右手定則的研究對象為閉合導體回路的一部分，僅適用于一段導體在磁場中做切割磁感線運動.(2）區(qū)別安培定則、左手定則、右手定則的關鍵是抓住因果關系①因電而生磁(I→B)→安培定則.（判斷電流周圍磁感線的方向）②因動而生電（v、B→I感)→右手定則.(導體切割磁感線產(chǎn)生感應電流）③因電而受力(I、B→F安）→左手定則.(磁場對電流有作用力)1．（楞次定律的基本應用)如圖6所示,線圈兩端與電阻相連構成閉合回路，在線圈上方有一豎直放置的條形磁鐵，磁鐵的S極朝下．在將磁鐵的S極插入線圈的過程中（）圖6A．通過電阻的感應電流的方向為由a到b,線圈與磁鐵相互排斥B．通過電阻的感應電流的方向為由b到a,線圈與磁鐵相互排斥C．通過電阻的感應電流的方向為由a到b,線圈與磁鐵相互吸引D．通過電阻的感應電流的方向為由b到a,線圈與磁鐵相互吸引答案B解析磁鐵的S極朝下,在將磁鐵的S極插入線圈的過程中,通過線圈的磁場方向向上，且增強，根據(jù)楞次定律可知，感應電流的磁場要阻礙原磁場的增加,則感應電流方向為由b到a，線圈與磁鐵相互排斥，選項B正確．2。(楞次定律的拓展應用）如圖7所示，甲是閉合銅線框,乙是有缺口的銅線框,丙是閉合的塑料線框，它們的正下方都放置一薄強磁鐵，現(xiàn)將甲、乙、丙移至相同高度H處同時釋放(各線框下落過程中不翻轉)，則以下說法正確的是()圖7A.三者同時落地B。甲、乙同時落地,丙后落地C。甲、丙同時落地，乙后落地D.乙、丙同時落地，甲后落地答案D解析在下落過程中，閉合銅線框中產(chǎn)生感應電流，由“來拒去留”可知，答案選D。3。（楞次定律的拓展應用)如圖8所示，一個有彈性的金屬圓環(huán)被一根橡皮繩吊于通電直導線的正下方，直導線與圓環(huán)在同一豎直面內(nèi)，當通電直導線中電流增大時，彈性圓環(huán)的面積S和橡皮繩的長度l將(）圖8A.S增大,l變長 B.S減小,l變短C。S增大，l變短 D.S減小，l變長答案D解析當通電直導線中電流增大時，穿過金屬圓環(huán)的磁通量增加,金屬圓環(huán)中產(chǎn)生感應電流.根據(jù)楞次定律可知，感應電流要阻礙磁通量的增加:一是用縮小面積的方式進行阻礙；二是用遠離通電直導線的方式進行阻礙，故D正確.4。(楞次定律的拓展應用)(多選)如圖9所示是某電磁沖擊鉆的原理圖,若突然發(fā)現(xiàn)鉆頭M向右運動，則可能是（）圖9A。開關S閉合瞬間B。開關S由閉合到斷開的瞬間C.開關S已經(jīng)是閉合的，滑動變阻器滑片P向左迅速滑動D。開關S已經(jīng)是閉合的，滑動變阻器滑片P向右迅速滑動答案AC解析當開關突然閉合時，左線圈上有了電流，產(chǎn)生磁場，而對于右線圈來說,磁通量增加,產(chǎn)生感應電流,使鉆頭M向右運動，故A項正確；當開關S已經(jīng)是閉合的，只有左側線圈電流增大才會導致鉆頭M向右運動，故C項正確。5.(“一定律三定則”的綜合應用）如圖10所示,導軌間的磁場方向垂直于紙面向里,當導體棒MN在導軌上水平向右加速滑動時,正對電磁鐵A的圓形金屬環(huán)B中(）圖10A。有感應電流，且B被A吸引B。無感應電流C.可能有，也可能沒有感應電流D.有感應電流，且B被A排斥答案D解析MN向右加速滑動，根據(jù)右手定則，MN中的電流方向從N→M，且大小在逐漸變大，根據(jù)安培定則知，電磁鐵A的磁場方向水平向左,且大小逐漸增強，根據(jù)楞次定律知，B環(huán)中的感應電流產(chǎn)生的磁場方向水平向右,B被A排斥。D正確，A、B、C錯誤。題組一楞次定律的基本應用1。如圖1所示，一根條形磁鐵自左向右穿過一個閉合螺線管,則電路中()圖1A。始終有感應電流自a向b流過電流表GB。始終有感應電流自b向a流過電流表GC。先有a→G→b方向的感應電流，后有b→G→a方向的感應電流D。將不會產(chǎn)生感應電流答案C解析當條形磁鐵進入螺線管時,閉合螺線管中的磁通量增加，當穿出時，磁通量減少，由楞次定律可知C正確。2.長直導線與矩形線框abcd處在同一平面內(nèi)靜止不動，如圖2甲所示.長直導線中通以大小和方向都隨時間做周期性變化的電流，I－t圖像如圖乙所示.規(guī)定沿長直導線方向向上的電流為正方向。關于最初一個周期內(nèi)矩形線框中感應電流的方向，下列說法正確的是()圖2A.由順時針方向變?yōu)槟鏁r針方向B.由逆時針方向變?yōu)轫槙r針方向C.由順時針方向變?yōu)槟鏁r針方向，再變?yōu)轫槙r針方向D.由逆時針方向變?yōu)轫槙r針方向，再變?yōu)槟鏁r針方向答案D解析將一個周期分為四個階段，對全過程的分析列表如下：時間段長直導線中的電流線框中的磁通量感應電流的磁場感應電流的方向0～eq\f(T，4）向上,逐漸變大向紙里、變大垂直紙面向外逆時針方向eq\f（T，4)～eq\f(T,2）向上,逐漸變小向紙里、變小垂直紙面向里順時針方向eq\f（T，2)~eq\f(3T，4)向下，逐漸變大向紙外、變大垂直紙面向里順時針方向eq\f（3T,4)～T向下，逐漸變小向紙外、變小垂直紙面向外逆時針方向由表可知選項D正確.題組二楞次定律的拓展應用3.如圖3所示，老師做了一個物理小實驗讓學生觀察：一輕質橫桿兩側各固定一金屬環(huán)，橫桿可繞中心點自由轉動,老師拿一條形磁鐵插向其中一個小環(huán)，后又取出插向另一個小環(huán)，同學們看到的現(xiàn)象是（)圖3A.磁鐵插向左環(huán)，橫桿發(fā)生轉動B。磁鐵插向右環(huán)，橫桿發(fā)生轉動C.無論磁鐵插向左環(huán)還是右環(huán)，橫桿都不發(fā)生轉動D.無論磁鐵插向左環(huán)還是右環(huán)，橫桿都發(fā)生轉動答案B解析左環(huán)沒有閉合,在磁鐵插入過程中，不產(chǎn)生感應電流，故橫桿不發(fā)生轉動。右環(huán)閉合,在磁鐵插入過程中,產(chǎn)生感應電流,橫桿將發(fā)生轉動。4。如圖4所示，一質量為m的條形磁鐵用細線懸掛在天花板上，細線從一水平金屬圓環(huán)中穿過?，F(xiàn)將環(huán)從位置Ⅰ釋放，環(huán)經(jīng)過磁鐵到達位置Ⅱ。設環(huán)經(jīng)過磁鐵上端和下端附近時細線的張力分別為T1和T2，重力加速度大小為g，則（）圖4A.T1>mg,T2>mgB.T1〈mg，T2〈mgC。T1>mg，T2〈mgD.T1〈mg，T2〉mg答案A解析當圓環(huán)經(jīng)過磁鐵上端時，磁通量增加，根據(jù)楞次定律可知磁鐵要把圓環(huán)向上推，根據(jù)牛頓第三定律可知圓環(huán)要給磁鐵一個向下的磁場力,因此有T1>mg.當圓環(huán)經(jīng)過磁鐵下端時,磁通量減少，根據(jù)楞次定律可知磁鐵要把圓環(huán)向上吸，根據(jù)牛頓第三定律可知圓環(huán)要給磁鐵一個向下的磁場力，因此有T2〉mg,所以只有A正確。5.如圖5所示，ab是一個可以繞垂直于紙面的軸O轉動的閉合矩形導體線圈，當滑動變阻器R的滑片P自左向右滑動過程中，線圈ab將（)圖5A。靜止不動B。逆時針轉動C。順時針轉動D。發(fā)生轉動,但因電源的極性不明,無法確定轉動的方向答案C解析滑片P向右滑動過程中，電流增大,線圈處的磁場變強,磁通量增加，根據(jù)“阻礙”含義，線圈將阻礙磁通量增加而順時針轉動，故C正確。6.如圖6所示,粗糙水平桌面上有一質量為m的銅質矩形線框.當一豎直放置的條形磁鐵從線框中線AB正上方等高快速經(jīng)過時，若線框始終不動,則關于線框受到的支持力N及在水平方向運動趨勢的判斷正確的是(）圖6A.N先小于mg后大于mg,運動趨勢向左B。N先大于mg后小于mg，運動趨勢向左C.N先小于mg后大于mg，運動趨勢向右D。N先大于mg后小于mg，運動趨勢向右答案D解析條形磁鐵從線框正上方由左向右運動的過程中，線框中的磁通量先增加后減少，根據(jù)楞次定律的“來拒去留”可知，線框先有向下和向右的趨勢,后有向上和向右的趨勢；故線框受到的支持力先大于重力后小于重力，同時運動趨勢向右。故選D。7。(多選)如圖7所示，勻強磁場垂直于軟導線回路平面，由于磁場發(fā)生變化，回路變?yōu)閳A形，則磁場()圖7A。逐漸增強，方向向外B。逐漸增強，方向向里C.逐漸減弱，方向向外D。逐漸減弱，方向向里答案CD解析對于導線回路來說，圓形面積最大，即由于磁場變化，導致導線回路面積變大，根據(jù)楞次定律“增縮減擴”，可判斷磁場在減弱,可能是方向垂直軟導線回路平面向外的磁場逐漸減弱也可能是方向垂直軟導線回路平面向里的磁場逐漸減弱，選項C、D對。8.(多選)如圖8所示，在水平面上有一固定的U形金屬框架,框架上放置一金屬桿ab，不計摩擦，在豎直方向上有勻強磁場，則()圖8A.若磁場方向豎直向上并增大時，桿ab將向右移動B.若磁場方向豎直向上并減小時，桿ab將向右移動C.若磁場方向豎直向下并增大時,桿ab將向右移動D。若磁場方向豎直向下并減小時，桿ab將向右移動答案BD解析不論磁場方向豎直向上還是豎直向下，當磁感應強度增大時，回路中磁通量增加，由楞次定律知桿ab將向左移動，反之，桿ab將向右移動，選項B、D正確.9。（多選）如圖9所示，一根長導線彎曲成“Π”形，通以直流電I，正中間用絕緣線懸掛一金屬環(huán)C，環(huán)與導線處于同一豎直平面內(nèi)。在電流I增大的過程中，下列判斷正確的是（)圖9A。金屬環(huán)中無感應電流產(chǎn)生B.金屬環(huán)中有逆時針方向的感應電流C。懸掛金屬環(huán)C的豎直線的拉力大于環(huán)的重力D。懸掛金屬環(huán)C的豎直線的拉力小于環(huán)的重力答案BC解析Φ＝BS,S不變，I增大，B增大，所以有感應電流產(chǎn)生,A錯誤。由楞次定律得，感應電流方向沿逆時針，B正確。由圓的上半部分B大于下半部分，所以安培力以上半圓為主，I方向向左,B垂直紙面向里，F(xiàn)安方向向下，所以F拉＝mg＋F安，拉力大于重力，C正確，D錯誤.10。如圖10所示,光滑的水平桌面上放著兩個完全相同的金屬環(huán)a和b.當一條形磁鐵的N極豎直向下迅速靠近兩環(huán)時，則(）圖10A。a、b兩環(huán)均靜止不動B.a、b兩環(huán)互相靠近C.a、b兩環(huán)互相遠離D.a、b兩環(huán)均向上跳起答案C解析據(jù)題意，由楞次定律可知，當條形磁鐵N極向下靠近兩環(huán)時，穿過兩環(huán)的磁通量都增加，根據(jù)“增離減靠”可知兩環(huán)將向兩邊運動,故C選項正確。11。如圖11所示,A為水平放置的膠木圓盤，在其側面均勻分布著負電荷，在A的正上方用絕緣絲線懸掛一個金屬圓環(huán)B，使B的環(huán)面水平且與圓盤面平行，其軸線與膠木盤A的軸線OO′重合．現(xiàn)使膠木盤A由靜止開始繞其軸線OO′按箭頭所示方向加速轉動,則（）圖11A．金屬環(huán)B的面積有擴大的趨勢,絲線受到的拉力增大B．金屬環(huán)B的面積有縮小的趨勢，絲線受到的拉力減小C．金屬環(huán)B的面積有擴大的趨勢，絲線受到的拉力減小D．金屬環(huán)B的面積有縮小的趨勢,絲線受到的拉力增大答案B解析膠木圓盤A由靜止開始繞其軸線OO′按箭頭所示方向加速轉動，形成環(huán)形電流,環(huán)形電流逐漸增大，根據(jù)右手螺旋定則知，通過B線圈的磁通量向下，且增大，根據(jù)楞次定律的另一種表述,引起的機械效果阻礙磁通量的增大，知金屬環(huán)的面積有縮小的趨勢，且有向上的運動趨勢，所以絲線的拉力減?。蔅正確，A、C、D錯誤．12.如圖12所示，通電螺線管兩側各懸掛一個小銅環(huán),銅環(huán)平面與螺線管截面平行，