教科版高中物理選修3-2學(xué)案第1章4楞次定律

4.楞次定律[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.通過探究實(shí)驗(yàn)總結(jié)楞次定律．(重點(diǎn))2.會(huì)用右手定則和楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向．(重點(diǎn))3.理解楞次定律的內(nèi)容和本質(zhì)．(難點(diǎn))4.找出楞次定律與右手定則的區(qū)別與聯(lián)系．(難點(diǎn))一、右手定則1．內(nèi)容：將右手手掌伸平，使大拇指與其余并攏的四指垂直，并與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線從手心穿入，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，這時(shí)四指的指向就是感應(yīng)電流的方向，也就是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向．2．適用范圍：適用于閉合電路部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況．二、楞次定律1．實(shí)驗(yàn)探究將螺線管與電流計(jì)組成閉合導(dǎo)體回路，分別將條形磁鐵的N極、S極插入，抽出線圈，如圖所示，記錄感應(yīng)電流方向如下．2．實(shí)驗(yàn)記錄圖號(hào)磁場(chǎng)方向感應(yīng)電流方向(俯視)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向歸納總結(jié)甲向下逆時(shí)針向上感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙原磁通量的增加乙向上順時(shí)針向下丙向下順時(shí)針向下感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙原磁通量的減少丁向上逆時(shí)針向上3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：當(dāng)穿過線圈的磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)的方向相反；當(dāng)穿過線圈的磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)的方向相同．4．楞次定律的內(nèi)容感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化．1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)導(dǎo)體棒不垂直切割磁感線時(shí)，也可以用右手定則判斷感應(yīng)電流方向． (√)(2)感應(yīng)電流方向凡可以用右手定則判斷的，均能用楞次定律判斷． (√)(3)右手定則即右手螺旋定則． (×)(4)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向可能相同，也可能相反． (√)(5)楞次定律表明感應(yīng)電流的效果總是與引起感應(yīng)電流的原因相對(duì)抗． (√)(6)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)一定阻礙引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的磁通量的變化． (√)2．閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中因切割磁感線而產(chǎn)生了感應(yīng)電流，在如圖所示的圖中，B、v、I方向均正確的是()D[A、C兩項(xiàng)中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，A、C錯(cuò)誤；由右手定則可知B中的感應(yīng)電流方向應(yīng)向外，B錯(cuò)誤；只有選項(xiàng)D正確．]3.如圖所示，一水平放置的圓形通電線圈1固定，另一較小的圓形線圈2從1的正上方下落，在下落過程中兩線圈平面始終保持平行且共軸，則在線圈2從正上方下落至1的正下方過程中，從上往下看，線圈2中()A．無感應(yīng)電流B．有順時(shí)針方向的感應(yīng)電流C．先是順時(shí)針方向，后是逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流D．先是逆時(shí)針方向，后是順時(shí)針方向的感應(yīng)電流C[由安培定則可知通電線圈1產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向自下而上穿過線圈1所包圍的空間．當(dāng)線圈2從正上方下落至與線圈1共面的過程中，穿過線圈2的磁通量向上增加，根據(jù)楞次定律的“增反”可知，線圈2中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向下，應(yīng)用安培定則可以判斷出感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針(俯視)；當(dāng)線圈2從與線圈1共面的位置繼續(xù)下落至正下方時(shí)，穿過線圈2的磁通量向上減少，根據(jù)楞次定律的“減同”可知，線圈2中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向上，應(yīng)用安培定則可以判斷出感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針(俯視)，故選項(xiàng)C正確．]楞次定律的理解及應(yīng)用1.因果關(guān)系閉合導(dǎo)體回路中磁通量的變化是因，產(chǎn)生感應(yīng)電流是果；原因產(chǎn)生結(jié)果，結(jié)果又反過來影響原因．2．“阻礙”的理解3．“阻礙”的表現(xiàn)形式(1)從磁通量變化的角度看，感應(yīng)電流的效果是阻礙磁通量的變化．(2)從相對(duì)運(yùn)動(dòng)的角度看，感應(yīng)電流的效果是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)．4．楞次定律應(yīng)用四步曲(1)確定原磁場(chǎng)方向；(2)判定產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁通量如何變化(增加還是減少)；(3)根據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向(增反減同)；(4)判定感應(yīng)電流的方向．該步驟也可以簡(jiǎn)單地描述為“一原二變?nèi)兴穆菪保辉_定原磁場(chǎng)的方向；二變——確定磁通量是增加還是減少；三感——判斷感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向；四螺旋——用右手螺旋定則判斷感應(yīng)電流的方向．【例1】如圖所示，一根條形磁鐵自左向右穿過一個(gè)閉合螺線管，則電路中()A．始終有感應(yīng)電流自a向b流過電流表GB．始終有感應(yīng)電流自b向a流過電流表GC．先有a→G→b方向的感應(yīng)電流，后有b→G→a方向的感應(yīng)電流D．將不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流思路點(diǎn)撥：應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向時(shí)，關(guān)鍵是分析原磁場(chǎng)方向和穿過回路的磁通量的變化情況．C[條形磁鐵從左邊進(jìn)入螺線管的過程中，在螺線管內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向右，穿過螺線管的磁通量不斷增加，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的方向是a→G→b.條形磁鐵從螺線管中向右穿出的過程中，在螺線管內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向仍向右，穿過螺線管的磁通量不斷減小，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的方向是b→G→a，故C正確．]應(yīng)用楞次定律時(shí)應(yīng)依次確定的物理量[跟進(jìn)訓(xùn)練]訓(xùn)練角度1：楞次定律的理解1．關(guān)于楞次定律，下列說法正確的是()A．感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化B．閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，必受磁場(chǎng)阻礙作用C．原磁場(chǎng)穿過閉合回路的磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)同向D．感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是跟原磁場(chǎng)反向，阻礙原磁場(chǎng)的變化A[感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，選項(xiàng)A正確；閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中平行磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，不受磁場(chǎng)阻礙作用，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；原磁場(chǎng)穿過閉合回路的磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)反向，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)原磁通量增加時(shí)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)跟原磁場(chǎng)反向，當(dāng)原磁通量減少時(shí)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)跟原磁場(chǎng)同向，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．]訓(xùn)練角度2：楞次定律的簡(jiǎn)單應(yīng)用2.(多選)如圖所示，閉合金屬圓環(huán)沿垂直于磁場(chǎng)方向放置在有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，將它從勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速拉出，以下各種說法中正確的是()A．向左拉出和向右拉出時(shí)，環(huán)中的感應(yīng)電流方向相反B．向左或向右拉出時(shí)，環(huán)中感應(yīng)電流方向都是沿順時(shí)針方向的C．向左或向右拉出時(shí)，環(huán)中感應(yīng)電流方向都是沿逆時(shí)針方向的D．將圓環(huán)左右拉動(dòng)，當(dāng)環(huán)全部處在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，圓環(huán)中無感應(yīng)電流BD[將金屬圓環(huán)不管從哪邊拉出磁場(chǎng)，穿過閉合圓環(huán)的磁通量都要減少，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)要阻礙原磁通量的減少，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同，應(yīng)用右手螺旋定則可以判斷出感應(yīng)電流的方向是順時(shí)針方向的，選項(xiàng)B正確，A、C錯(cuò)誤；當(dāng)圓環(huán)全部處在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過圓環(huán)的磁通量沒有改變，該種情況無感應(yīng)電流，D正確．]右手定則的理解及應(yīng)用1.適用范圍：閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流方向的判斷．2．右手定則反映了磁場(chǎng)方向、導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向和電流方向三者之間的相互垂直關(guān)系．(1)大拇指的方向是導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)切割磁感線的運(yùn)動(dòng)方向，既可以是導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)而磁場(chǎng)未動(dòng)，也可以是導(dǎo)體未動(dòng)而磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，還可以是兩者以不同速度同時(shí)運(yùn)動(dòng)．(2)四指指向電流方向，切割磁感線的導(dǎo)體相當(dāng)于電源．【例2】下列圖中表示閉合電路中的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情景，導(dǎo)體ab上的感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b的是()思路點(diǎn)撥：部分導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般用右手定則判斷感應(yīng)電流方向，其方法是：掌心——磁感線穿過；拇指——導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向；四指——感應(yīng)電流方向．A[題中四圖都屬于閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線，應(yīng)用右手定則判斷可得：A中電流方向?yàn)閍→b，B中電流方向?yàn)閎→a，C中電流沿a→d→c→b→a方向，D中電流方向?yàn)閎→a.故選A.]三個(gè)定則的比較比較項(xiàng)目左手定則右手定則安培定則應(yīng)用磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷、電流作用力方向的判斷對(duì)因?qū)w切割磁感線而產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向的判斷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向的判斷涉及方向的物理量磁場(chǎng)方向、電流(電荷運(yùn)動(dòng))方向、安培力(洛倫茲力)方向磁場(chǎng)方向、導(dǎo)體切割磁感線的方向、感應(yīng)電流的方向電流方向、磁場(chǎng)方向各物理量方向間的關(guān)系圖例因果關(guān)系電流→運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)→電流電流→磁場(chǎng)應(yīng)用實(shí)例電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)電磁鐵[跟進(jìn)訓(xùn)練]3．如圖所示，在置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的平行導(dǎo)軌上，橫跨在兩導(dǎo)軌間的導(dǎo)體桿PQ以速度v向右勻速移動(dòng)，已知磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直于導(dǎo)軌平面(即紙面)向外，導(dǎo)軌間距為l，閉合電路acQPa中除電阻R外，其他部分的電阻忽略不計(jì)，則()A．電路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E＝IlBB．電路中的感應(yīng)電流I＝eq\f(Blv,R)C．通過電阻R的電流方向是由a向cD．通過PQ桿中的電流方向是由Q向PB[導(dǎo)體棒垂直切割磁感線，產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為E＝Blv，故A錯(cuò)誤；電路中的感應(yīng)電流為I＝eq\f(E,R)＝eq\f(Blv,R)，故B正確；由右手定則可知，PQ中產(chǎn)生的感應(yīng)電流從P流向Q，通過R的電流方向從c流向a，故C、D錯(cuò)誤．]楞次定律的推廣應(yīng)用楞次定律的推廣含義楞次定律中“阻礙”的含義可以推廣為：感應(yīng)電流的效果總是阻礙引起感應(yīng)電流的原因，列表說明如下：內(nèi)容例證阻礙原磁通量變化——“增反減同”磁鐵靠近線圈，B感與B原反向阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)——“來拒去留”磁鐵靠近，是斥力磁鐵遠(yuǎn)離，是引力使回路面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢(shì)——“增縮減擴(kuò)”P、Q是光滑固定導(dǎo)軌，a、b是可動(dòng)金屬棒，磁鐵下移，a、b靠近【例3】如圖，在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一U形金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌平面與磁場(chǎng)垂直．金屬桿PQ置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌形成閉合回路PQRS，一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內(nèi)，線框與導(dǎo)軌共面．現(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)開始的瞬間，關(guān)于感應(yīng)電流的方向，下列說法正確的是()A．PQRS中沿順時(shí)針方向，T中沿逆時(shí)針方向B．PQRS中沿順時(shí)針方向，T中沿順時(shí)針方向C．PQRS中沿逆時(shí)針方向，T中沿逆時(shí)針方向D．PQRS中沿逆時(shí)針方向，T中沿順時(shí)針方向思路點(diǎn)撥：①PQ向右運(yùn)動(dòng)，PQRS回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流．②PQRS中產(chǎn)生的電流對(duì)穿過T的磁通量產(chǎn)生影響．D[金屬桿PQ向右運(yùn)動(dòng)，穿過PQRS的磁通量增加，由楞次定律可知，PQRS中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電流．這時(shí)因?yàn)镻QRS中感應(yīng)電流的作用，依據(jù)楞次定律可知，T中產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流．故只有D項(xiàng)正確．][一題多變]上例中題設(shè)條件不變，只是金屬桿PQ突然向左移動(dòng)，則上述選項(xiàng)中哪一項(xiàng)是正確的．()A[PQ向左移動(dòng)，穿過PQRS的磁通量減少，由楞次定律知，PQRS中產(chǎn)生順時(shí)針方向的電流，這時(shí)因PQRS中電流的作用，T中磁通量增加，根據(jù)楞次定律知T中產(chǎn)生逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流．A項(xiàng)正確．][跟進(jìn)訓(xùn)練]4.(多選)如圖所示，光滑固定導(dǎo)軌M、N水平放置，兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放置于導(dǎo)軌上，形成一個(gè)閉合回路，當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)()A．P、Q將相互靠攏B．P、Q將相互遠(yuǎn)離C．磁鐵的加速度仍為gD．磁鐵的加速度小于gAD[法一：設(shè)磁鐵下端為N極，如圖所示，根據(jù)楞次定律可判斷出P、Q中感應(yīng)電流方向，根據(jù)左手定則可判斷P、Q所受安培力的方向，可見P、Q將相互靠攏，由于回路所受安培力的合力向下，由牛頓第三定律知磁鐵將受到向上的反作用力，從而加速度小于g，當(dāng)S極為下端時(shí)，可得出同樣的結(jié)果．法二：根據(jù)楞次定律的另一種表述——感應(yīng)電流的效果總是要反抗產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，本題的“原因”是回路中磁通量的增加，歸根結(jié)底是磁鐵靠近回路，“效果”便是阻礙磁通量的增加和磁鐵的靠近，所以P、Q將相互靠近且磁鐵的加速度小于g.]1．2個(gè)規(guī)律——楞次定律和右手定則2．3個(gè)定則的區(qū)別——左手定則、右手定則、安培定則的區(qū)別1.如圖所示，一根條形磁鐵從左向右靠近閉合金屬環(huán)的過程中(始終在金屬環(huán)左側(cè))，環(huán)中的感應(yīng)電流(自左向右看)()A．沿順時(shí)針方向B．先沿順時(shí)針方向后沿逆時(shí)針方向C．沿逆時(shí)針方向D．先沿逆時(shí)針方向后沿順時(shí)針方向C[條形磁鐵從左向右靠近閉合金屬環(huán)的過程中，向右的磁通量一直增加，根據(jù)楞次定律，環(huán)中的感應(yīng)電流(自左向右看)為逆時(shí)針方向，C項(xiàng)正確．]2．(2019·全國(guó)卷Ⅲ)楞次定律是下列哪個(gè)定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)？()A．電阻定律 B．庫(kù)侖定律C．歐姆定律 D．能量守恒定律[答案]D3.如圖所示，導(dǎo)線框abcd與通電直導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，直導(dǎo)線通有恒定電流并通過ad和bc的中點(diǎn)，當(dāng)線框向右運(yùn)動(dòng)的瞬間，則()A．線框中有感應(yīng)電流，且按順時(shí)針方向B．線框中有感應(yīng)電流，且按逆時(shí)針方向C．線框中有感應(yīng)電流，但方向難以判斷D．由于穿過線框的磁通量為零，所以線框中沒有感應(yīng)電流B[方法一：首先由安培定則判斷通電直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)方向(如答圖所示)，因ab向右做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，由右手定則判斷感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b，同理可判斷cd中的感應(yīng)電流方向?yàn)閏→d，ad、bc兩邊不切割磁感線，所以整個(gè)線框中的感應(yīng)電流是逆時(shí)針方向的．方法二：首先由安培定則判斷通電直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)方向(如答圖所示)，由對(duì)稱性可知合磁通量Φ＝0；其次當(dāng)導(dǎo)線框向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過線框的磁通量增大(方向垂直紙面向里)，由楞次定律可知感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，最后由安培定則判斷感應(yīng)電流按逆時(shí)針方向，故B項(xiàng)正確．]4.如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一質(zhì)量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質(zhì)細(xì)桿懸掛在O點(diǎn)，并可繞O點(diǎn)擺動(dòng)．金屬線框從右側(cè)某一位