《楞次定律》 導(dǎo)學(xué)案1 教師版

學(xué)而優(yōu)·教有方PAGEPAGE14第二章電磁感應(yīng)1.楞次定律第1課時楞次定律必備知識·自主學(xué)習(xí)一、楞次定律及其應(yīng)用1．內(nèi)容：感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。2．應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的步驟：(1)明確所研究的閉合電路，判斷原磁場方向。(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(yīng)電流的磁場方向。(4)根據(jù)感應(yīng)電流的磁場方向，由安培定則判斷出感應(yīng)電流的方向。二、右手定則內(nèi)容：伸開右手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線從掌心進入，并使拇指指向?qū)Ь€運動的方向，這時四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向?！疽族e辨析】(1)只要閉合電路內(nèi)有磁通量，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。(×)(2)感應(yīng)電流的磁場一定與引起感應(yīng)電流的磁場方向相反。(×)(3)感應(yīng)電流的磁場總是阻礙原磁通量的變化。(√)(4)閉合電路的部分導(dǎo)體在磁場中運動就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。(×)(5)線圈不閉合時，即使穿過線框的磁通量發(fā)生變化，線框中也沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。(√)關(guān)鍵能力·合作學(xué)習(xí)知識點一楞次定律的理解和應(yīng)用1．因果關(guān)系：楞次定律反映了電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的因果關(guān)系，磁通量發(fā)生變化是原因，產(chǎn)生感應(yīng)電流是結(jié)果，原因產(chǎn)生結(jié)果，結(jié)果反過來影響原因。2．“阻礙”的理解：問題結(jié)論誰阻礙誰是感應(yīng)電流的磁場阻礙引起感應(yīng)電流的磁場(原磁場)的磁通量的變化為何阻礙(原)磁場的磁通量發(fā)生了變化阻礙什么阻礙的是磁通量的變化，而不是阻礙磁通量本身如何阻礙當(dāng)原磁場磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場的方向相反；當(dāng)原磁場磁通量減少時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場的方向相同，即“增反減同”結(jié)果如何阻礙并不是阻止，只是延緩了磁通量的變化，這種變化將繼續(xù)進行，最終結(jié)果不受影響提醒：“阻礙”不是“阻止”。引起感應(yīng)電流的磁場仍然變化了，是阻而未止?！白璧K”并不意味著“相反”，當(dāng)磁通量減小時，“阻礙”意味著“相同”。3．運用楞次定律判定感應(yīng)電流方向的方法：【典例】(多選)某同學(xué)做了個有趣的實驗，如圖所示，水平面內(nèi)eq\a\vs4\al(有兩根光滑平行)eq\a\vs4\al(金屬導(dǎo)軌)①，上面放著兩根金屬棒a、b(a、b與導(dǎo)軌接觸良好，且不會離開導(dǎo)軌)。其上方附近有一條形磁鐵，下列對實驗現(xiàn)象的描述正確的是()A．eq\a\vs4\al(當(dāng)條形磁鐵N極朝下，向下運動時)②，a、b將靠攏B．當(dāng)條形磁鐵N極朝下，向下運動時，a、b將分開C．eq\a\vs4\al(當(dāng)條形磁鐵S極朝下，向上運動時)③，a、b將靠攏D．當(dāng)條形磁鐵S極朝下，向上運動時，a、b將分開【審題關(guān)鍵】序號解題依據(jù)信息提?、僭诠饣饘賹?dǎo)軌上金屬棒不受摩擦力金屬棒受力的方向就是運動方向②原磁場方向向下，磁通量增加由楞次定律得，感應(yīng)電流的磁場方向向上③原磁場方向向上，磁通量減小由楞次定律得，感應(yīng)電流的磁場方向向上【解析】選A、D。當(dāng)條形磁鐵靠近導(dǎo)軌時，穿過導(dǎo)軌的磁通量增大，根據(jù)楞次定律判斷出導(dǎo)軌中產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生磁場將會阻礙磁通量增大，故兩棒向內(nèi)靠近，減小穿過的面積，從而起到阻礙磁通量增大的作用。因此不論條形磁鐵是S極還是N極朝下，只要磁鐵靠近，兩棒就會靠近，A正確，B錯誤；當(dāng)條形磁鐵向上運動，遠離導(dǎo)軌時，穿過導(dǎo)軌的磁通量減小，根據(jù)楞次定律判斷出導(dǎo)軌中產(chǎn)生感應(yīng)電流，產(chǎn)生磁場將會阻礙磁通量減小，故兩棒向外分開，增大穿過的面積，從而起到阻礙磁通量減小的作用。因此不論條形磁鐵是S極還是N極朝下，只要磁鐵向上運動，兩棒就會分開，C錯誤，D正確。1.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共軸，則線圈2從正上方落至1的正下方過程中，從上往下看，線圈2中的感應(yīng)電流為()A．無感應(yīng)電流B．始終有順時針方向的感應(yīng)電流C．先是順時針方向，后是逆時針方向的感應(yīng)電流D．先是逆時針方向，后是順時針方向的感應(yīng)電流【解析】選C。根據(jù)安培定則可知，線圈1在內(nèi)部產(chǎn)生的磁場向上，線圈2從1的正上方落至1的正下方過程中，穿過線圈2向上的磁通量，先增加后減少。根據(jù)楞次定律，線圈2產(chǎn)生的磁場先向下后向上，再根據(jù)安培定則可知，線圈2上的感應(yīng)電流先是順時針方向，后是逆時針方向(從上往下看)，故選C。2．(2020·江蘇高考)如圖所示，兩勻強磁場的磁感應(yīng)強度B1和B2大小相等、方向相反。金屬圓環(huán)的直徑與兩磁場的邊界重合。下列變化會在環(huán)中產(chǎn)生順時針方向感應(yīng)電流的是()A.同時增大B1減小B2B．同時減小B1增大B2C．同時以相同的變化率增大B1和B2D．同時以相同的變化率減小B1和B2【解析】選B。若產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，則感應(yīng)磁場的方向垂直紙面向里。由楞次定律可知，圓環(huán)中的凈磁通量變化為向里的磁通量減少或者向外的磁通量增多，A錯誤，B正確。同時以相同的變化率增大B1和B2，或同時以相同的變化率減小B1和B2，兩個磁場的磁通量總保持大小相同，所以總磁通量為0，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，C、D錯誤。【加固訓(xùn)練】如圖所示，一根條形磁鐵自左向右穿過一個閉合螺線管，則電路中()A.始終有自a向b的感應(yīng)電流流過電流表GB．始終有自b向a的感應(yīng)電流流過電流表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．將不會產(chǎn)生感應(yīng)電流【解析】選C。條形磁鐵內(nèi)部磁場的方向是從S極指向N極，可知條形磁鐵自左向右穿過一個閉合螺線管的過程中磁場的方向都是向右的，當(dāng)條形磁鐵進入螺線管的時候，閉合線圈中的磁通量增加；當(dāng)條形磁鐵穿出螺線管時，閉合線圈中的磁通量減少，根據(jù)楞次定律判斷條形磁鐵進入和穿出螺線管的過程中，感應(yīng)電流的磁場分別是向左和向右的，再由安培定則可以判斷出，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，選項C正確，A、B、D錯誤。知識點二楞次定律、右手定則、左手定則的對比1．楞次定律與右手定則的比較：楞次定律右手定則區(qū)別研究對象整個閉合回路閉合回路的一部分,即做切割磁感線運動的導(dǎo)體適用范圍各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象只適用于部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動的情況聯(lián)系右手定則是楞次定律的特例提醒：當(dāng)閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線運動時，可以用右手定則判定感應(yīng)電流的方向，也可以用楞次定律判定感應(yīng)電流的方向。2．右手定則、右手螺旋定則(安培定則)和左手定則的區(qū)別：(1)右手定則判斷的是導(dǎo)體切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向與磁場方向、導(dǎo)體運動方向三者之間的關(guān)系，應(yīng)用時右手呈伸直狀。(2)右手螺旋定則(安培定則)判斷的是電流方向與它產(chǎn)生的磁場方向之間的關(guān)系，右手必須呈螺旋狀，對直電流和環(huán)形電流大拇指和四指所代表的對象不一樣。(3)左手定則判斷的是磁場對電流的安培力方向或?qū)щ娏Ｗ拥穆鍌惼澚Ψ较蚺c磁場方向、電流或帶電粒子運動方向之間的關(guān)系，應(yīng)用時左手呈伸直狀?！镜淅咳鐖D，兩個線圈繞在同一根鐵芯上，其中一線圈通過開關(guān)與電源連接，另一線圈與遠處沿南北方向水平放置在紙面內(nèi)的直導(dǎo)線連接成回路。將一小磁針懸掛在直導(dǎo)線正上方，開關(guān)未閉合時小磁針處于靜止狀態(tài)。下列說法正確的是()A.開關(guān)閉合并保持一段時間后，小磁針的N極指向垂直紙面向里的方向B．開關(guān)閉合后的瞬間，小磁針的N極朝垂直紙面向外的方向轉(zhuǎn)動C．開關(guān)閉合并保持一段時間再斷開后的瞬間，小磁針的N極朝垂直紙面向外的方向轉(zhuǎn)動D．開關(guān)閉合并保持一段時間后，小磁針的N極指向垂直紙面向外的方向【解題探究】(1)螺線圈產(chǎn)生的磁場如何判定？提示：應(yīng)用右手螺旋定則。(2)通電直導(dǎo)線的磁場如何判定？提示：應(yīng)用右手螺旋定則?！窘馕觥窟xC。開關(guān)閉合保持一段時間后，左邊螺線圈內(nèi)的磁通量沒有發(fā)生改變，直導(dǎo)線中沒有感應(yīng)電流，小磁針在右邊螺線圈的磁場作用下，保持原來的南北方向，故A、D錯誤；如圖(1)所示閉合開關(guān)瞬間右邊線圈通電，根據(jù)右手螺旋定則知該電流產(chǎn)生磁場在線圈內(nèi)的方向向右，閉合開關(guān)瞬間右邊線圈的磁場從無到有，故通過左邊線圈的磁通量增強，在左邊線圈中有感應(yīng)電流產(chǎn)生。由楞次定律“增反減同”可知，左邊線圈產(chǎn)生的感應(yīng)磁場方向向左，根據(jù)右手螺旋定則可得左邊線圈的電流方向如圖(1)所示，則鐵芯上方導(dǎo)線的電流方向為從南到北。根據(jù)右手螺旋定則知通電直導(dǎo)線上方的磁場方向為垂直紙面向里，則小磁針N極朝垂直紙面向里的方向轉(zhuǎn)動，故B錯誤；如圖(2)所示開關(guān)閉合并保持一段時間再斷開后的瞬間，左邊線圈磁通量減小，由楞次定律“增反減同”得其感應(yīng)磁場方向向右，由右手螺旋定則可得左邊線圈的電流方向如圖(2)，鐵芯上方直導(dǎo)線中電流由北到南，根據(jù)右手螺旋定則知通電直導(dǎo)線上方的磁場方向為垂直紙面向外，則小磁針的N極朝垂直紙面向外的方向轉(zhuǎn)動，故C正確。1.如圖所示，勻強磁場與圓形導(dǎo)體環(huán)平面垂直，導(dǎo)體棒ef與導(dǎo)體環(huán)接觸良好，當(dāng)ef向右勻速運動時()A．圓環(huán)中磁通量不變，環(huán)上無感應(yīng)電流產(chǎn)生B．整個環(huán)中有順時針方向的電流C．整個環(huán)中有逆時針方向的電流D．環(huán)的右側(cè)有逆時針方向的電流，環(huán)的左側(cè)有順時針方向的電流【解析】選D。導(dǎo)體ef切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，圓環(huán)兩側(cè)組成外電路，所以環(huán)上有感應(yīng)電流，故A錯誤；根據(jù)右手定則判斷可知，ef中產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向從e→f，則環(huán)的右側(cè)有逆時針方向的電流，環(huán)的左側(cè)有順時針方向的電流，故B、C錯誤，D正確。2.如圖所示，矩形線框abcd與長直導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，直導(dǎo)線中通有向上的恒定電流I，當(dāng)矩形線框從長直導(dǎo)線的右側(cè)運動到左側(cè)的過程中線框內(nèi)感應(yīng)電流的方向為()A．先dcba，后一直abcdB．先dcba，再abcd，后dcbaC．先abcd，后一直dcbaD．先abcd，再dcba，后abcd【解析】選D。由安培定則得，向上的恒定電流I在導(dǎo)線左邊產(chǎn)生的磁場垂直紙面向外，在導(dǎo)線右邊產(chǎn)生的磁場垂直紙面向里。當(dāng)線框abcd向?qū)Ь€靠近時，穿過線框的磁通量是向里增大的，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場垂直紙面向外，則感應(yīng)電流的方向為abcd，當(dāng)線框越過導(dǎo)線到線框中心軸線與導(dǎo)線重合時，穿過線框的磁通量是向里減小的，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場垂直紙面向里，則感應(yīng)電流的方向為dcba，當(dāng)線框繼續(xù)向左運動，穿過線框的磁通量是向外增大的，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場垂直紙面向里，則感應(yīng)電流的方向為dcba，當(dāng)線框遠離導(dǎo)線時，穿過線框的磁通量是向外減小的，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場垂直紙面向外，則感應(yīng)電流的方向為abcd。綜上，線框中電流方向先abcd，再dcba，后abcd。故D項正確?！炯庸逃?xùn)練】1.如圖所示電路，若將滑動變阻器滑片向上移動，則a、b環(huán)中感應(yīng)電流的方向是()A．a(chǎn)環(huán)順時針，b環(huán)順時針B．a(chǎn)環(huán)順時針，b環(huán)逆時針C．a(chǎn)環(huán)逆時針，b環(huán)順時針D．a(chǎn)環(huán)逆時針，b環(huán)逆時針【解析】選C。電路中電流的方向為逆時針方向，由安培定則可知，在a處的磁場方向向外，在b處的磁場的方向向里；當(dāng)滑動變阻器滑片向上移動時，接入電路中的電阻值增大，所以電路中的電流減小，則向外穿過a的磁通量減小，由楞次定律可知，a環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向為逆時針方向；同時向里穿過b的磁通量也減小，由楞次定律可知，b環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向為順時針方向。故A、B、D錯誤，C正確。2．四根同樣光滑的細鋁桿a、b、c、d放在同一水平桌面上，其中c、d固定，a、b靜止地放在c、d桿上，接觸良好，O點為回路中心，如圖所示，當(dāng)條形磁鐵的一端從O點正上方迅速插向回路時，a、b兩桿將()A．保持不動B．分別遠離O點C．分別向O點靠近D．因不知磁極的極性，故無法判斷【解析】選C。可以假設(shè)磁鐵的下端為N極，當(dāng)條形磁鐵插入導(dǎo)軌之間時，穿過導(dǎo)軌的磁通量增大，根據(jù)楞次定律判斷出導(dǎo)軌中產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向，再依據(jù)左手定則判斷出磁鐵的磁場對感應(yīng)電流的安培力作用，從而得出兩棒的運動情況；然后再假設(shè)磁鐵的下端為S極用同樣的方法判斷。本題也可靈活應(yīng)用楞次定律的一般表述判斷?！就卣估}】考查內(nèi)容：楞次定律與能量守恒【典例】如圖所示，用一根長為L，質(zhì)量不計的細桿與一個上弧長為l0、下弧長為d0的金屬線框的中點連接并懸掛于O點，懸點正下方存在一個上弧長為2l0、下弧長為2d0的方向垂直紙面向里的勻強磁場，且d0?L。先將線框拉開到如圖所示位置，松手后讓線框進入磁場，忽略空氣阻力和摩擦力。下列說法正確的是()A.金屬線框進入磁場時感應(yīng)電流的方向為a→b→c→d→aB．金屬線框離開磁場時感應(yīng)電流的方向為a→d→c→b→aC．金屬線框dc邊進入磁場與ab邊離開磁場的速度大小總是相等D．向左擺動進入或離開磁場的過程中，所受安培力方向向右；向右擺動進入或離開磁場的過程中，所受安培力方向向左【解析】選D。當(dāng)線框進入磁場時，dc邊切割磁感線，由楞次定律可判斷，感應(yīng)電流的方向為a→d→c→b→a；當(dāng)線框離開磁場時，同理可判斷其感應(yīng)電流的方向為a→b→c→d→a，A、B錯；線框dc邊(或ab邊)進入磁場(或離開磁場)時，都要切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流，機械能轉(zhuǎn)化為電能，故dc邊進入磁場與ab邊離開磁場的速度大小不相等，C錯；由“來拒去留”知，D對。情境·模型·素養(yǎng)某人在自行車道上從東往西沿直線騎行，該處地磁場的水平分量方向由南向北，豎直分量方向豎直向下。自行車車把為直把、金屬材質(zhì)，且?guī)в薪^緣把套，只考慮自行車在地磁場中的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。探究：(1)圖示位置中輻條A點電勢和B點電勢相比，哪一點電勢更高？(2)自行車左車把的電勢和右車把的電勢相比，哪一點電勢更高？提示：(1)自行車從東往西行駛時，輻條切割地磁場水平分量的磁感線，根據(jù)右手定則判斷可知，圖示位置中輻條A點電勢比B點電勢低，即B點電勢高；(2)自行車車把切割地磁場豎直分量的磁感線，由右手定則知，左車把的電勢比右車把的電勢高，即左車把的電勢高。2020年4月20日，國內(nèi)首條中低速磁浮旅游專線——廣東清遠磁浮首列車開始整車動態(tài)調(diào)試。如圖所示為超導(dǎo)磁浮的示意圖，在水平桌面上放置著一個圓柱形磁鐵甲，將用高溫超導(dǎo)材料制成的超導(dǎo)圓環(huán)乙從圓柱形磁鐵甲的正上方緩慢下移，由于超導(dǎo)圓環(huán)乙跟圓柱形磁鐵甲之間有排斥力，結(jié)果超導(dǎo)圓環(huán)乙懸浮在圓柱形磁鐵甲的正上方。若圓柱形磁鐵甲的N極朝上，在超導(dǎo)圓環(huán)乙放入磁場向下運動的過程中，從上往下看。探究：(1)超導(dǎo)圓環(huán)乙中感應(yīng)電流的方向如何？(2)當(dāng)超導(dǎo)圓環(huán)乙穩(wěn)定后，感應(yīng)電流是否存在？提示：(1)若圓柱形磁鐵甲的N極朝上，在超導(dǎo)圓環(huán)乙放入磁場向下運動的過程中，磁通量增加，根據(jù)楞次定律可知超導(dǎo)圓環(huán)乙中感應(yīng)電流的方向為順時針方向；(2)在超導(dǎo)圓環(huán)乙放入磁場的過程中，穿過超導(dǎo)圓環(huán)乙的磁通量增加，超導(dǎo)圓環(huán)乙中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，因為超導(dǎo)圓環(huán)乙是超導(dǎo)體，沒有電阻，所以穩(wěn)定后感應(yīng)電流仍存在。課堂檢測·素養(yǎng)達標1.如圖，在一水平、固定的閉合導(dǎo)體圓環(huán)上方，有一條形磁鐵(N極朝上，S極朝下)由靜止開始下落，磁鐵從圓環(huán)中穿過且不與圓環(huán)接觸，關(guān)于圓環(huán)中感應(yīng)電流的方向(從上向下看)，下列說法中正確的是()A．總是順時針B．總是逆時針C．先順時針后逆時針D．先逆時針后順時針【解析】選C。由題圖可知，在條形磁鐵下落過程中，穿過圓環(huán)的磁場方向向上，在條形磁鐵靠近圓環(huán)時，穿過圓環(huán)的磁通量變大，在條形磁鐵遠離圓環(huán)時穿過圓環(huán)的磁通量減小，由楞次定律可知，從上向下看，圓環(huán)中的感應(yīng)電流先沿順時針方向，后沿逆時針方向，故C正確。2.如圖所示，在通電長直導(dǎo)線AB的一側(cè)懸掛一可以自由擺動的閉合矩形金屬線圈P，AB與線圈在同一平面內(nèi)。下列說法正確的是()A．若AB中的電流減小，用楞次定律判斷得線圈中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流B．若AB中的電流不變，用楞次定律判斷得線圈中產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流C．若AB中的電流增大，用楞次定律判斷得線圈中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流D．若AB中的電流增大，用楞次定律判斷得線圈受到向右的安培力【解析】選C。根據(jù)安培定則可知導(dǎo)線框所在處的磁場方向垂直紙面向外；AB中的電流減小，線圈中向外的磁通量減小，所以將產(chǎn)生逆時針方向的電流，故A錯誤；AB中的電流不變，線圈中向里的磁通量不變，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，故B錯誤；AB中的電流增大，穿過線框的磁通量增大，根據(jù)楞次定律得到：線框中感應(yīng)電流方向為順時針方向；根據(jù)“來拒去留”可知，線框受到水平向左的安培力，故C正確，D錯誤。【加固訓(xùn)練】如圖，通有恒定電流的固定直導(dǎo)線右側(cè)有一矩形線圈，導(dǎo)線與線圈置于同一光滑水平面。若增大導(dǎo)線中的電流強度，線圈將()A．保持靜止 B．發(fā)生轉(zhuǎn)動C．向左平移 D．向右平移【解析】選D。當(dāng)導(dǎo)線中電流強度增大，導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場增