2024-2025學(xué)年高中物理第四章電磁感應(yīng)3楞次定律學(xué)案新人教版選修3-2

PAGE16-楞次定律1．楞次定律感應(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)電流的磁通量的變更．你怎樣理解楞次定律中的“阻礙”？提示：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)的磁通量的變更阻礙什么阻礙的是磁通量的變更，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(shí)，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場的方向相反；當(dāng)原磁場磁通量削減時(shí)，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擋，只是延緩了磁通量的變更，這種變更將接著進(jìn)行2.感應(yīng)電流的磁場變更當(dāng)線圈內(nèi)磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場阻礙磁通量的增加；當(dāng)磁通量削減時(shí)，感應(yīng)電流的磁場阻礙磁通量的削減．若導(dǎo)體回路不閉合，穿過回路的磁通量變更時(shí)，是否還會(huì)產(chǎn)生“阻礙”作用？提示：“阻礙”作用是由感應(yīng)電流的磁場產(chǎn)生的，若回路不閉合，就不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此不會(huì)產(chǎn)生阻礙作用．在后面的學(xué)習(xí)中我們會(huì)知道，回路不閉合時(shí)雖不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，但仍會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢．3．右手定則伸開右手，使拇指與其余四個(gè)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(jìn)入，并使拇指指向?qū)Ь€運(yùn)動(dòng)的方向，這時(shí)四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向．3．“阻礙”的表現(xiàn)形式楞次定律中的“阻礙”的作用，正是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的反映，在克服“阻礙”的過程中，其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，常見的狀況有以下三種：(1)阻礙原磁通量的變更(增反減同)；(2)阻礙導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(來拒去留)；(3)通過變更線圈面積來“抗拒”(增縮減擴(kuò))．“阻礙”并不意味著“相反”．感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場的方向和原磁場方向可能同向，也可能反向，需依據(jù)磁通量的變更狀況推斷；而由于閉合回路和磁場相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)，阻礙兩者間相對(duì)運(yùn)動(dòng)而不肯定阻礙物體的運(yùn)動(dòng)．【例1】某磁場的磁感線如圖所示，有線圈自圖示A位置落到B位置，在下落過程中，自上而下看，線圈中的感應(yīng)電流方向是()A．始終沿順時(shí)針方向B．始終沿逆時(shí)針方向C．先沿順時(shí)針再沿逆時(shí)針方向D．先沿逆時(shí)針再沿順時(shí)針方向解答本題時(shí)可按以下思路分析：eq\x(\a\al(原磁場,的方向))→eq\x(\a\al(回路磁通,量的變更))→eq\x(\a\al(感應(yīng)電流的,磁場方向))→eq\x(\a\al(感應(yīng)電流,的方向))[答案]C[解析]線圈自圖示A位置落至虛線位置過程中，磁場方向向上，向上的磁通量增加，由楞次定律的“增反減同”可知：線圈中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向向下，應(yīng)用安培定則可以推斷感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針(俯視)．同理可以推斷：線圈自圖示虛線位置落至B位置過程中，向上的磁通量減小，由楞次定律和安培定則可得：線圈中將產(chǎn)生逆時(shí)針的感應(yīng)電流(俯視)，故選C.總結(jié)提能應(yīng)用楞次定律推斷感應(yīng)電流方向的思路(1)明確探討對(duì)象是哪一個(gè)閉合電路；(2)明確原磁場的方向；(3)推斷穿過閉合回路內(nèi)原磁場的磁通量是增加還是削減；(4)由楞次定律推斷感應(yīng)電流的磁場方向；(5)由安培定則推斷感應(yīng)電流的方向．依據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場肯定是(C)A．阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量B．與引起感應(yīng)電流的磁場方向相反C．阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變更D．與引起感應(yīng)電流的磁場方向相同解析：依據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場阻礙的是引起感應(yīng)電流的磁通量的變更，選項(xiàng)A錯(cuò)誤，C正確；感應(yīng)電流的磁場方向在磁通量增加時(shí)與原磁場反向，在磁通量減小時(shí)與原磁場同向，故選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤．考點(diǎn)二楞次定律的應(yīng)用(2)運(yùn)動(dòng)狀況的推斷——第一種方法：由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，感應(yīng)電流的效果阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)．簡記口訣：“來拒去留”．(3)面積變更趨勢的推斷——其次種方法：電磁感應(yīng)致使回路面積有變更趨勢時(shí)，則面積收縮或擴(kuò)張是為了阻礙回路磁通量的變更，即磁通量增大時(shí)，面積有收縮趨勢，磁通量減小時(shí)，面積有擴(kuò)張趨勢．簡記口訣：“增縮減擴(kuò)”．2．推斷回路運(yùn)動(dòng)狀況及回路面積的變更趨勢的一般步驟推斷回路面積變更趨勢時(shí)，若閉合回路所圍面積內(nèi)存在兩個(gè)方向的磁場，則不宜采納簡記口訣推斷，應(yīng)采納一般步驟推斷.例如，套在通電螺線管上的回路，在通電螺線管中電流變更時(shí)面積的變更趨勢，應(yīng)采納一般步驟推斷.【例2】如圖所示，MN是一根固定的通電長直導(dǎo)線，電流方向向上，今將一金屬線框abcd放在導(dǎo)線上，讓線框的位置偏向?qū)Ь€左邊，兩者彼此絕緣．當(dāng)導(dǎo)線中的電流突然增大時(shí)，線框整體受力狀況為()A．受力向右 B．受力向左C．受力向上 D．受力為零解答本題時(shí)應(yīng)明確以下兩點(diǎn)：(1)探討的回路有兩個(gè)方向的磁場，磁通量應(yīng)是代數(shù)和；(2)應(yīng)恰當(dāng)運(yùn)用安培定則和左手定則．[答案]A[解析]本題可用兩種解法：解法一：依據(jù)安培定則可知通電直導(dǎo)線四周的磁場分布如圖所示．當(dāng)直導(dǎo)線上電流突然增大時(shí)，穿過矩形回路的合磁通量(方向向外)增大，回路中產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流，因ad、bc兩邊對(duì)稱分布，所受的安培力合力為零．而ab、cd兩邊雖然通過的電流方向相反，但它們所在處的磁場方向也相反，由左手定則可知它們所受的安培力均向右，所以線框整體受力向右，A正確．解法二：從楞次定律的另一表述分析可知當(dāng)MN中電流突然增大時(shí)，穿過線框的磁通量增大，感應(yīng)電流引起的結(jié)果必是阻礙磁通量的增大，即線框向右移動(dòng)，故線框整體受力向右，A正確．總結(jié)提能發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，通過什么方式來“阻礙”原磁通量的變更要依據(jù)詳細(xì)狀況而定，可能是阻礙導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也可能是通過變更線圈面積來阻礙原磁通量的變更，即若原磁通量增加，則通過減小面積起到阻礙的作用；若原磁通量減小，則通過增大面積起到阻礙的作用．這種方法用來推斷“動(dòng)”的問題特別有效．[多選]如圖所示，在平面上有兩條相互垂直且彼此絕緣的通電長直導(dǎo)線，以它們?yōu)樽鴺?biāo)軸構(gòu)成一個(gè)平面直角坐標(biāo)系．四個(gè)相同的閉合圓形線圈在四個(gè)象限中完全對(duì)稱放置，兩條導(dǎo)線中電流大小與變更狀況相同，電流方向如圖所示，當(dāng)兩條導(dǎo)線中的電流都起先增大時(shí)，四個(gè)線圈a、b、c、d中感應(yīng)電流的狀況是(BC)A．線圈a中無感應(yīng)電流B．線圈b中無感應(yīng)電流C．線圈c中有順時(shí)針方向的感應(yīng)電流D．線圈d中有逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流解析：由安培定則推斷磁場方向如圖所示，故線圈a、c中有電流．再依據(jù)楞次定律可知線圈a中的電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，c中的電流方向?yàn)轫槙r(shí)針，A錯(cuò)，C對(duì)．而線圈b、d中合磁通量為零，無感應(yīng)電流，B對(duì)，D錯(cuò)．考點(diǎn)三楞次定律與三個(gè)定則的比較在探討電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，常常用到右手螺旋定則、左手定則、右手定則及楞次定律等規(guī)律．要想敏捷運(yùn)用“三定則肯定律”，就必需明確這些規(guī)律的區(qū)分與聯(lián)系．1．“三定則肯定律”應(yīng)用于不同的現(xiàn)象2.左手定則與右手定則的區(qū)分3.楞次定律與右手定則的關(guān)系1楞次定律推斷的電流方向是電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的方向，右手定則推斷的電流方向也是做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體上感應(yīng)電動(dòng)勢的方向.若電路是開路，可假設(shè)電路閉合，應(yīng)用楞次定律或右手定則確定電路中假想電流的方向即為感應(yīng)電動(dòng)勢的方向.2在分析電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的電勢凹凸時(shí)，肯定要明確產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的那部分電路就是電源.在電源內(nèi)部，電流方向從低電勢處流向高電勢處.【例3】[多選]如圖所示，導(dǎo)體AB、CD可在水平軌道上自由滑動(dòng)，且兩水平軌道在中心交叉處互不相通．當(dāng)導(dǎo)體棒AB向左移動(dòng)時(shí)()A．AB中感應(yīng)電流的方向?yàn)锳到BB．AB中感應(yīng)電流的方向?yàn)锽到AC．CD向左移動(dòng)D．CD向右移動(dòng)[答案]AD[解析]由右手定則可推斷AB中感應(yīng)電流方向?yàn)锳到B，從而CD中電流方向?yàn)镃到D.導(dǎo)致CD所受安培力方向由左手定則推斷知向右，所以CD向右移動(dòng)．總結(jié)提能對(duì)于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生電磁感應(yīng)的現(xiàn)象，應(yīng)用右手定則推斷比較便利；對(duì)于磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變更所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，應(yīng)用楞次定律推斷比較便利．美國《大眾科學(xué)》月刊網(wǎng)站報(bào)道，美國明尼蘇達(dá)高校的探討人員發(fā)覺：一種具有獨(dú)特屬性的新型合金能夠?qū)崮芨纱噢D(zhuǎn)化為電能．詳細(xì)而言，只要略微提高溫度，這種合金就會(huì)變成強(qiáng)磁性合金，從而使環(huán)繞它的線圈中產(chǎn)生電流，其簡化模型如圖所示．A為圓柱形合金材料，B為線圈，套在圓柱形合金材料上，線圈的半徑大于合金材料的半徑．現(xiàn)對(duì)A進(jìn)行加熱，則(D)A．B中將產(chǎn)生逆時(shí)針方向的電流B．B中將產(chǎn)生順時(shí)針方向的電流C．B線圈有收縮的趨勢D．B線圈有擴(kuò)張的趨勢解析：合金材料加熱后，合金材料成為強(qiáng)磁體，通過線圈B的磁通量增大，由于線圈B內(nèi)有兩個(gè)方向的磁場，由楞次定律可知線圈只有擴(kuò)張，才能阻礙磁通量的增加，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確；由于不知道極性，無法推斷感應(yīng)電流的方向，選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤．楞次定律推斷導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)問題的應(yīng)用技巧在電磁感應(yīng)中推斷導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)常用以下兩種方法：(1)程序法：首先依據(jù)楞次定律推斷出感應(yīng)電流的方向；然后依據(jù)感應(yīng)電流處原磁場分布狀況，運(yùn)用左手定則推斷出導(dǎo)體所受安培力的方向，最終確定導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)狀況．(2)楞次定律廣泛含義法：即感應(yīng)電流的效果總是要抗拒產(chǎn)生感應(yīng)電流的緣由，表現(xiàn)為：①阻礙導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)(來拒去留)；②通過變更線圈面積來“抗拒”(增縮減擴(kuò))．兩種方法中，后一種要敏捷、快速、精確．【典例】[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g【解析】方法一：假設(shè)磁鐵的下端為N極，穿過回路的磁通量增加，依據(jù)楞次定律可推斷出感應(yīng)電流的磁場方向向上，依據(jù)安培定則可推斷出回路中感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向(俯視)．再依據(jù)左手定則可推斷p、q所受的安培力的方向，安培力使p、q相互靠攏．由于回路所受的安培力的合力向下，依據(jù)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.若磁鐵的下端為S極，依據(jù)類似的分析可以得出相同的結(jié)果，所以A、D選項(xiàng)正確．方法二：依據(jù)楞次定律的另一種表述——感應(yīng)電流的效果總是要抗拒產(chǎn)生感應(yīng)電流的緣由，本題中的“緣由”是回路中的磁通量增加，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.故選項(xiàng)A、D正確．【答案】AD【名師點(diǎn)評(píng)】本例列出了推斷感應(yīng)電流受力及其運(yùn)動(dòng)方向的方法，并進(jìn)一步從多個(gè)角度深刻理解楞次定律中“阻礙”的含義．雖然方法不同，但本質(zhì)都是楞次定律，只有領(lǐng)悟其精髓，才能運(yùn)用它進(jìn)行正確的推斷．深刻理解楞次定律中“阻礙”的含義是快速分析該類問題的前提．【變式】如圖所示，ab是一個(gè)可繞垂直于紙面的軸O轉(zhuǎn)動(dòng)的閉合矩形導(dǎo)線框，當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑片自左向右滑行時(shí)，線框ab的運(yùn)動(dòng)狀況是(C)A．保持靜止不動(dòng)B．逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)C．順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)D．發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，但電源極性不明，無法確定轉(zhuǎn)動(dòng)的方向解析：依據(jù)題圖所示電路，線框ab所處位置的磁場是水平方向的，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向右滑動(dòng)時(shí)，電路中電阻增大，電流減弱，則穿過閉合導(dǎo)線框ab的磁通量將削減．Φ＝BSsinθ，θ為線圈平面與磁場方向的夾角，依據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場將阻礙原來磁場的變更，則線框ab只有順時(shí)針旋轉(zhuǎn)使θ角增大，而使穿過線圈的磁通量增加，則C正確．留意此題并不須要明確電源的極性.1．在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，下列說法中正確的是(D)A．感應(yīng)電流的磁場總是跟原來的磁場方向相反B．閉合線框放在變更的磁場中，肯定能產(chǎn)生感應(yīng)電流C．閉合線框放在勻強(qiáng)磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，肯定能產(chǎn)生感應(yīng)電流D．感應(yīng)電流的磁場總是阻礙原來磁場磁通量的變更2．[多選]如圖，兩個(gè)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(yuǎn)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(shí)小磁針處于靜止?fàn)顟B(tài)．下列說法正確的是(AD)A．開關(guān)閉合后的瞬間，小磁針的N極朝垂直紙面對(duì)里的方向轉(zhuǎn)動(dòng)B．開關(guān)閉合并保持一段時(shí)間后，小磁針的N極指向垂直紙面對(duì)里的方向C．開關(guān)閉合并保持一段時(shí)間后，小磁針的N極指向垂直紙面對(duì)外的方向D．開關(guān)閉合并保持一段時(shí)間再斷開后的瞬間，小磁針的N極朝垂直紙面對(duì)外的方向轉(zhuǎn)動(dòng)解析：開關(guān)閉合的瞬間，依據(jù)楞次定律和安培定則可知直導(dǎo)線中電流從南向北，依據(jù)安培定則可知小磁針?biāo)谔幋艌龇较虼怪奔埫鎸?duì)里，所以小磁針的N極朝垂直紙面對(duì)里的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，故A正確；開關(guān)閉合并保持一段時(shí)間后，直導(dǎo)線中無電流，小磁針受到地磁場作用，小磁針的N極指向北，故B、C錯(cuò)誤；開關(guān)閉合并保持一段時(shí)間再斷開后的瞬間，依據(jù)楞次定律和安培定則可知直導(dǎo)線中電流從北向南，依據(jù)安培定則可知小磁針?biāo)谔幋艌龇较虼怪奔埫鎸?duì)外，所以小磁針的N極朝垂直紙面對(duì)外的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，故D正確．3．某教室墻上有一朝南的鋼窗，當(dāng)把鋼窗左側(cè)向外推開時(shí)，下列說法正確的是(C)A．穿過窗框的地磁場的磁通量變大B．穿過窗框的地磁場的磁通量不變C．從推窗人的角度看，窗框中的感應(yīng)電流方向是逆時(shí)針D．從推窗人的角度看，窗框中的感應(yīng)電流方向是順時(shí)針解析：地磁場由南向北，當(dāng)朝南的鋼窗向外推開時(shí)，鋼窗平面與磁場平行時(shí)，沒有磁感線穿過鋼窗平面，穿過鋼窗平面的磁通量為0.依據(jù)楞次定律，穿過窗框平面的磁通量減小，從推窗人的角度看，窗框中產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針．故選項(xiàng)C正確，A、B、D錯(cuò)誤．4．如圖所示，平行導(dǎo)體滑軌MM′，NN′水平放置，固定在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中．導(dǎo)體滑線AB、CD橫放其上靜止，形成一個(gè)閉合電路，當(dāng)AB向右滑動(dòng)的瞬間，電路中感應(yīng)電流的方向及滑線CD受到的磁場力方向分別為(C)A．電流方向沿ABCD；受力方向向右B．電流方