人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學(xué)案：2 1 第2課時 楞次定律

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE1第2課時楞次定律學(xué)習(xí)目標(biāo)要求核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力1.理解楞次定律中“阻礙”的含義，能熟練運(yùn)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。2.能熟練運(yùn)用右手定則判斷感應(yīng)電流的方向。3.能應(yīng)用楞次定律的推論判斷感應(yīng)電流的方向。1.科學(xué)探究探究影響感應(yīng)電流方向的因素。2.科學(xué)推理根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象歸納推理，得出結(jié)論。3.關(guān)鍵能力實(shí)驗(yàn)探究能力和歸納推理能力。一、楞次定律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．從能量角度理解楞次定律感應(yīng)電流沿著楞次定律所述的方向，是能量守恒定律的必然結(jié)果，當(dāng)磁極插入線圈或從線圈內(nèi)抽出時，推力或拉力做功，使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能?！枷胍幌搿浇滩腜25“思考與討論”，當(dāng)磁體靠近或移開鋁環(huán)時會發(fā)生什么現(xiàn)象？環(huán)中的磁通量如何變化？由此對楞次定律的理解可以得出什么結(jié)論？〖答案〗當(dāng)靠近時阻礙靠近，當(dāng)遠(yuǎn)離時阻礙遠(yuǎn)離；磁通量在靠近時增大，反之減??；可以從阻礙相對運(yùn)動的角度理解楞次定律。二、右手定則1．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個平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使拇指指向?qū)Ь€運(yùn)動的方向，這時四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向。2．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?！寂幸慌小?1)感應(yīng)電流的磁場總是與引起感應(yīng)電流的磁場方向相反。(×)(2)感應(yīng)電流的磁場可能與引起感應(yīng)電流的磁場方向相同。(√)(3)感應(yīng)電流的磁場總是阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。(×)(4)右手定則和楞次定律都適用于所有電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電流方向的判斷。(×)(5)感應(yīng)電流沿楞次定律所描述的電流方向，說明電磁感應(yīng)現(xiàn)象遵守能量守恒定律。(√)探究1從阻礙磁通量變化的角度理解楞次定律1．楞次定律中的因果關(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。2．對“阻礙”的理解問題結(jié)論誰阻礙誰感應(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)原磁場磁通量增大時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場的方向相反；當(dāng)原磁場磁通量減小時，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(jìn)行，最終結(jié)果不受影響3.楞次定律的能量本質(zhì)楞次定律的“阻礙”作用，正是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的反映，在克服這種阻礙的過程中把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，在轉(zhuǎn)化的過程中總能量是守恒的。4．應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的步驟(1)明確所研究的閉合回路，判斷原磁場方向。(2)判斷閉合回路內(nèi)原磁場的磁通量變化。(3)依據(jù)楞次定律判斷感應(yīng)電流的磁場方向。(4)利用右手螺旋定則(安培定則)判斷感應(yīng)電流的方向。〖例1〗(2021·山西晉城市高二期末)如圖所示，鐵芯上繞有L1和L2兩個線圈，鐵芯左邊掛一個輕小金屬環(huán)，小磁針在導(dǎo)線AB的正下方，則當(dāng)開關(guān)S閉合時()A．小金屬環(huán)仍保持靜止B．小金屬環(huán)將向右運(yùn)動C．小磁針仍保持靜止D．從上往下看小磁針順時針轉(zhuǎn)〖答案〗D〖解析〗開關(guān)S閉合時，L1線圈通電，由右手螺旋定則可得電流I1產(chǎn)生的磁場方向向右穿過螺旋管，如圖所示穿過小金屬環(huán)的磁通量向右增大，由楞次定律可得感應(yīng)電流I3的方向，從而使得小金屬環(huán)在原磁場中受安培力而阻礙磁通量的增大，故小金屬環(huán)有縮小的趨勢和向左擺動，故A、B錯誤；線圈L2的磁通量向右增多，由楞次定律可得感應(yīng)電流I2的方向，在通電導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的磁場方向由右手螺旋定則可知上方垂直紙面向里下方垂直紙面向外，小磁針受安培力而轉(zhuǎn)動，故N極向紙面外轉(zhuǎn)動，S極向紙面里轉(zhuǎn)動，則從上往下看小磁針順時針轉(zhuǎn)動，故C錯誤，D正確?！坚槍τ?xùn)練1〗(2021·湖南株洲市高二期末)矩形線圈abcd位于通電長導(dǎo)線附近，線圈與導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，線圈的兩個邊與導(dǎo)線平行，長導(dǎo)線中已通如圖所示電流，使線圈中產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流，可采用的措施是()A．將線圈水平向右移動B．將線圈豎直向上移動C．增大導(dǎo)線中的電流D．以ab為軸線圈轉(zhuǎn)動90°的過程中〖答案〗C〖解析〗根據(jù)安培定則，直導(dǎo)線周圍的磁場如圖。將線圈水平向右移動，穿過線圈的磁通量減小，根據(jù)楞次定律，線圈中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，A錯誤；將線圈豎直向上移動，穿過線圈的磁通量不變化，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，B錯誤；增大導(dǎo)線中的電流，穿過線圈的磁通量增大，根據(jù)楞次定律，線圈中產(chǎn)生逆時針方向的感應(yīng)電流，C正確；以ab為軸線圈轉(zhuǎn)動90°的過程中，穿過線圈的磁通量減小，根據(jù)楞次定律，線圈中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，D錯誤。探究2從阻礙相對運(yùn)動的角度理解楞次定律1．阻礙導(dǎo)體與磁體間的相對運(yùn)動——“來拒去留”，如圖甲所示，條形磁體靠近線圈時，受到的是斥力；如圖乙所示，條形磁體遠(yuǎn)離線圈時，受到的是引力。2．引起感應(yīng)電流的原因：導(dǎo)體相對運(yùn)動。3．感應(yīng)電流產(chǎn)生的結(jié)果：受到安培力。4．結(jié)論：來拒去留?！祭?〗(2021·四川南充市川綿外國語高二期末)據(jù)新聞報道：2020年5月16日，廣西玉林一在建工地發(fā)生了一起事故，一施工電梯突然失控從高處墜落，此次電梯墜落事故導(dǎo)致了人員傷亡。為了防止類似意外發(fā)生，某課外研究性學(xué)習(xí)小組積極投入到如何防止電梯墜落的設(shè)計研究中，所設(shè)計的防止電梯墜落的應(yīng)急安全裝置如圖所示，在電梯轎廂上安裝上永久磁鐵，電梯的井壁上鋪設(shè)線圈，該學(xué)習(xí)小組認(rèn)為能在電梯突然墜落時減小對人員的傷害。關(guān)于該裝置，下列說法正確的是()A．當(dāng)電梯墜落至永久磁鐵在圖示位置時，裝置已經(jīng)不能起到阻礙電梯下落的作用B．當(dāng)電梯墜落至永久磁鐵在圖示位置時，線圈A、B中電流方向相反C．當(dāng)電梯墜落至永久磁鐵在圖示位置時，線圈A、B對電梯的作用力方向相反D．當(dāng)電梯突然墜落時，該裝置可使電梯做減速運(yùn)動并最終停在空中〖答案〗B〖解析〗若電梯突然墜落時，線圈內(nèi)的磁通量發(fā)生變化，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流會阻礙磁鐵的相對運(yùn)動，可起到應(yīng)急避險作用，但不能阻止磁鐵的運(yùn)動，選項D錯誤；當(dāng)電梯墜落至如圖位置時，閉合線圈A中向上的磁場減弱，感應(yīng)電流的方向從上向下看是逆時針方向，B中向上的磁場增強(qiáng)，感應(yīng)電流的方向從上向下看是順時針方向，可知A與B中感應(yīng)電流方向相反，但閉合線圈A、B都在阻礙電梯下落，對電梯的作用力方向相同，選項B正確，A、C錯誤。〖針對訓(xùn)練2〗(多選)(2021·河北保定高二上聯(lián)考)如圖所示，在一固定水平放置的閉合導(dǎo)體圓環(huán)上方，有一條形磁體，從離地面高h(yuǎn)處由靜止開始下落，最后落在水平地面上。磁體下落過程中始終保持豎直方向，并從圓環(huán)中心穿過圓環(huán)，而不與圓環(huán)接觸。若不計空氣阻力，重力加速度為g，下列說法中正確的是()A．在磁體下落的整個過程中，從上向下看圓環(huán)，圓環(huán)中的感應(yīng)電流方向始終為逆時針B．在磁體下落的整個過程中，從上向下看圓環(huán)，圓環(huán)中的感應(yīng)電流方向先逆時針后順時針C．磁體在整個下落過程中，圓環(huán)對它的作用力方向始終豎直向上D．磁體落地時的速率一定等于eq\r(2gh)〖答案〗BC〖解析〗由楞次定律分析感應(yīng)電流的方向，當(dāng)磁體靠近圓環(huán)時，取圓環(huán)為研究對象，原磁場方向向下，磁通量增大，為阻礙磁通量增大，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向向上，由安培定則可判斷感應(yīng)電流為逆時針方向(從上向下看)。同理分析，當(dāng)磁體遠(yuǎn)離圓環(huán)時，感應(yīng)電流為順時針方向(從上向下看)，故A錯誤，B正確；磁體在整個下落過程中，根據(jù)“來拒去留”可知圓環(huán)對它的作用力的方向始終豎直向上，圓環(huán)對磁體的作用力做負(fù)功，磁體的機(jī)械能減少，所以落地時的速率小于eq\r(2gh)，故C正確，D錯誤。探究3“三定則一定律”的綜合應(yīng)用安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的比較比較項目安培定則左手定則右手定則楞次定律適用場合判斷電流周圍的磁感線方向判斷通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力方向判斷導(dǎo)體切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向判斷回路中磁通量變化時產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向因果關(guān)系因電而生磁(I→B)因電而受力(I、B→F安)因動而生電(v、B→I感)因磁通量變化而生電(ΔΦ→I感)〖例3〗(多選)如圖所示裝置中，cd桿光滑且靜止。當(dāng)ab桿做如下哪些運(yùn)動時，cd桿將向右移動(導(dǎo)體棒切割磁感線速度越大，感應(yīng)電流越大)()A．向右勻速運(yùn)動 B．向右加速運(yùn)動C．向左加速運(yùn)動 D．向左減速運(yùn)動〖答案〗BD〖解析〗ab桿向右勻速運(yùn)動，在ab桿中產(chǎn)生恒定的電流，該電流在線圈L1中產(chǎn)生恒定的磁場，在L2中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以cd桿不動，故A錯誤；ab桿向右加速運(yùn)動，根據(jù)右手定則知，在ab桿上產(chǎn)生增大的由a到b的電流，根據(jù)安培定則知，在L1中產(chǎn)生方向向上且增強(qiáng)的磁場，該磁場向下通過L2，根據(jù)楞次定律知，cd桿中的電流由c到d，根據(jù)左手定則知，cd桿受到向右的安培力，向右運(yùn)動，故B正確；同理可得C錯誤，D正確。1．(從阻礙磁通量變化的角度理解楞次定律)(2021·四川廣元市高二期末)廣元市某屆科創(chuàng)大賽中，一學(xué)生設(shè)計的電磁彈射裝置的簡化模型如圖所示，線圈固定在水平放置的光滑絕緣桿上，將金屬環(huán)放在線圈左側(cè)。閉合開關(guān)時金屬環(huán)被彈射出去，則()A．從右向左看，金屬環(huán)中感應(yīng)電流沿順時針方向B．將電源正負(fù)極調(diào)換，閉合開關(guān)時金屬環(huán)將向右靠近線圈C．將金屬環(huán)放置在線圈右側(cè)，閉合開關(guān)時金屬環(huán)將向右彈射出去D．金屬環(huán)不閉合，則閉合開關(guān)時金屬環(huán)依然會產(chǎn)生感應(yīng)電流〖答案〗C〖解析〗閉合開關(guān)后，由右手定則可知線圈的左邊為N極，故穿過圓環(huán)的磁場方向向左，由于圓環(huán)中磁通量變大，由楞次定律可知，圓環(huán)中感應(yīng)電流的磁場方向向右，故從右向左看，圓環(huán)中電流方向?yàn)槟鏁r針，故A錯誤；將電源正負(fù)極對調(diào)，閉合開關(guān)時，圓環(huán)中的磁通量仍然增大，由楞次定律可知，圓環(huán)仍然向左運(yùn)動，故B錯誤；金屬環(huán)放置在右側(cè)時，閉合開關(guān)，圓環(huán)中磁通量增大，由楞次定律可知，它將向右運(yùn)動，故C正確；金屬環(huán)不閉合，磁通量變化時不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，故D錯誤。2．(從阻礙磁通量變化的角度理解楞次定律)(多選)(2021·河南許昌市高二期末)如圖所示，兩勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1和B2大小相等、方向相反。金屬圓環(huán)所在的平面和兩磁場方向垂直，金屬圓環(huán)的直徑與兩磁場的邊界重合。下列變化一定會在金屬圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()A．保持B1和B2方向不變，同時增大B1和B2B．保持B1和B2方向不變，同時減小B1和B2C．使B1方向突然反向，其他條件不變D．使B2突然消失，其他條件不變〖答案〗CD〖解析〗保持B1和B2方向不變，同時增大或減小B1和B2，金屬圓環(huán)中的磁通量始終為零，并沒有發(fā)生變化，由楞次定律可知，圓環(huán)中不會出現(xiàn)感應(yīng)電流，故A、B錯誤；使B1方向突然反向，其他條件不變，則圓環(huán)中的磁通量增大，由楞次定律可知，圓環(huán)中將出現(xiàn)感應(yīng)電流，故C正確；使B2突然消失，其他條件不變，則圓環(huán)中的磁通量增大，由楞次定律可知，圓環(huán)中將出現(xiàn)感應(yīng)電流，故D正確。3．(從阻礙相對運(yùn)動的角度理解楞次定律)如圖所示，一條形磁體從高h(yuǎn)處自由下落，中途穿過一個固定的空心線圈，開關(guān)S斷開時，由開始下落至落地用時t1，落地時速度為v1；S閉合時，由開始下落至落地用時t2，落地時速度為v2。則它們的大小關(guān)系正確的是()A．t1＞t2，v1＞v2 B．t1＝t2，v1＝v2C．t1＜t2，v1＜v2 D．t1＜t2，v1＞v2〖答案〗D〖解析〗開關(guān)S斷開時，線圈中無感應(yīng)電流，對磁體無阻礙作用，故磁體自由下落，a1＝g；當(dāng)S閉合時，線圈中有感應(yīng)電流，對磁體有阻礙作用，故a2＜g，且磁體的機(jī)械能減小，所以t1＜t2，v1＞v2，故D正確。4．(“三定則一定律”的應(yīng)用)(多選)(2021·柳林縣聯(lián)盛中學(xué)高二期末)如圖所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒PQ、MN，當(dāng)PQ在外力的作用下運(yùn)動時，MN在磁場的作用下向右運(yùn)動，則PQ所做的運(yùn)動可能是()A．向右加速運(yùn)動 B．向左加速運(yùn)動C．向右減速運(yùn)動 D．向左減速運(yùn)動〖答案〗BC〖解析〗若PQ向右加速運(yùn)動，由右手定則可知PQ中感應(yīng)電流的方向由Q到P，由安培定則可判斷出L1、L2所在處的磁場方向是自下而上的；穿過L1的磁通量增大，由楞次定律可知流過MN的感應(yīng)電流方向由N到M，由左手定則可判斷出MN受到向左的安培力，將向左運(yùn)動，故A錯誤；若PQ向左加速運(yùn)動，由右手定則可知PQ中感應(yīng)電流的方向由P到Q，由安培定則可判斷出L1、L2所在處的磁場方向是自上而下的；穿過L1的磁通量增大，由楞次定律可知流過MN的感應(yīng)電流方向由M到N，由左手定則