高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 楞次定律导学案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 楞次定律导学案，共11页。


一、楞次定律
1．探究感应电流的方向
(1)实验器材：条形磁铁、电流表、线圈、导线、一节干电池(用来查明线圈中电流的流向与电流表中指针偏转方向的关系)。
(2)实验现象：如图所示，在四种情况下，将实验结果填入下表。
①线圈内磁通量增加时的情况
②线圈内磁通量减少时的情况
(3)实验结论
表述一：当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同。
表述二：当磁铁靠近线圈时，两者相斥；当磁铁远离线圈时，两者相吸。
2．楞次定律
感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
二、右手定则
1．内容
伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。如图所示。
2．适用范围
适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)感应电流的磁场总是与引起感应电流的磁场方向相反。(×)
(2)楞次定律表明感应电流的效果总是与引起感应电流的原因相对抗。(√)
(3)右手定则只适用于闭合电路中的部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。(√)
(4)使用右手定则时必须让磁感线垂直穿过掌心。(×)
(5)任何感应电流方向的判断既可使用楞次定律，又可使用右手定则。(×)
2．根据楞次定律可知感应电流的磁场一定( )
A．阻碍引起感应电流的磁通量
B．与引起感应电流的磁场反向
C．阻碍引起感应电流的磁通量的变化
D．与引起感应电流的磁场方向相同
C [感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化，而不是阻碍磁通量，它和引起感应电流的磁场可以同向，也可以反向。]
3.如图所示，光滑平行金属导轨PP′和QQ′都处于同一水平面内，P和Q之间连接一电阻R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中。现垂直于导轨放置一根导体棒MN，MN向右运动时，电流方向为 ，MN向左运动时，电流方向为 。(均选填“M→N”或“N→M”)
[答案] N→M M→N
按图将磁铁从线圈中插入和拔出，引导学生观察现象，提出：
1．为什么在线圈内有电流？
2．插入和拔出磁铁时，电流方向一样吗？为什么？
提示：1.闭合回路磁通量变化 2.相反，磁通量变化不一样
1．因果关系
闭合导体回路中原磁通量的变化是产生感应电流的原因，而感应电流的磁场的产生是感应电流存在的结果，即只有当闭合导体回路中的磁通量发生变化时，才会有感应电流的磁场出现。
2．楞次定律中“阻碍”的含义
【例1】 关于楞次定律，下列说法正确的是( )
A．感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
B．闭合电路的一部分导体在磁场中运动时，必受磁场阻碍作用
C．原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场同向
D．感应电流的磁场总是跟原磁场反向，阻碍原磁场的变化
A [感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，选项A正确；闭合电路的一部分导体在磁场中平行磁感线运动时，不受磁场阻碍作用，选项B错误；原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场反向，选项C错误；当原磁场增强时感应电流的磁场跟原磁场反向，当原磁场减弱时感应电流的磁场跟原磁场同向，选项D错误。]
eq \([跟进训练])
1．关于感应电流，以下说法中正确的是( )
A．感应电流的方向总是与原电流的方向相反
B．感应电流的方向总是与原电流的方向相同
C．感应电流的磁场总是阻碍闭合电路内原磁场的磁通量的变化
D．感应电流的磁场总是与原线圈内的磁场方向相反
C [由楞次定律可知，感应电流的磁场总是阻碍闭合电路内部原磁场的磁通量的变化，故C正确；如果原磁场中的磁通量是增大的，则感应电流的磁场方向就与它相反，来阻碍它的增大，如果原磁场中的磁通量是减小的，则感应电流的磁场方向就与它相同，来阻碍它的减小，故A、B、D错误。]
法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图所示。软铁环上绕有M、N两个线圈，当M线圈电路中的开关断开的瞬间，中的感应电流沿什么方向？
判断线圈N中的电流方向
提示：闭合瞬间向上，断开瞬间向下。
楞次定律应用四步曲
1．确定原磁场的方向。
2．判定产生感应电流的磁通量如何变化(增加还是减少)。
3．根据楞次定律确定感应电流的磁场方向(增反减同)。
4．判定感应电流的方向。
该步骤也可以简单地描述为“一原二变三感四螺旋”，一原——确定原磁场的方向；二变——确定磁通量是增加还是减少；三感——判断感应电流的磁场方向；四螺旋——用右手螺旋定则判断感应电流的方向。
【例2】 电阻R、电容C与一线圈连成闭合电路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图所示。现使磁铁开始自由下落，在N极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是( )
A．从a到b，上极板带正电
B．从a到b，下极板带正电
C．从b到a，上极板带正电
D．从b到a，下极板带正电
思路点拨：
D [在磁铁自由下落，N极接近线圈上端的过程中，通过线圈的磁通量方向向下且在增大，根据楞次定律可判断出线圈中感应电流的磁场方向向上，利用安培定则可判知线圈中感应电流方向为逆时针(由上向下看)，流过R的电流方向从b到a，电容器下极板带正电。选项D正确。]
上例中，若条形磁铁穿过线圈，在S极离开线圈下端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是怎样的？
提示：根据楞次定律，S极离开时，穿过线圈的磁通量方向向下且在减少，线圈中的感应电流方向为顺时针(由上向下看)，流过R的电流方向从a到b，电容器下极板带负电，上极板带正电。
1．“阻碍”并不是“阻止”，一字之差，相去甚远。要知道原磁场是主动的，感应电流的磁场是被动的，原磁通仍要发生变化，感应电流的磁场只是阻碍变化而已。
2．楞次定律判断感应电流的方向具有普遍意义。
在磁体靠近(或远离)线圈过程中，都要克服电磁力做功，克服电磁力做功的过程就是将其他形式的能转化为电能的过程。正是“阻碍”的形成产生了电磁感应现象。
eq \([跟进训练])
2．(多选)如图所示，足够长的通电导线旁边同一平面有矩形线圈abcd，则( )
A．若线圈向右平动，其中感应电流方向是a→b→c→d
B．若线圈竖直向下平动，无感应电流产生
C．当线圈以ad边为轴转动时(转动角度小于90°)，其中感应电流方向是a→b→c→d
D．当线圈向导线靠近时，其中感应电流方向是a→b→c→d
BD [根据安培定则知，线圈所在处的磁场垂直纸面向里，当线圈向右平动、以ad边为轴转动时，穿过线圈的磁通量减少，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同，感应电流方向为a→d→c→b，A、C错误；若线圈竖直向下平动，无感应电流产生，B正确；若线圈向导线靠近时，穿过线圈的磁通量增加，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向反向，垂直纸面向外，感应电流方向为a→b→c→d，D正确．]
如图所示，在长直载流导线附近有一个矩形线圈ABCD，线圈与导线始终在同一个平面内。线圈在导线的右侧平移时，其中产生了A→B→C→D→A方向的电流。请判断：线圈在向哪个方向移动？
判断线圈移动的方向
提示：向左移动。
1．适用范围：闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流方向的判断。
2．右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和电流方向三者之间的相互垂直关系。
(1)大拇指的方向是导体相对磁场切割磁感线的运动方向，既可以是导体运动而磁场未动，也可以是导体未动而磁场运动，还可以是两者以不同速度同时运动。
(2)四指指向电流方向，切割磁感线的导体相当于电源。
【例3】 下列图中表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景，导体ab上的感应电流方向为a→b的是( )
A B C D
A [题中四图都属于闭合电路的一部分导体切割磁感线，应用右手定则判断可得：A中电流方向为a→b，B中电流方向为b→a，C中电流方向沿a→d→c→b→a，D中电流方向为b→a。故选A。]
eq \([跟进训练])
3．如图所示，匀强磁场与圆形导体环平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时
A．圆环中磁通量不变，环上无感应电流产生
B．整个环中有顺时针方向的电流
C．整个环中有逆时针方向的电流
D．环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流
D [由右手定则知ef上的电流由e→f，故右侧的电流方向为逆时针，左侧的电流方向为顺时针，选D。]
1.如图所示，导线框abcd与直导线在同一平面内，直导线通有恒定电流I，在线框由左向右匀速通过直导线的过程中，线框中感应电流的方向是( )
A．先abcd，后dcba，再abcd
B．先abcd，后dcba
C．始终dcba
D．先dcba，后abcd，再dcba
D [线框在直导线左侧时，随着线框向右运动，向外的磁通量增加，根据楞次定律线框中感应电流的方向为dcba。在线框的cd边跨过直导线后，如图所示，根据右手定则ab边产生的感应电流方向为a→b，cd边产生的感应电流方向为c→d。线框全部跨过直导线后，随着向右运动，向内的磁通量减少，根据楞次定律知线框中感应电流的方向为dcba。故选项D正确。]
2.如图所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管，则电路中( )
A．始终有感应电流自a向b流过电流表Ⓖ
B．始终有感应电流自b向a流过电流表Ⓖ
C．先有a→Ⓖ→b方向的感应电流，后有b→Ⓖ→a方向的感应电流
D．将不会产生感应电流
C [在条形磁铁进入螺线管过程中，闭合线圈中的磁通量增加，产生感应电流方向为a→Ⓖ→b；当条形磁铁完全进入螺线管，闭合线圈中的磁通量不变，无感应电流产生；在条形磁铁穿出螺线管过程中，闭合线圈中的磁通量减少，产生感应电流方向为b→Ⓖ→a，选项C正确。]
3．(多选)如图所示，竖直向下的匀强磁场中，有一个带铜轴的铜盘，用铜刷把盘边缘和轴连接，外接一电流表，当铜盘按图示匀速转动，则( )
A．Ⓖ中有a→b的电流
B．Ⓖ中有b→a的电流
C．盘面磁通量不变，不产生感应电流
D．有从盘边缘向盘中心的电流
BD [沿铜盘半径方向的“铜棒”切割磁感线，由右手定则可判定选项B、D正确．]
4．如图所示，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是( )
A．PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向
B．PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向
C．PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向
D．PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向
D [金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，闭合回路PQRS中磁场方向垂直纸面向里，磁通量增大，由楞次定律可判断，闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场垂直纸面向外，由安培定则可判断感应电流方向为逆时针；由于闭合回路PQRS中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向外，与原磁场方向相反，则T中磁通量减小，由楞次定律可判断，T中感应电流产生的磁场方向垂直纸面向里，由安培定则可知T中感应电流方向为顺时针，选项D正确．]
5．现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图所示方式连接。在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，电流计指针向右偏转。由此可以推断( )
A．线圈A向上移动或滑动变阻器的滑动端P向右加速滑动，都能引起电流计指针向左偏转
B．线圈A中铁芯向上拔出或断开开关，都能引起电流计指针向右偏转
C．滑动变阻器的滑动端P匀速向左或匀速向右滑动，都能使电流计指针静止在中央
D．因为线圈A、线圈B的绕线方向未知，故无法判断电流计指针偏转的方向
B [滑动变阻器的滑动端P向左加速滑动时，线圈A中电流减小，穿过线圈B中的磁通量减小，闭合电路中产生感应电流，电流表指针向右偏转。当线圈A中的铁芯向上拔出或断开开关时，线圈B中的磁通量均减小，电流计指针均向右偏转，故选B。]
图号
磁场方向
感应电流的方向
感应电流的磁场方向
甲
向下
逆时针(俯视)
向上
乙
向上
顺时针(俯视)
向下
图号
磁场方向
感应电流的方向
感应电流的磁场方向
丙
向下
顺时针(俯视)
向下
丁
向上
逆时针(俯视)
向上
楞次定律的理解
楞次定律的应用
右手定则的应用