高中物理第4章电磁感应3楞次定律同步备课教学案新人教版选修32Word下载.docx
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感应电流的方向(在螺线管上俯视)
逆时针
顺时针
感应电流的磁场方向(向上或向下)
原磁场与感应电流磁场的方向关系
相反
相同
请根据上表所填内容理解:
甲、乙两种情况下,磁通量都增加,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;
丙、丁两种情况下,磁通量都减少,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同.
[知识梳理] 楞次定律:
(1)内容:
感应电流总是具有这样的方向,就是感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化.
(2)理解:
当磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相反,当磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向相同,即增反减同.
[即学即用] 判断下列说法的正误.
(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)感应电流的磁场可能与引起感应电流的磁场方向相同.( )
(3)感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.( )
答案
(1)×
(2)√ (3)√
二、右手定则
[导学探究] 如图2所示,导体棒ab向右做切割磁感线运动.
图2
(1)请用楞次定律判断感应电流的方向.
(2)感应电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向三者之间什么关系?
根据课本P13右手定则,自己试着做一做.
答案
(1)感应电流的方向a→d→c→b→a.
(2)满足右手定则.
[知识梳理] 右手定则:
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.
(1)右手定则只能用来判断导体垂直切割磁感线时的感应电流方向.( )
(2)所有的电磁感应现象都可以用楞次定律判断感应电流方向.( )
(3)所有的电磁感应现象,都可以用安培定则判断感应电流方向.( )
(4)当导体不动,而磁场运动时,不能用右手定则判断感应电流方向.( )
(2)√ (3)×
(4)×
一、楞次定律的理解
1.因果关系:
楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系,磁通量发生变化是原因,产生感应电流是结果.
2.“阻碍”的含义:
(1)谁阻碍——感应电流产生的磁场.
(2)阻碍谁——阻碍引起感应电流的磁通量的变化.
(3)如何阻碍——当原磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;
当原磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同.
(4)阻碍效果——阻碍并不是阻止,结果增加的还是增加,减少的还是减少.
注意:
从相对运动的角度看,感应电流的效果是阻碍相对运动.
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
答案 A
解析 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.
二、楞次定律的应用
例2
(多选)如图3所示,闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在有界匀强磁场中,将它从匀强磁场中匀速拉出,以下各种说法中正确的是( )
图3
A.向左拉出和向右拉出时,环中的感应电流方向相反
B.向左或向右拉出时,环中感应电流方向都是沿顺时针方向的
C.向左或向右拉出时,环中感应电流方向都是沿逆时针方向的
D.将圆环左右拉动,当环全部处在磁场中运动时,圆环中无感应电流
答案 BD
解析 将金属圆环不管从哪边拉出磁场,穿过闭合圆环的磁通量都要减少,根据楞次定律可知,感应电流的磁场要阻碍原磁通量的减少,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,应用安培定则可以判断出感应电流的方向是顺时针方向的,选项B正确,A、C错误;
另外在圆环离开磁场前,穿过圆环的磁通量没有改变,该种情况无感应电流,D正确.
楞次定律应用四步曲
(1)确定原磁场方向;
(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.
针对训练 如图4所示,金属环所在区域存在着匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里.当磁感应强度逐渐增大时,内、外金属环中感应电流的方向为( )
图4
A.外环顺时针、内环逆时针
B.外环逆时针、内环顺时针
C.内、外环均为逆时针
D.内、外环均为顺时针
答案 B
解析 首先明确研究的回路由外环和内环共同组成,回路中包围的磁场方向垂直纸面向里且内、外环之间的磁通量增加.由楞次定律可知两环之间的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,垂直于纸面向外,再由安培定则判断出感应电流的方向是:
在外环沿逆时针方向,在内环沿顺时针方向,故选项B正确.
三、右手定则的应用
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( )
解析 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.
1.某磁场磁感线如图5所示,有一铜线圈自图中A处落至B处,在下落过程中,自上向下看,线圈中的感应电流方向是( )
图5
A.始终顺时针
B.始终逆时针
C.先顺时针再逆时针
D.先逆时针再顺时针
答案 C
解析 自A处落至图示位置时,穿过线圈的磁通量增加,由楞次定律知线圈中感应电流方向为顺时针,从图示位置落至B处时,穿过线圈的磁通量减少,由楞次定律知,线圈中感应电流方向为逆时针,C项正确.
2.磁铁在线圈中心上方开始运动时,线圈中产生如图6方向的感应电流,则磁铁( )
图6
A.向上运动B.向下运动
C.向左运动D.向右运动
3.如图7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( )
图7
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
答案 D
解析 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.
4.1931年,英国物理学家狄拉克曾经从理论上预言:
存在只有一个磁极的粒子,即“磁单极子”.1982年,美国物理学家卡布莱拉设计了一个寻找磁单极子的实验.他设想,如果一个只有N极的磁单极子从上向下穿过如图8所示的超导线圈,那么,从上向下看,超导线圈上将出现( )
图8
A.先顺时针方向,后逆时针方向的感应电流
B.先逆时针方向,后顺时针方向的感应电流
C.顺时针方向持续流动的感应电流
D.逆时针方向持续流动的感应电流
解析 N极磁单极子从上向下通过时,穿过线圈的磁通量先向下增加,接着突变为向上减少.故由楞次定律知,感应电流的磁场一直向上,故电流始终为逆时针.
选择题(1~8题为单选题,9~12题为多选题)
1.根据楞次定律可知,感应电流的磁场一定是( )
A.与引起感应电流的磁场反向
B.阻止引起感应电流的原磁通量的变化
C.阻碍引起感应电流的原磁通量的变化
D.使电路磁通量为零
2.如图1所示,在一水平、固定的闭合导体圆环上方,有一条形磁铁(N极朝上,S极朝下)由静止开始下落,磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触.关于圆环中感应电流的方向(从上向下看),下列说法正确的是( )
A.总是顺时针
B.总是逆时针
C.先顺时针后逆时针
D.先逆时针后顺时针
解析 磁铁下落过程中原磁场是向上的,穿过圆环的磁通量先增大后减小,由楞次定律可判断出选项C正确.
3.如图2所示,CDEF是一个矩形金属框,当导体棒AB向右移动时,回路中会产生感应电流,则下列说法中正确的是( )
A.导体棒中的电流方向由B→A
B.电流表A1中的电流方向由F→E
C.电流表A1中的电流方向由E→F
D.电流表A2中的电流方向由D→C
解析 根据右手定则,导体棒内部电流方向为A到B,所以电流表A1中的电流方向由F→E,A、C错,B对.同理电流表A2中的电流方向由C→D,D错.
4.电阻R、电容器C与一线圈连成闭合电路,条形磁铁位于线圈的正上方,N极朝下,如图3所示.现使磁铁N极远离线圈上端的过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是( )
A.从b到a,下极板带正电
B.从a到b,下极板带正电
C.从b到a,上极板带正电
D.从a到b,上极板带正电
解析 当磁铁开始由图示位置向上运动时,向下穿过线圈的磁通量变小,由楞次定律可得,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,即向下,再由安培定则可得感应电流方向沿线圈盘旋而上,由于线圈相当于电源,则流过R的电流方向是从a到b,电容器上极板带正电.故选D.
5.如图4所示,一圆形金属线圈放置在水平桌面上,匀强磁场垂直桌面竖直向下,过线圈上A点作切线OO′,OO′与线圈在同一平面上.在线圈以OO′为轴翻转180°
的过程中,线圈中电流方向( )
A.始终为A→B→C→A
B.始终为A→C→B→A
C.先为A→C→B→A再为A→B→C→A
D.先为A→B→C→A再为A→C→B→A
解析 在线圈以OO′为轴翻转0~90°
的过程中,穿过线圈正面向里的磁通量逐渐减少,由楞次定律可知感应电流方向为A→B→C→A;
线圈以OO′为轴翻转90°
~180°
的过程中,穿过线圈反面向里的磁通量逐渐增加,由楞次定律可知感应电流方向仍然为A→B→C→A,
A正确.
6.如图5所示为一个圆环形导体,有一个带负电的粒子沿直径方向在圆环表面匀速掠过的过程,环中感应电流的情况( )
A.无感应电流
B.有逆时针方向的感应电流
C.有顺时针方向的感应电流
D.有先逆时针方向后顺时针方向的感应电流
解析 由题意可知,带负电的粒子沿直径方向运动,周围会产生磁场,但因沿着直径运动,则穿过圆环的合磁通量为零,因此没有感应电流,故A正确,B、C、D错误.
7.长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动,如图6甲所示.长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的交流电,i-t图象如图乙所示.规定沿长直导线方向向上的电流为正方向.关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方向,下列说法正确的是( )
A.由顺时针方向变为逆时针方向
B.由逆时针方向变为顺时针方向
C.由顺时针方向变为逆时针方向,再变为顺时针方向
D.由逆时针方向变为顺时针方向,再变为逆时针方向
解析 0~
时间内,直导线中的电流增大,通过线框中的磁通量增大,线框中产生逆时针方向的电流.
~
时间内,直导线中的电流减小,通过线框中的磁通量减小,线框中产生顺时针方向的电流,同样判断出第3个、第4个
周期时间内的电流方向分别为顺时针和逆时针.
8.如图7所示,一对大磁极,中间处可视为匀强磁场,上、下边缘处为非匀强磁场,一矩形导线框abcd保持水平,从两磁极间中心上方某处开始下落,并穿过磁场,则( )
A.线框中有感应电流,方向是先a→b→c→d→a后d→c→b→a→d
B.线框中有感应电流,方向是先d→c→b→a→d后a→b→c→d→a
C.受磁场力的作用,线框要发生转动
D.线框中始终没有感应电流
解析 由于线框从两极间中心上方某处开始下落,根据对称性知,下落过程中穿过线框abcd的磁通量始终是零,没有变化,所以始终没有感应电流,因此不会受磁场力的作用.故选项D正确.
9.某空间出现了如图8所示的一组闭合电场线,方向从上向下看是顺时针的,这可能是( )
A.沿AB方向磁场在迅速减弱
B.沿AB方向磁场在迅速增强
C.沿BA方向磁场在迅速增强
D.沿BA方向磁场在迅速减弱
答案 AC
10.要使图9中b线圈中产生图示方向的电流,可采取的办法有( )
图9
A.闭合开关S
B.闭合开关S后,把b靠近a
C.闭合开关S后,把滑动变阻器R的滑片左移
D.闭合开关S后,把a中铁芯向左边抽出
答案 CD
11.如图10所示,通电直导线L和平行直导线放置的闭合导体框abcd,当通电导线L运动时,以下说法正确的是( )
图10
A.当导线L向左平移时,导体框abcd中感应电流的方向为abcda
B.当导线L向左平移时,导体框abcd中感应电流的方向为adcba
C.当导线L向右平移时(未到达ad),导体框abcd中感应电流的方向为abcda
D.当导线L向右平移时(未到达ad),导体框abcd中感应电流的方向为adcba
答案 AD
解析 当导线L向左平移时,闭合导体框abcd中磁场减弱,磁通量减少,abcd回路中产生的感应电流的磁场将阻碍原磁通量的减少,由于导线L在导体框abcd中磁场方向垂直纸面向里,所以abcd中感应电流的磁场方向应为垂直纸面向里,由安培定则可知感应电流的方向为abcda,选项A正确;
当导线L向右平移时(未到达ad),闭合导体框abcd中磁场增强,磁通量增加,abcd回路中产生的感应电流的磁场将阻碍原磁通量的增加,可知感应电流的磁场为垂直纸面向外,再由安培定则可知感应电流的方向为adcba,选项D正确.
12.如图11所示,导体棒AB、CD可在水平轨道上自由滑动,当导体棒AB向左移动时( )
图11
A.AB中感应电流的方向为A到B
B.AB中感应电流的方向为B到A
C.CD向左移动
D.CD向右移动
解析 由右手定则可判断AB中感应电流方向为A→B,CD中电流方向为C→D,由左手定则可判定CD受到向右的安培力作用而向右运动.
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