高中物理选修32优质学案43楞次定律.docx

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高中物理选修32优质学案43楞次定律

第3节　楞次定律

学习目标

核心提炼

1.通过实验探究归纳出判断感应电流方向的规律——楞次定律。

2个规律——楞次定律和右手定则

3个定则的区别——左手定则、右手定则、安培定则的区别

2.理解楞次定律中“阻碍”的含义，能熟练运用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向。

3.理解楞次定律符合能量守恒定律，明确能量转化的方向。

一、楞次定律

　阅读课本第9～11页，弄清图4.3－2甲、乙、丙、丁实验过程中磁场方向、磁通量变化与感应电流方向的关系，并归纳出楞次定律。

1.实验探究

根据如图1甲、乙、丙、丁所示进行电路图连接与实验操作，并填好实验现象。

图1

甲

乙

丙

丁

条形磁铁运动的情况

N极向下插入线圈

S极向下插入线圈

N极向上拔出线圈

S极向上拔出线圈

原磁场方向（向上或向下）

向下

向上

向下

向上

穿过线圈的磁通量变化情况（增加或减少）

增加

增加

减少

减少

感应电流的方向（在螺线管上俯视）

逆时针

顺时针

顺时针

逆时针

感应电流的磁场方向（向上或向下）

向上

向下

向下

向上

原磁场与感应电流磁场的方向关系

相反

相反

相同

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。

2.楞次定律

（1）内容：

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。

（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。

思考判断

（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。

（√）

二、右手定则

　阅读教材第12～13页，了解导体切割磁感线时，产生的感应电流方向的判断。

1.当导体做切割磁感线运动时，可以用右手定则判断感应电流的方向。

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。

2.当切割磁感线时四指的指向就是感应电流的方向，即感应电动势的方向（注意等效电源内部感应电流方向，由负极指向正极）。

思维拓展

（1）右手定则与楞次定律有什么关系？

两定律各在什么情况下使用较方便？

（2）什么情况下应用右手定则，什么情况下应用左手定则？

[答案]　

（1）导体运动切割磁感线产生感应电流是磁通量变化引起感应电流的特例，所以右手定则是楞次定律的特例。

①楞次定律适用于所有电磁感应现象，对于磁通量发生变化而产生的电磁感应现象较方便。

②右手定则只适用于导体做切割磁感线运动的情况。

（2）因动而生电时用右手定则；因电而受力时用左手定则。

预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中

问题1

问题2

　楞次定律的理解和应用

[要点归纳]　

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

[精典示例]

[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

[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。

[答案]　A

[例2]（多选）如图2所示，闭合金属圆环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，以下各种说法正确的是（　　）

图2

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

[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；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，选项D正确。

[答案]　BD

应用楞次定律判断感应电流方向的步骤

[针对训练1]小管同学为了探究感应电流的方向与什么因素有关，他把一灵敏电流计与一个线圈相连构成闭合电路，然后将条形磁铁插入或拔出线圈，如图3所示。

其中线圈中所标箭头方向为感应电流方向。

则下列判断正确的是（　　）

图3

A.甲图磁铁正在向下运动B.乙图磁铁正在向上运动

C.丙图磁铁正在向上运动D.丁图磁铁正在向上运动

[解析]　根据线圈中感应电流的方向，由右手螺旋定则可知，甲和丙中的线圈上端为感应电流磁场的S极，乙和丁中的线圈上端为N极，由楞次定律的“阻碍”含义知，甲和丁图中磁铁正在向上运动，乙和丙图中磁铁正在向下运动，故选项A、B、C错误，D正确。

[答案]　D

　右手定则的应用

[要点归纳]　

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，即为电动势方向，切割磁感线的导体相当于电源。

[精典示例]

[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。

故选项A正确。

[答案]　A

[针对训练2]如图4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，则下列说法正确的是（　　）

图4

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，选项A、C错误，B正确，同理电流表A2中的电流方向由C→D，选项D错误。

[答案]　B

1.（楞次定律的应用）（多选）如图5所示，在竖直通电导线旁同一平面内有矩形线圈abcd。

则（　　）

图5

A.若线圈竖直向下平动，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.若线圈向右平动，其中感应电流方向是a→b→c→d

D.当线圈向导线靠近时（仍在导线右侧），其中感应电流方向是a→b→c→d

[解析]　若线圈竖直向下平动，穿过线圈的磁通量不变，无感应电流产生，选项A错误，B正确；若线圈向右平动，穿过线圈向里的磁通量减少，根据楞次定律可知，感应电流方向是a→d→c→b，选项C错误；当线圈向导线靠近时，穿过线圈向里的磁通量增大，根据楞次定律可知，产生感应电流的方向为a→b→c→d，选项D正确。

[答案]　BD

2.（楞次定律的应用）如图6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（　　）

图6

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

[解析]　当条形磁铁进入螺线管时，闭合线圈中的磁通量增加，产生感应电流方向为a→

→b；当条形磁铁穿出螺线管时，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。

[答案]　C

3.（右手定则的应用）（多选）如图7所示，竖直向下的匀强磁场中，有一个带铜轴的铜盘，用铜刷把盘缘和轴连接，外接一电流表，当铜盘按图示匀速转动，则（　　）

图7

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.有从盘缘向盘中心的电流

[解析]　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。

[答案]　BD

4.（右手定则的应用）（2017·莱州一中高二检测）如图8所示，同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好，匀强磁场的方向垂直纸面向里。

导体棒的电阻可忽略，当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是（　　）

图8

A.流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由b到a

B.流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到a

C.流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由a到b

D.流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由a到b

[解析]　根据磁场方向和导体棒的运动方向，用右手定则可以判断出在导体棒PQ中产生的感应电动势的方向由P指向Q，即导体棒下端电势高、上端电势低，所以在接入R的闭合电路中，电流由c流向d，在接入r的闭合电路中，电流由b流向a。

选项B正确。

[答案]　B

5.（楞次定律和右手定则的综合应用）（2017·全国卷Ⅲ，15）如图9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（　　）

图9

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

[解析]　金属杆PQ突然向右运动，由右手定则可知，PQRS中有沿逆时针方向的感应电流，穿过圆环形金属线框T中的磁通量减小，由楞次定律可知，T中有沿顺时针方向的感应电流，故选项D正确，A、B、C错误。

[答案]　D