标题学年高中物理三维设计人教版选修32浙江专版第四章 第3节 楞次定律.docx

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标题学年高中物理三维设计人教版选修32浙江专版第四章第3节楞次定律

第3节

楞次定律

楞次定律

[探新知·基础练]

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：

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

②线圈内磁通量减少时的情况：

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

（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，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

[辨是非]（对的划“√”，错的划“×”）

1．感应电流的磁场总与原磁场方向相反。

（　　）

2．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的磁通量。

（　　）

3．感应电流的磁场有可能阻止原磁通量的变化。

（　　）

答案：

1.×　2.×　3.×

[释疑难·对点练]

1．对楞次定律的理解

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

3．楞次定律的使用步骤

[试身手]

1．根据楞次定律可知感应电流的磁场一定是（　　）

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同向

解析：

选C　根据楞次定律，感应电流的磁场阻碍的是引起它的磁通量的变化，而不是引起它的磁通量。

故A选项错误，C选项正确；感应电流的磁场方向与原磁通量的变化有关，可能与引起感应电流的磁场反向也可能同向，故B、D选项错误。

右手定则

[探新知·基础练]

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。

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。

[辨是非]（对的划“√”，错的划“×”）

1．导体棒不垂直切割磁感线时，也可以用右手定则判断感应电流方向。

（　　）

2．凡可以用右手定则判断感应电流方向的，均能用楞次定律判断。

（　　）

3．右手定则即右手螺旋定则。

（　　）

答案：

1.√　2.√　3.×

[释疑难·对点练]

1．楞次定律与右手定则的关系

楞次定律

右手定则

研究对象

整个闭合导体回路

闭合导体回路的一部分

适用范围

磁通量变化引起感应电流的各种变化情况

一段导线在磁场中做切割磁感线运动

关系

右手定则是楞次定律的特殊情况

2．感应电动势方向的判断方法

（1）存在感应电动势的那部分导体相当于电源，在电源内部的电流方向与电动势方向相同。

（2）由楞次定律判断出的感应电流方向就是感应电动势的方向。

（3）当电路不闭合时，只要磁通量发生变化或部分导体切割磁感线，则必有感应电动势，此时可假设电路闭合，感应电动势的方向用楞次定律判定，或直接用右手定则判定。

[试身手]

2．（多选）（2017·绍兴一中月考）下列选项表示的是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b→a的是（　　）

解析：

选BCD　根据右手定则，A中感应电流方向是a→b；B、C、D中感应电流方向都是b→a；故选B、C、D。

用楞次定律判断感应电流的方向

[典例1]　如图所示，一水平放置的矩形线圈abcd，在细长的磁铁的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，从图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近Ⅱ。

在这个过程中，线圈中感应电流（　　）

A．沿abcd流动

B．沿dcba流动

C．由Ⅰ到Ⅱ是沿abcd流动，由Ⅱ到Ⅲ是沿dcba流动

D．由Ⅰ到Ⅱ是沿dcba流动，由Ⅱ到Ⅲ是沿abcd流动

[解析]　矩形线圈由位置Ⅰ到位置Ⅱ和由位置Ⅱ到位置Ⅲ两过程中，穿过线圈的磁感线方向相反。

由条形磁铁的磁场可知，线圈在位置Ⅱ时穿过闭合线圈的磁通量最少（为零），线圈从位置Ⅰ到位置Ⅱ，从下向上穿过线圈的磁通量在减少，线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ，从上向下穿过线圈的磁通量在增加，根据楞次定律可知感应电流的方向是abcd，A正确。

[答案]　A

1．应用楞次定律判断感应电流的一般步骤：

2．磁通量变化比较复杂时可以分段：

把磁通量变化分成单调变化的区间来处理。

楞次定律和右手定则的灵活运用

[典例2]　如图所示，导线框abcd与通电直导线在同一平面内，直导线通有恒定电流并通过ad和bc的中点，当线框向右运动的瞬间，则（　　）

A．线框中有感应电流，且沿顺时针方向

B．线框中有感应电流，且沿逆时针方向

C．线框中有感应电流，但方向难以判断

D．由于穿过线框的磁通量为零，所以线框中没有感应电流

[解析]　方法一：

首先由安培定则判断通电直导线周围的磁场方向（如图所示），因ab导线向右做切割磁感线运动，由右手定则判断感应电流由a→b，同理可判断cd导线

中的感应电流方向由c→d，ad、bc两边不做切割磁感线运动，所以整个线框中的感应电流是沿逆时针方向的。

故B选项正确。

方法二：

首先由安培定则判断通电直导线周围的磁场方向（如图所示），由对称性可知合磁通量Φ＝0；当导线框向右运动时，穿过线框的磁通量增大（方向垂直向里），由楞次定律可知感应电流的磁场方向垂直纸面向外，最后由安培定则判断感应电流沿逆时针方向，故B选项正确。

[答案]　B

右手定则在判断由于部分导体切割磁感线的感应电流方向时针对性强，若电路中多个部分导体做切割磁感线运动时，应用楞次定律更便捷。

“三定则一定律”的区别和应用

[典例3]　（多选）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。

现将垂直于导轨放置一根导体棒MN，用一水平向右的力F拉动导体棒MN，以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是（　　）

A．感应电流方向是N→M

B．感应电流方向是M→N

C．安培力水平向左

D．安培力水平向右

[解析]　由右手定则知，MN中感应电流方向是N→M，再由左手定则可知，MN所受安培力方向垂直导体棒水平向左，A、C正确。

[答案]　AC

“三定则一定律”应用于不同的现象

基本现象

应用的定则或定律

运动电荷、电流产生的磁场

右手螺旋定则

磁场对运动电荷、电流的作用力

左手定则

电磁

感应

导线切割磁感线

右手定则

闭合回路磁通量变化

楞次定律

[课堂对点巩固]

1．（多选）下列说法正确的是（　　）

A．感应电流的磁场方向总是与引起感应电流的磁场方向相反

B．感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场的磁通量的变化情况有关

C．楞次定律只能判定闭合回路中感应电流的方向

D．楞次定律可以判定不闭合的回路中感应电动势的方向

解析：

选BD　感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，如果是因磁通量的减小而引起的感应电流，则感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相同，阻碍磁通量的减小；反之，则感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相反，阻碍磁通量的增大，故A项错误，B项正确；楞次定律既可以判定闭合回路中感应电流的方向，也可以判定不闭合回路中感应电动势的方向；C项错误，D项正确。

2．如图所示，当导体棒MN在外力作用下沿导轨向右运动时，流过R的电流方向是（　　）

A．由A→B

B．由B→A

C．无感应电流

D．无法确定

解析：

选A　导体棒MN在外力作用下沿导轨向右运动而切割磁感线产生感应电流，根据右手定则可以判定流过R的电流方向为由A→B，故A正确。

3.如图所示，一线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平位置，释放后让它在匀强磁场中运动，已知线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位置时（Ⅱ位置正好是细杆竖直的位置），线圈内的感应电流方向（顺着磁场方向看去）是（　　）

A．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位置均是顺时针方向

B．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位置均是逆时针方向

C．Ⅰ位置是顺时针方向，Ⅱ位置为零，Ⅲ位置是逆时针方向

D．Ⅰ位置是逆时针方向，Ⅱ位置为零，Ⅲ位置是顺时针方向

解析：

选D　本题关键是判定出Ⅰ、Ⅱ位置时磁通量的变化情况，线圈由初始位置向Ⅰ位置运动过程中，沿磁场方向的磁通量逐渐增大，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，从右向左穿过线圈，根据安培定则，Ⅰ位置时感应电流的方向（沿磁感线方向看去）是逆时针方向；在Ⅱ位置时由左向右穿过线圈的磁通量最大，由Ⅱ位置向Ⅲ位置运动时，向右穿过线圈的磁通量减少，根据楞次定律，感应电流的磁场方向向右，阻碍它的减少，根据安培定则可判定Ⅲ位置的电流方向（沿磁感线方向看去）是顺时针方向，且知Ⅱ位置时感应电流为零。

故D正确。

4.如图所示，当磁场的磁感应强度B增强时，内、外金属环上的感应电流的方向应为（　　）

A．内环顺时针，外环逆时针

B．外环顺时针，内环逆时针

C．内、外环均为顺时针

D．内、外环均为逆时针

解析：

选A　当磁场增强时，根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍原磁场的增强，其方向必然与正在增强的磁场方向相反，即垂直纸面向外，再应用安培定则可得，回路中的感应电流方向为：

外环逆时针，内环顺时针。

正确选项为A。

[课堂小结]

[课时跟踪检测

（二）]

一、单项选择题

1．关于感应电流，下列说法正确的是（　　）

A．根据楞次定律知，感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量

B．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化

C．感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同，也可能相反

D．当导体切割磁感线运动时，必须用右手定则确定感应电流的方向

解析：

选C　由楞次定律知，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，A错误；感应电流的磁场总是阻碍电路中的原磁通量的变化，不是阻碍原磁场的变化，B错误；由楞次定律知，如果是因磁通量的减少而引起的感应电流，则感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相同，阻碍磁通量的减小；反之，则感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相反，阻碍磁通量的增加，C正确；导体切割磁感线运动时，可直接用右手定则确定感应电流的方向，也可以由楞次定律确定感应电流的方向，D错误。

2.

如图所示，一均匀的扁平条形磁铁的轴线与圆形线圈在同一平面内，磁铁中心与圆心重合，为了在磁铁开始运动时线圈中能得到逆时针方向的感应电流，磁铁的运动方式应是（　　）

A．N极向纸内，S极向纸外，使磁铁绕O点转动

B．N极向纸外，S极向纸内，使磁铁绕O点转动

C．磁铁在线圈平面内顺时针转动

D．磁铁在线圈平面内逆时针转动

解析：

选A　当N极向纸内，S极向纸外转动时，穿过线圈的磁场由无到有并向里，感应电流的磁场应向外，电流方向为逆时针，A选项正确；当N极向纸外，S极向纸内转动时，穿过线圈的磁场向外并增加，感应电流方向为顺时针，B选项错误；当磁铁在线圈平面内绕O点转动时，穿过线圈的磁通量始终为零，因而不产生感应电流，C、D选项错误。

3.如图所示，圆形金属环放在水平桌面上，有一带正电的微粒以水平速度v贴近环的上表面距环心d处飞过，则带电微粒在飞过环的过程中，环中的感应电流方向是（　　）

A．始终沿顺时针方向

B．始终沿逆时针方向

C．先沿顺时针方向，再沿逆时针方向

D．先沿逆时针方向，再沿顺时针方向

解析：

选D　带电微粒靠近圆环过程中，穿过圆环的磁通量方向垂直纸面向里并增加，由楞次定律知，圆环中将产生逆时针方向的感应电流，当微粒远离圆环时，圆环中产生顺时针方向的感应电流，故选D。

4.如图所示为一种早期发电机原理示意图，该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成，两磁极相对于线圈平面对称，在磁极绕转轴匀速转动过程中，磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧

运动（O是线圈中心），则（　　）

A．从X到O，电流由E经G流向F，先增大再减小

B．从X到O，电流由F经G流向E，先减小再增大

C．从O到Y，电流由F经G流向E，先减小再增大

D．从O到Y，电流由E经G流向F，先增大再减小

解析：

选D　磁极形成的磁场方向向上。

当磁极由X到O时，穿过线圈的磁通量增加。

根据楞次定律，感应电流的磁场应向下，再根据安培定则可知电流由F经G流向E，当磁极在圆形线圈正上方时，磁通量的变化率最小，故电流先增大后减小。

当磁极从O到Y时，穿过线圈的磁通量减少，可判断电流方向由E经G流向F。

再根据磁通量最大时，磁通量的变化率最小，则感应电流最小，故电流先增大后减小。

故选项D正确。

5.如图所示，当直导线中电流不断增加时，A、B两轻导线圈的运动情况是（　　）

A．A向左，B向右

B．A向右，B向左

C．均向左

D．均向右

解析：

选A　当电流I不断增加时，它产生的磁场不断增强，穿过A、B线圈的磁通量不断增加，感应电流将“阻碍”原磁通量的变化，而彼此远离，即A向左，B向右。

A正确。

6.一个闭合金属线框的两边接有电阻R1、R2，线框上垂直放置一根金属棒ab，棒与线框接触良好，整个装置放在匀强磁场中，如图所示。

当用外力使ab棒右移时，下列判断中正确的是（　　）

A．穿过线框的磁通量不变，框内没有感应电流

B．框内有感应电流，电流方向沿顺时针方向绕行

C．框内有感应电流，电流方向沿逆时针方向绕行

D．框内有感应电流，左半边逆时针方向绕行，右半边顺时针方向绕行

解析：

选D　ab棒右移时，切割磁感线。

根据右手定则，ab棒中的感应电流方向从a流向b。

此时ab棒起着电源的作用，分别对两边电阻供电，如图所示，所以流过R1、R2的电流都由上而下地绕行。

故D正确。

7.（2017·浙江台州中学月考）如图所示，长直导线旁同一平面内有一矩形线圈abcd，导线中通有竖直向上的电流。

下列操作瞬间，能在线圈中产生沿adcba方向电流的是（　　）

A．线圈向右平动

B．线圈竖直向下平动

C．线圈以ab边为轴转动

D．线圈向左平动

解析：

选D　当线圈向右平动时，穿过线圈向里的磁通量减小，故产生沿abcda方向的感应电流，A错误；当线圈竖直向下平动时，穿过线圈的磁通量不会发生变化，根据楞次定律可知，没有感应电流产生，故B错误；当线圈以ab边为轴转动，穿过线圈向里的磁通量减小，故产生沿abcda方向的感应电流，C错误；当线圈向左平动时，穿过线圈向里的磁通量增大，根据楞次定律，产生沿adcba方向的感应电流，故D正确。

8．如图所示，AOC是光滑的金属导轨，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，ab是一根金属棒，与导轨接触良好，金属棒从图示位置由静止开始在重力作用下运动，运动过程中b端始终在OC上，a端始终在OA上，直到完全落在OC上，空间存在着匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，则金属棒在上述过程中（　　）

A．感应电流方向是b→a

B．感应电流方向是a→b

C．感应电流方向先是b→a，后是a→b

D．感应电流方向先是a→b，后是b→a

解析：

选C　在金属棒向下滑动的过程中，金属棒与导轨所围成的三角形面积先增大后减小，三角形aOb内的磁通量先增大后减小，由楞次定律可判断C选项正确。

二、多项选择题

9.信用卡的磁条中有一个个连续的具有相反极性的磁化区如图所示。

刷卡时，当磁条以某一速度拉过信用卡阅读器的检测头时，在检测头的线圈中产生感应电流，那么下列说法正确的是（　　）

A．A、B、C三位置经过检测头时，线圈中有感应电流产生

B．A、B、C三位置经过检测头时，线圈中无感应电流产生

C．A、C两位置经过检测头时，线圈中感应电流方向相同

D．A、C两位置经过检测头时，线圈中感应电流方向相反

解析：

选AD　A、B、C三位置处于磁性过渡区，经过检测头时，引起线圈中磁通量变化，有感应电流产生，A对，B错。

A、C两位置磁性变化规律不同，经过检测头时引起线圈中磁通量变化情况相反，感应电流方向相反，C错，D对。

10.两根互相平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中，在导轨上导体棒AB和CD可以自由滑动。

当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法正确的是（　　）

A．CD内有电流通过，方向是D→C

B．CD向左运动

C．磁场对CD作用力向左

D．磁场对AB作用力向左

解析：

选AD　AB在外力F作用下向右做切割磁感线运动，根据右手定则判断可知电流的方向是B→A，AB起着电源作用，电流从A端流出，回路的电流方向是B→A→D→C→B，所以A是正确的。

由左手定则可知D是正确的。

11.如图所示，导线框MNQP近旁有一个跟它在同一竖直平面内的矩形线圈abcd，下列说法正确的是（　　）

A．当电阻变大时，abcd中有感应电流

B．当电阻变小时，abcd中无感应电流

C．电阻不变，将abcd在其原来所在的平面内向PQ靠近时，其中有感应电流

D．电阻不变，将abcd在其原来所在的平面内远离PQ时，其中有感应电流

解析：

选ACD　当电阻变化或abcd靠近、远离PQ时，穿过abcd的磁通量发生变化，会产生感应电流。

三、非选择题

12.如图所示，在两根平行长直导线M、N中，通以同方向同大小的电流，导线框abcd和两导线在同一平面内，线框沿着与两导线垂直的方向，自右向左在两导线间匀速运动，在移动过程中，线框中感应电流方向是怎样的？

解析：

如图所示，线框在两电流中线OO′的右侧时，穿过线框的合磁通量垂直纸面向外，线框左移，磁通量变小，为阻碍这个方向的磁通量减小，感应电流的磁场方向也垂直纸面向外，所以感应电流的方向就是abcd。

当线框跨越两电流中线OO′时，线框的合磁通量由垂直纸面向外变为垂直纸面向里，且合磁通量增加，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，即垂直纸面向外，所以感应电流的方向还是abcd。

答案：

始终是abcd

13．在“研究电磁感应现象”的实验中，首先按图甲接线，以查明电流表指针的偏转方向与电流方向之间的关系；当闭合开关S时，观察到电流表指针向左偏，不通电时电流表指针停在正中央。

然后按图乙所示，将电流表与副线圈B连成一个闭合回路，将原线圈A、电池、滑动变阻器和开关S串联成另一个闭合电路。

（1）S闭合后，将螺线管A（原线圈）插入螺线管B（副线圈）的过程中，电流表的指针将如何偏转？

（2）螺线管A放在B中不动时，指针如何偏转？

（3）螺线管A放在B中不动，将滑动变阻器的滑片P向左滑动时，电流表指针将如何偏转？

（4）螺线管A放在B中不动，突然断开S，电流表指针将如何偏转？

解析：

根据题图甲知：

当闭合开关S时，电流表指针左偏。

（1）S闭合后，螺线管A中有电流通过，产生磁场，插入螺线管B的过程中，螺线管B的磁通量变大，螺线管B中感应电流的磁场会阻碍原磁场的变大，产生与题图甲中方向相反的电流，指针向右偏。

（2）螺线管A放在B中不动时，磁通量不发生变化，指针不偏转。

（3）滑动变阻器的滑片向左滑动时，电流变大，磁场变强，磁通量变大，B中产生与题图甲中方向相反的电流，指针向右偏。

（4）突然断开开关S，电流减小，磁场减弱，磁通量变小，B中产生与题图甲中方向相同的电流，指针向左偏。

答案：

（1）向右偏转　

（2）不偏转　（3）向右偏转　（4）向左偏转