高中物理新教材同步选择性必修第二册 第2章 1 课时2 楞次定律

课时2 楞次定律 [学习目标] 1.理解楞次定律，会用楞次定律判断感应电流的方向.2.理解右手定则，会用右 手定则判断感应电流的方向． 一、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．从能量角度理解楞次定律 感应电流沿着楞次定律所述的方向，是能量守恒定律的必然结果，当磁极插入线圈或从线圈 内抽出时，推力或拉力做功，使机械能转化为感应电流的电能． 二、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．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止引起感应电流的磁通量的变化．( × ) (4)右手定则和楞次定律都适用于所有电磁感应现象中感应电流方向的判断．( × ) (5)感应电流沿楞次定律所描述的电流方向，说明电磁感应现象遵守能量守恒定律．( √ ) 2．如图1 所示，光滑平行金属导轨PP′和QQ′，都处于同一水平面内，P、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，MN 中的电流方向为________，MN 向左运动时，MN 中的电流方向为________． (均选填“M→N”或“N→M”) 图1 答案 N→M M→N 一、对楞次定律的理解 1．楞次定律中的因果关系 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．对“阻碍”的理解 问题 结论 谁阻碍谁 感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化 为何阻碍 (原)磁场的磁通量发生了变化 阻碍什么 阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身 如何阻碍 当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当原磁场 磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，即“增反减同” 结果如何 阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化，这种变化将继续进行，最终结果 不受影响 3.“阻碍”的表现形式 从磁通量变化的角度看：感应电流的效果是阻碍磁通量的变化． 从相对运动的角度看：感应电流的效果是阻碍相对运动． 关于楞次定律，下列说法正确的是 ( ) A．感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 B．感应电流的磁场总是阻止磁通量的变化 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与原磁场反向，阻碍原磁场的变化 答案 A 解析 感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，阻碍并不是阻止，只起延缓 的作用，选项A 正确，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；当原磁通量增加时感应电流的磁场与原磁场反向，当原磁 通量减少时感应电流的磁场与原磁场同向，选项D 错误． 二、楞次定律的应用 应用楞次定律判断感应电流方向的步骤 (1)明确所研究的闭合回路，判断原磁场方向． (2)判断闭合回路内原磁场的磁通量变化． (3)依据楞次定律判断感应电流的磁场方向． (4)利用右手螺旋定则(安培定则)判断感应电流的方向． 如图2 所示，一根条形磁体自左向右穿过一个闭合螺线管，则电路中( ) 图2 A．始终有自a 向b 的感应电流流过电流表G B．始终有自b 向a 的感应电流流过电流表G C．先有a→G→b 方向的感应电流，后有b→G→a 方向的感应电流 D．将不会产生感应电流 答案 C 解析 条形磁体内部磁场的方向是从S 极指向N 极，可知条形磁体自左向右穿过一个闭合 螺线管的过程中磁场的方向都是向右的，当条形磁体进入螺线管的时候，闭合线圈中的磁通 量增加；当条形磁体穿出螺线管时，闭合线圈中的磁通量减少，根据楞次定律判断条形磁体 进入和穿出螺线管的过程中，感应电流的磁场先向左后向右，再由右手螺旋定则判断出，先 有a→G→b 方向的感应电流，后有b→G→a 方向的感应电流，故C 正确，A、B、D 错误． 针对训练1 如图3 所示，一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直面内，环的圆 心与两导线距离相等，环的直径小于两导线间距．两导线中通有大小相等、方向向下的恒定 电流．若( ) 图3 A．金属环向上运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向 B．金属环向下运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向 C．金属环向左侧直导线靠近，则环上的感应电流方向为逆时针方向 D．金属环向右侧直导线靠近，则环上的感应电流方向为逆时针方向 答案 D 解析 根据楞次定律，当金属圆环上、下移动时，穿过圆环的磁通量不发生变化，故没有感 应电流产生，故A、B 错误；当金属圆环向左侧直导线靠近时，穿过圆环垂直纸面向外的磁 场增强，根据楞次定律及安培定则可知，产生的感应电流方向为顺时针，故C 错误；当金 属圆环向右侧直导线靠近时，穿过圆环垂直纸面向里的磁场增强，根据楞次定律及安培定则 可知，产生的感应电流方向为逆时针，故D 正确． 三、右手定则的理解和应用 导学探究 如图4 所示，导体棒ab 向右做切割磁感线运动． 图4 (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P27 右手定则，自己试着做一做． 答案 (1)感应电流的方向为a→d→c→b→a (2)满足右手定则 知识深化 1．右手定则适用范围：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、导体运动方向和感应电流方向三者之间的关系： (1)大拇指所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． 3．楞次定律与右手定则的比较 规律 比较内容 楞次定律 右手定则 区别 研究对象 整个闭合回路 闭合回路的一部分，即做切割 磁感线运动的导体 适用范围 各种电磁感应现象 只适用于部分导体在磁场中做 切割磁感线运动的情况 联系 右手定则是楞次定律的特例 如图5 所示，边长为d 的正方形线圈，从位置A 开始向右运动，并穿过宽度为 L(L>d)的匀强磁场区域到达位置B，则( ) 图5 A．整个过程，线圈中始终有感应电流 B．整个过程，线圈中始终没有感应电流 C．线圈进入磁场和离开磁场的过程中，有感应电流，方向都是逆时针方向 D．线圈进入磁场过程中，感应电流的方向为逆时针方向；离开磁场的过程中，感应电流的 方向为顺时针方向 答案 D 解析 在线圈进入或离开磁场的过程中，穿过线圈的磁通量发生变化，有感应电流产生，线 圈完全在磁场中时，穿过线圈的磁通量不变，没有感应电流产生，选项A、B 错误；由右手 定则可知，线圈进入磁场过程中，线圈中感应电流沿逆时针方向，线圈离开磁场过程中，感 应电流沿顺时针方向，选项C 错误，D 正确． 针对训练2 如图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，分 析各图中感应电流的方向，在导体中由a→b 的是( ) 答案 A 解析 题图四幅图都属于闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动的情景，用右手定则判断 可得：A 中电流由a→b，B 中电流向b→a，C 中电流沿a→c→b→a 方向，D 中电流由b→a， 故A 正确． 1．(楞次定律的理解)(多选)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引起感应电流的磁通量的变化 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，只能用安培定则确定感应电流的方向 答案 BC 2. (楞次定律的应用)如图6 所示，在匀强磁场中有一个用比较软的金属导线制成的闭合圆环． 在此圆环的形状由圆形变成正方形的过程中( ) 图6 A．环中有感应电流，方向a→d→c→b→a B．环中有感应电流，方向a→b→c→d→a C．环中无感应电流 D．条件不够，无法确定有无感应电流 答案 A 解析 由圆形变成正方形的过程中，面积减小，磁通量减小，由楞次定律可知产生 a→d→c→b→a 方向的电流，A 正确． 3．(楞次定律的应用) (2020·临沂市高二期末)绕在同一铁芯上的线圈Ⅰ、Ⅱ按如图7 所示方 法连接，G 为电流表，下列说法正确的是( ) 图7 A．开关S 闭合瞬间，G 中的电流方向从左向右 B．保持开关S 闭合，G 中的电流方向从左向右 C．保持开关S 闭合，向右移动变阻器R0的滑动触头，G 中的电流方向从左向右 D．断开开关S 的瞬间，G 的示数为零 答案 A 解析 开关S 闭合瞬间，Ⅰ线圈中有电流通过，产生磁场，线圈内部磁场方向从左向右，穿 过Ⅱ线圈的磁通量从无到有，产生感应电流，根据楞次定律可知，电流表G 中的电流方向 从左向右，故A 正确；保持开关S 闭合，Ⅰ线圈中电流不变，穿过Ⅱ线圈的磁通量不变， 没有感应电流产生，电流表G 的示数为零，故B 错误；保持开关S 闭合，向右移动滑动变 阻器R0的滑动触头，接入电路的电阻增大，Ⅰ线圈中电流减小，线圈内部产生方向向右且 减弱的磁场，穿过Ⅱ线圈的磁通量变化，产生感应电流，根据楞次定律可知，电流表中的电 流方向从右向左，故C 错误；断开开关S 的瞬间，Ⅰ线圈中电流减小，产生磁场，穿过Ⅱ 线圈的磁通量变化，产生感应电流，则电流表中有电流，故D 错误． 4．(右手定则的应用)(多选)闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，如选项图所 示，能正确表示磁感应强度B 的方向、导体运动速度方向与产生的感应电流方向间关系的 是( ) 答案 BC 解析 图A 中导体不切割磁感线，导体中无电流，A 错误；由右手定则可判断B、C 正确； 图D 中感应电流方向应垂直纸面向外，D 错误． 考点一 楞次定律的理解和应用 1.如图1 所示，通有恒定电流的直导线右侧有一矩形线圈abcd，导线与线圈共面．如果线圈 运动时产生方向为abcda 的感应电流，线圈可能的运动是( ) 图1 A．向上平移 B．向下平移 C．向左平移 D．向右平移 答案 C 解析 导线中电流强度不变时，产生的磁场不变，导线周围的磁感应强度不变，线框上下平 移时穿过线框的磁通量不变，即不会产生感应电流，故A、B 错误；线框向左平移时，线框 中的磁感应强度增大，穿过线框的磁通量增大，可以产生感应电流，根据楞次定律可知电流 方向为abcda，故C 正确；线框向右平移时，线框中的磁感应强度减小，穿过线框的磁通量 减小，可以产生感应电流，根据楞次定律可知电流方向为adcba，故D 错误． 2.两根平行放置的长直绝缘导线M、N，通以同向等大的电流如图2 所示．在它们正中间放 有一金属圆环，则可以使圆环中产生顺时针方向感应电流的是( ) 图2 A．增大M 中的电流 B．增大N 中的电流 C．导线N 向右移 D．将两电流同时反向 答案 B 解析 依据右手螺旋定则可知，长直绝缘导线M、N 在环中产生的磁场相互叠加，导致穿过 环的磁通量为零，当只增大M 中的电流时，穿过环垂直纸面向里的磁通量增加，由楞次定 律可知环中的感应电流方向为逆时针，A 错误；当只增大N 中的电流时，穿过环垂直纸面向 外的磁通量增加，由楞次定律可知环中的感应电流方向为顺时针，B 正确；当导线N 向右移 时，穿过环垂直纸面向里的磁通量增加，由楞次定律可知环中的感应电流方向为逆时针，C 错误；将两电流同时反向，大小不变，位置也不变，因此穿过环的磁通量仍为零，圆环中没 有感应电流，D 错误． 3.某磁场的磁感线如图3 所示，有一闭合铝质线圈自图示位置A 落至位置B，在下落的过程 中，自上向下看，铝质线圈中的感应电流方向是( ) 图3 A．先沿顺时针方向，再沿逆时针方向 B．先沿逆时针方向，再沿顺时针方向 C．始终沿顺时针方向 D．始终沿逆时针方向 答案 A 解析 在下落过程中，磁感应强度先增大后减小，所以穿过线圈的磁通量先增大后减小，线 圈从A 处落到中间位置处的过程中，穿过线圈的磁通量变大，感应电流产生的磁场方向向 下，所以感应电流的方向为顺时针．线圈从中间位置处落到B 处的过程中，穿过线圈的磁 通量减小，感应电流产生的磁场方向向上，所以感应电流的方向为逆时针，A 正确，B、 C、D 错误． 4.(2020·厦门外国语学校期末)1831 年法拉第把两个线圈绕在一个铁环上，A 线圈与电源、滑 动变阻器R 接入电路组成一个回路，B 线圈与开关S、电流表G 组成另一个回路，如图4 所 示．通过多次实验，法拉第终于总结出产生感应电流的条件．关于该实验，下列说法正确的 是( ) 图4 A．闭合开关S 的瞬间，电流表G 中有a→b 的感应电流 B．闭合开关S 的瞬间，电流表G 中有b→a 的感应电流 C．闭合开关S 后，在增大滑动变阻器R 接入电路的阻值的过程中，电流表G 中有a→b 的感 应电流 D．闭合开关S 后，在增大滑动变阻器R 接入电路的阻值的过程中，电流表G 中有b→a 的 感应电流 答案 D 解析 闭合开关S 的瞬间，通过B 线圈的磁通量不发生变化，B 线圈中不产生感应电流，故 选项A、B 错误；闭合开关S 后，在增大滑动变阻器R 接入电路的阻值的过程中，A 线圈中 的电流逐渐减弱，即B 线圈处于逐渐减弱的磁场中，由安培定则和楞次定律可知，电流表G 中的感应电流方向为b→a，故选项C 错误，选项D 正确． 5.如图5 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，它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，直到金属棒完全落在OC 上，空间存在着匀强磁场，磁场方向垂 直于纸面向里，则ab 棒在上述过程中( ) 图5 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 答案 C 解析 由几何知识可知，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，由楞次定律可知，感应电流方向先是 b→a，后是a→b，C 项正确． 考点二 右手定则的应用 6．如图6 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( ) 图6 A．导体棒中的电流方向为B→A B．电流表A1中的电流方向为F→E C．电流表A1中的电流方向为E→F D．电流表A2中的电流方向为D→C 答案 B 解析 根据右手定则，导体棒中的电流方向为A→B，所以电流表A1中的电流方向为F→E， A、C 错，B 对，电流表A2中的电流方向为C→D，D 错． 7. (多选)如图7 所示，某人在自行车道上从东往西沿直线骑行，该处地磁场的水平分量方向 由南向北，竖直分量方向竖直向下．自行车车把为直把、金属材质，且带绝缘把套，只考虑 自行车在地磁场中的电磁感应现象，下列结论正确的是( ) 图7 A．图示位置中辐条A 点电势比B 点电势低 B．图示位置中辐条A 点电势比B 点电势高 C．自行车左车把的电势比右车把的电势高 D．自行车在十字路口左拐改为南北骑向，则自行车右车把电势高 答案 AC 解析 自行车从东往西行驶时，辐条切割地磁场水平分量的磁感线，根据右手定则判断可知， 题图所示位置中辐条A 点电势比B 点电势低，故A 正确，B 错误；自行车车把切割地磁场 竖直分量的磁感线，由右手定则知，左车把的电势比右车把的电势高，故C 正确；自行车 左拐改为南北骑向，自行车车把仍切割地磁场竖直分量的磁感线，由右手定则可知左车把的 电势仍然高于右车把的电势，故D 错误． 8.(多选)两根相互平行的金属导轨水平放置于如图8 所示的匀强磁场中，与导轨接触良好的 导体棒AB 和CD 可以自由滑动．当导体棒AB 在外力F 的作用下向右运动时，下列说法中 正确的是( ) 图8 A．导体棒CD 内有电流通过，方向是D→C B．导体棒CD 内有电流通过，方向是C→D C．磁场对导体棒CD 的作用力向左 D．磁场对导体棒AB 的作用力向左 答案 BD 解析 导体棒AB 切割磁感线产生感应电流，根据右手定则可知，AB 中感应电流的方向为 B→A，则导体棒CD 内有电流通过，方向是C→D，故A 错误，B 正确；导体棒CD 内有电 流通过，导体棒CD 受到安培力作用，由左手定则判断可知，磁场对导体棒CD 的作用力向 右，磁场对导体棒AB 的作用力向左，故C 错误，D 正确． 9．(2019·赤峰二中高二月考)ab 为一金属杆，它处在如图9 所示的垂直于纸面向里的匀强磁 场中，可绕a 点在纸面内转动，s 为以a 为圆心位于纸面内的金属圆环，在杆转动过程中， 杆的b 端与金属环保持良好接触， A 为电流表，其一端与金属环相连，一端与a 点良好接 触．当杆沿逆时针方向转动时，某时刻ab 杆的位置如图，则此时刻( ) 图9 A．有电流通过电流表，方向由c 向d ；作用于杆ab 的安培力向右 B．有电流通过电流表，方向由d 向c ；作用于杆ab 的安培力向左 C．有电流通过电流表，方向由 d 向c；作用于杆ab 的安培力向右 D．无电流通过电流表，作用于杆ab 的安培力为零 答案 B 解析 当杆沿逆时针方向转动时，根据右手定则，判断出ab 杆中感应电流方向为b→a，电 流通过电流表，方向为d→c；根据左手定则可知，作用于杆ab 的安培力向左，故B 正确， A、C、D 错误． 10.如图10 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为( ) 图10 A．始终沿abcda 方向 B．始终沿adcba 方向 C．先沿abcda 方向，再沿adcba 方向 D．先沿adcba 方向，再沿abcda 方向 答案 A 解析 如图所示，画出两导线间的磁场分布情况，线框位于中线OO′的右侧时，穿过线框的 合磁通量垂直于纸面向外，线框向左运动时，磁通量变小，由楞次定律知，感应电流的磁场 方向垂直于纸面向外，所以感应电流的方向沿abcda 方向．线框越过中线OO′后，线框的合 磁通量垂直纸面向里，线框向左运动，合磁通量增加，感应电流的磁场方向垂直于纸面向外， 所以感应电流的方向仍沿abcda 方向，故A 正确． 11．如图11 所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd 在细长磁体的N 极附近竖直下落，保持 bc 边在纸外，ad 边在纸内，由图中位置Ⅰ经