河北省邢台市高中物理第四章电磁感应

河北省邢台市高中物理第四章电磁感应

‎4.3 楞次定律 ‎ ‎【学习目标】‎ ‎1.正确理解楞次定律的内容及其本质.‎ ‎2.掌握右手定则，并理解右手定则实际上为楞次定律的一种具体表现形式.‎ ‎3.能够熟练运用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向．‎ 一、楞次定律 ‎[问题设计]‎ 根据如图1甲、乙、丙、丁所示进行电路图连接与实验操作，并填好实验现象记录表格．‎ 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 S极向上拔出线圈 N极向上拔出线圈 原磁场方向(向上或向下)‎ 穿过线圈的磁通量变化情况(增加或减少)‎ 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)‎ 原磁场与感应电流磁场的方向关系 ‎(1)分析：感应电流的磁场方向是否总是与原磁场方向相反或相同？什么时候相反？什么时候相同？感应电流的磁场对原磁场磁通量变化有何影响？‎ ‎(2)当磁铁靠近或远离线圈时两者的相互作用有什么规律？‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．楞次定律：感应电流的磁场总要阻碍 磁通量的变化．‎ ‎2．楞次定律中“阻碍”的含义：‎ ‎(1)谁在阻碍—— 的磁通量．‎ ‎(2)阻碍什么——阻碍的是穿过回路的 ，而不是磁通量本身．‎ ‎(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 ；当原磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向 ，“阻碍”不一定是感应电流的磁场与原磁场的方向相反，而是“增反减同”．‎ ‎(4)阻碍效果——阻碍并不是阻止，最终增加的还增加，减少的还减少，只是 了原磁场的磁通量的变化．‎ ‎3．从相对运动的角度看，感应电流的效果是阻碍 (来拒去留)．‎ ‎[延伸思考] 电磁感应过程中有电能产生，该电能是否凭空增加？从能量守恒的角度如何解释？‎ 二、楞次定律的应用 ‎[问题设计]‎ 在长直通电导线附近有一闭合线圈abcd，如图2所示．当直导线中的电流强度I逐渐减小时，试判断线圈中感应电流的方向．‎ 图2‎ 请从解答此题的实践中，体会用楞次定律判定感应电流方向的具体思路．‎ ‎[要点提炼]‎ 应用楞次定律判断感应电流方向的步骤：‎ ‎(1)明确研究对象是哪一个闭合电路．‎ ‎(2)明确 的方向．‎ ‎(3)判断闭合回路内原磁场的 是增加还是减少．‎ ‎(4)由 判断感应电流的磁场方向．‎ ‎(5)由 判断感应电流的方向．‎ 三、右手定则 ‎[问题设计]‎ 如图3所示，导体棒ab向右做切割磁感线运动．‎ 图3‎ ‎(1)请用楞次定律判断感应电流的方向．‎ ‎(2)能否找到一种更简单的方法来判断闭合回路中部分导体切割磁感线产生的电流的方向呢？(提示：研究电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向三者之间的关系)‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指 ，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心 ，并使拇指指向导线 的方向，这时四指所指的方向就是 的方向．‎ ‎2．右手定则是楞次定律的特例．‎ ‎(1)楞次定律适用于各种电磁感应现象，对于磁感应强度B随时间t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在磁场中做 运动的情况．‎ ‎3．当切割磁感线时四指的指向就是 的方向，即 的方向(在等效电源内，从负极指向正极)．‎ 一、对楞次定律的理解 例1 关于楞次定律，下列说法中正确的是 ( )‎ A．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的增强 B．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的减弱 C．感应电流的磁场总是和原磁场方向相反 D．感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化 二、楞次定律的应用 例2 如图4所示，足够长的通电导线旁边同一平面有矩形线圈abcd，则( )‎ 图4‎ 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 针对训练 如图5所示，闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在匀强磁场中，将它从匀强磁场中匀速拉出，以下各种说法中正确的是( )‎ 图5‎ A．向左和向右拉出时，环中感应电流方向相反 B．向左和向右拉出时，环中感应电流方向都是沿顺时针方向 C．向左和向右拉出时，环中感应电流方向都是沿逆时针方向 D．将圆环拉出磁场的过程中，当环全部处在磁场中运动时，也有感应电流产生 三、右手定则的应用 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( )‎ ‎1．(对楞次定律的理解)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 ‎2.(楞次定律的应用)磁场垂直穿过一个圆形线框，由于磁场的变化，在线框中产生顺时针方向的感应电流，如图6所示，则以下说法正确的是( )‎ 图6‎ A．若磁场方向垂直线框向里，则此磁场的磁感应强度是在增强 B．若磁场方向垂直线框向里，则此磁场的磁感应强度是在减弱 C．若磁场方向垂直线框向外，则此磁场的磁感应强度是在增强 D．若磁场方向垂直线框向外，则此磁场的感感应强度是在减弱 ‎3．(楞次定律的应用)如图7所示，在水平面上有一个闭合的线圈，将一根条形磁铁从线圈的上方插入线圈中，在磁铁进入线圈的过程中，线圈中会产生感应电流，磁铁会受到线圈中电流的作用力，若从线圈上方俯视，关于感应电流和作用力的方向，以下判断正确的是 ( )‎ 图7‎ A．若磁铁的N极向下插入，线圈中产生顺时针方向的感应电流 B．若磁铁的S极向下插入，线圈中产生顺时针方向的感应电流 C．无论N极向下插入还是S极向下插入，磁铁都受到向下的引力 D．无论N极向下插入还是S极向下插入，磁铁都受到向上的斥力 ‎4．(右手定则的应用)如图8 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．现在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 ( )‎ 图8‎ 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 题组一 对楞次定律的理解 ‎1．关于感应电流的方向，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 ‎2．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磁通量变化 C．阻碍引起感应电流的磁通量变化 D．使电路磁通量为零 题组二 楞次定律的应用 ‎3．如图是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔出，线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流．各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中正确的是( )‎ ‎4．矩形导线框abcd与长直导线MN放在同一水平面上，ab边与MN平行，导线MN中通入如图1所示的电流，当MN中的电流增大时，下列说法正确的是 ( )‎ 图1‎ A．导线框abcd中没有感应电流 B．导线框abcd中有顺时针方向的感应电流 C．导线框所受的安培力的合力方向水平向左 D．导线框所受的安培力的合力方向水平向右 ‎5.如图2所示，匀强磁场垂直于圆形线圈指向纸里，a、b、c、d为圆形线圈上等距离的四点，现用外力作用在上述四点，将线圈拉成正方形．设线圈导线不可伸长，且线圈仍处于原先所在的平面内，则在线圈发生形变的过程中( )‎ 图2‎ A．线圈中将产生adcb方向的感应电流 B．线圈中将产生abcd方向的感应电流 C．线圈中产生感应电流的方向先是abcd，后是adcb D．线圈中无感应电流产生 ‎6.如图3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3‎ A．始终有感应电流自a向b流过电流表G B．始终有感应电流自b向a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 ‎7.如图4所示，AOC是光滑的金属轨道，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，PQ是一根金属直杆立在轨道上，直杆从图示位置由静止开始在重力作用下运动，运动过程中Q端始终在OC上，空间存在着垂直纸面向外的匀强磁场，则在PQ杆滑动的过程中，下列判断正确的是 ( )‎ 图4‎ A．感应电流的方向始终是P→Q B．感应电流的方向先是由P→Q，后是由Q→P C．PQ受磁场力的方向垂直于杆向左 D．PQ受磁场力的方向先垂直于杆向右，后垂直于杆向左 ‎8.如图5所示，金属线框与直导线AB在同一平面内，直导线中通有电流I，将线框由位置1拉至位置2的过程中，线框的感应电流的方向是 ( )‎ 图5‎ A．先顺时针，后逆时针，再顺时针 B．始终顺时针 C．先逆时针，后顺时针，再逆时针 D．始终逆时针 ‎9.如图6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( )‎ 图6‎ 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．受磁场的作用，线框要发生转动 D．线框中始终没有感应电流 ‎10.北半球地磁场的竖直分量向下．如图7所示，在北京某中学实验室的水平桌面上，放置边长为L的正方形闭合导体线圈abcd，线圈的ab边沿南北方向，ad边沿东西方向．下列说法中正确的是( )‎ 图7‎ A．若使线圈向东平动，则a点的电势比b点的电势低 B．若使线圈向北平动，则a点的电势比b点的电势低 C．若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→b→c→d→a D．若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a 题组三 右手定则的应用 ‎11.如图8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8‎ 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 ‎12.如图9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9‎ 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，流动r的电流为由a到b ‎13．如图10所示，一个金属圆盘安装在竖直的转动轴上，置于蹄形磁铁之间，两块铜片A、O分别与金属盘的边缘和转动轴接触．若使金属盘按图示方向(俯视顺时针方向)转动起来，下列说法正确的是( )‎ 图10‎ A．电阻R中有Q→R→P方向的感应电流 B．电阻R中有P→R→Q方向的感应电流 C．穿过圆盘的磁通量始终没有变化，电阻R中无感应电流 D．调换磁铁的N、S极同时改变金属盘的转动方向，R中感应电流的方向也会发生改变 学案4 楞次定律 ‎1．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．‎ ‎2．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；让磁感线垂直从掌心进入，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．‎ ‎3．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方向可能相同，也可能相反 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 ‎4．如图1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，当线圈第一次通过位置Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ时(位置Ⅱ正好是细杆竖直位置)，线圈内的感应电流方向(顺着磁场方向看去)是( )‎ 图1‎ 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 ‎5．如图2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( )‎ 图2‎ A. 由A→B  B. 由B→A C．无感应电流 D．无法确定 ‎【概念规律练】‎ 知识点一 楞次定律的基本理解 ‎1．如图3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( )‎ 图3‎ 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 ‎2．如图4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( )‎ 图4‎ 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 知识点二 右手定则 ‎3. 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，导体ab上的感应电流方向为a→b的是( )‎ ‎4．如图5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( )‎ 图5‎ A．线框中有感应电流，且按顺时针方向 B．线框中有感应电流，且按逆时针方向 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 ‎【方法技巧练】‎ 一、增反减同法 ‎5．某磁场磁感线如图6所示，有一铜线圈自图示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( )‎ 错误！未找到引用源。‎ 图6‎ 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 ‎6．电阻R、电容C与一线圈连成闭合回路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图7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( )‎ 图7‎ 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 二、来拒去留法 ‎7．如图8所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是( )‎ 图8‎ A．向右摆动 B．向左摆动 C．静止 D．无法判定 ‎8．如图9所示，蹄形磁铁的两极间，放置一个线圈abcd，磁铁和线圈都可以绕OO′轴转动，磁铁如图示方向转动时，线圈的运动情况是( )‎ 图9‎ A．俯视，线圈顺时针转动，转速与磁铁相同 B．俯视，线圈逆时针转动，转速与磁铁相同 C．线圈与磁铁转动方向相同，但转速小于磁铁转速 D．线圈静止不动 三、增缩减扩法 ‎9．如图10所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放置于导轨上，形成一个闭合回路，一条形磁铁从高处下落接近回路时( )‎ 图10‎ A．P、Q将相互靠拢 B．P、Q将相互远离 C．磁铁的加速度仍为g D．磁铁的加速度小于g ‎10．如图11(a)所示，两个闭合圆形线圈A、B的圆心重合，放在同一水平面内，线圈A中通以如图11(b)所示的交变电流，t＝0时电流方向为顺时针(如图箭头所示)，在t1～t2时间段内，对于线圈B，下列说法中正确的是( )‎ 图11‎ A．线圈B内有顺时针方向的电流，线圈有扩张的趋势 B．线圈B内有顺时针方向的电流，线圈有收缩的趋势 C．线圈B内有逆时针方向的电流，线圈有扩张的趋势 D．线圈B内有逆时针方向的电流，线圈有收缩的趋势 ‎1．关于决定感应电流方向的因素以下说法中正确的是( )‎ A．回路所包围的引起感应电流的磁场的方向 B．回路外磁场的方向 C．回路所包围的磁通量的大小 D．回路所包围的磁通量的变化情况 ‎2．如图12所示，螺线管CD的导线绕法不明，当磁铁AB插入螺线管时，闭合电路中有图示方向的感应电流产生，下列关于螺线管磁场极性的判断，正确的是( )‎ 图12‎ A．C端一定是N极 B．B．D端一定是N极 C．C端的极性一定与磁铁B端的极性相同 D．因螺线管的绕法不明，故无法判断极性 ‎3．如图13所示，通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环，铜环平面与螺线管截面平行．当电键S接通瞬间，两铜环的运动情况是( )‎ 图13‎ A．同时向两侧推开 B．同时向螺线管靠拢 C．一个被推开，一个被吸引，但因电源正负极未知，无法具体判断 D．同时被推开或同时向螺线管靠拢，因电源正负极未知，无法具体判断 ‎4．如图14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14‎ 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 ‎5．如图15所示，A是用毛皮摩擦过的橡胶圆形环，由于它的转动，使得金属环B中产生了如图所示方向的感应电流，则A环的转动情况为( )‎ 图15‎ A．顺时针匀速转动 B．逆时针加速转动 C．逆时针减速转动 D．顺时针减速转动 ‎6．信用卡的磁条中有一个个连续的相反极性的磁化区，如图16，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( )‎ 图16‎ 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 ‎7．如图17所示，MN，PQ为同一水平面的两平行导轨，导轨间有垂直于导轨平面的磁场，导体ab，cd与导轨有良好的接触并能滑动，当ab沿轨道向右滑动时，则( )‎ 图17‎ A．cd向右滑 B．cd不动 C．cd向左滑 D．无法确定 ‎8．如图18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18‎ 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 ‎9．2000年底，我国宣布已研制成功一辆高温超导磁悬浮高速列车的模型车，该车的车速已达到‎500 km·h－1，可载5人，如图19所示就是磁悬浮的原理图，图中A是圆柱形磁铁，B是用高温超导材料制成的超导线圈．将超导线圈B水平放在磁铁A上，它就能在磁力的作用下悬浮在磁铁A上方的空中．以下说法正确的是( )‎ 图19‎ A．在B放入磁场的过程中，B中将产生感应电流．当稳定后，感应电流消失 B．在B放入磁场的过程中，B中将产生感应电流．当稳定后，感应电流仍存在 C．如A的N极朝上，B中感应电流的方向如图中所示 D．如A的N极朝上，B中感应电流的方向与图中所示的相反 ‎10．圆形导体环用一根轻质细杆悬挂在O点，导体环可以在竖直平面里来回摆动，空气阻力和摩擦力均可不计．在图20所示的正方形区域里，有匀强磁场垂直于圆环的振动面指向纸内．下列说法中正确的有( )‎ 图20‎ A．此摆振动的开始阶段机械能不守恒 B．导体环进入磁场和离开磁场时，环中电流的方向肯定相反 C．导体环通过最低点时，环中感应电流最大 D．最后此摆在匀强磁场中振动时，机械能守恒 ‎11．在“研究电磁感应现象”的实验中，首先按图21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21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)线圈A放在B中不动时，指针如何偏转？‎ ‎(3)线圈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)线圈A放在B中不动，突然断开S，电流表指针将如何偏转？‎ 图21‎ ‎12．如图22是环保型手电筒的外形．环保型手电筒不需要任何化学电池作为电源，不会造成由废电池引起的环境污染．使用时只要将它摇动一分钟，手电筒便可持续照明好几分钟．手电筒内部有一永久磁铁，外层有一线圈，那么这种手电筒的原理是什么？‎ 图22‎