2020版高中物理 第1章 电磁感应与现代生活 微型专题1 楞次定律的应用学案 沪科版选修3-2

2020版高中物理 第1章 电磁感应与现代生活 微型专题1 楞次定律的应用学案 沪科版选修3-2

微型专题1　楞次定律的应用 ‎[目标定位] 1.学习应用楞次定律的推论判断感应电流的方向.2.理解安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律的区别.‎ 一、“增反减同”法 感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量(原磁场磁通量)的变化.‎ ‎(1)当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；‎ ‎(2)当原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同.‎ 口诀记为“增反减同”.‎ 注意：本方法适用于磁感线单方向穿过闭合回路的情况.‎ 例1　如图1所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁的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经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ，这个过程中线圈的感应电流 (　　)‎ 图1‎ A.沿abcd流动 B.沿dcba流动 C.先沿abcd流动，后沿dcba流动 D.先沿dcba流动，后沿abcd流动 7‎ 答案　A 解析　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小，为零.由于位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ，则线圈从位置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.‎ 二、“来拒去留”法 导体与磁场相对运动产生电磁感应现象时，产生的感应电流与磁场间有力的作用，这种力的作用会“阻碍”相对运动，口诀记为“来拒去留”.‎ 例2　如图2所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是(　　)‎ 图2‎ A.向右摆动 B.向左摆动 C.静止 D.无法判定 答案　A 解析　本题可由两种方法来解决：‎ 方法1：画出磁铁的磁感线分布，如图甲所示，当磁铁向铜环运动时，穿过铜环的磁通量增加，由楞次定律判断出铜环中的感应电流方向如图甲所示.分析铜环受安培力作用而运动时，可把铜环中的电流等效为多段直线电流元.取上、下两小段电流元作为研究对象，由左手定则确定两段电流元的受力，由此可推断出整个铜环所受合力向右，故A正确.‎ 甲　　　　　　　　　　　乙 方法2(等效法)：磁铁向右运动，使铜环产生的感应电流可等效为图乙所示的条形磁铁，两磁铁有排斥作用，故A正确.‎ 三、“增缩减扩”法 当闭合电路中有感应电流产生时，电路的各部分导线就会受到安培力作用，会使电路的面积有变化(或有变化趋势).‎ ‎(1)若原磁通量增加，则通过减小有效面积起到阻碍的作用.‎ ‎(2)若原磁通量减小，则通过增大有效面积起到阻碍的作用.‎ 7‎ 口诀记为“增缩减扩”.‎ 注意：本方法适用于磁感线单方向穿过闭合回路的情况.‎ 例3　如图3所示，在载流直导线旁固定有两平行光滑金属导轨A、B，导轨与直导线平行且在同一水平面内，在导轨上有两可自由滑动的导体ab和cd.当载流直导线中的电流逐渐增强时，导体ab和cd的运动情况是 (　　)‎ 图3‎ A.一起向左运动 B.一起向右运动 C.ab和cd相向运动，相互靠近 D.ab和cd相背运动，相互远离 答案　C 解析　由于在闭合回路abcd中，ab和cd电流方向相反，所以两导体运动方向一定相反，排除A、B；当载流直导线中的电流逐渐增强时，穿过闭合回路的磁通量增大，根据楞次定律，感应电流总是阻碍穿过回路磁通量的变化，所以两导体相互靠近，减小面积，达到阻碍磁通量增大的目的，故选C.‎ 四、“增离减靠”法 发生电磁感应现象时，通过什么方式来“阻碍”原磁通量的变化要根据具体情况而定.可能是阻碍导体的相对运动，也可能是改变线圈的有效面积，还可能是通过远离或靠近变化的磁场源来阻碍原磁通量的变化.即：(1)若原磁通量增加，则通过远离磁场源起到阻碍的作用.(2)若原磁通量减小，则通过靠近磁场源起到阻碍的作用.‎ 口诀记为“增离减靠”.‎ 例4　如图4所示，通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环，铜环平面与螺线管横截面平行，当开关S接通瞬间，两铜环的运动情况是(　　)‎ 图4‎ 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 7‎ D.同时被推开或同时向螺线管靠拢，但因电源正负极未知，无法具体判断 答案　A 解析　开关S接通瞬间，小铜环中磁通量从无到有增加，根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍磁通量的增加，则两环将同时向两侧运动，故A正确.‎ 五、安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的区别运用 ‎1.右手定则是楞次定律的特殊情况 ‎(1)楞次定律的研究对象为整个闭合导体回路，适用于磁通量变化引起感应电流的各种情况.‎ ‎(2)右手定则的研究对象为闭合导体回路的一部分，适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动.‎ ‎2.区别安培定则、左手定则、右手定则的关键是抓住因果关系 ‎(1)因电而生磁(I→B)→安培定则.(判断电流周围磁感线的方向)‎ ‎(2)因动而生电(v、B→I感)→右手定则.(导体切割磁感线产生感应电流)‎ ‎(3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则.(磁场对电流有作用力)‎ 例5　(多选)如图5所示装置中，cd杆光滑且原来静止.当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动(导体棒切割磁感线速度越大，感应电流越大)(　　)‎ 图5‎ A.向右匀速运动 B.向右加速运动 C.向左加速运动 D.向左减速运动 答案　BD 解析　ab杆向右匀速运动，在ab杆中产生恒定的电流，该电流在线圈L1中产生恒定的磁场，在L2中不产生感应电流，所以cd杆不动，故A错误；ab杆向右加速运动，根据右手定则，知在ab杆上产生增大的由a到b的电流，根据安培定则，在L1中产生方向向上且增强的磁场，该磁场向下通过L2，由楞次定律，cd杆中产生c到d的电流，根据左手定则，cd杆受到向右的安培力，向右运动，故B正确；同理可得C错误，D正确.‎ 六、从能量的角度理解楞次定律 感应电流的产生并不是创造了能量.导体做切割磁感线运动时，产生感应电流，感应电流受到安培力作用，导体克服安培力做功从而实现其他形式的能向电能的转化，所以楞次定律的“阻碍”是能量转化和守恒的体现.‎ 例6　如图6所示，铜质金属环从条形磁铁的正上方由静止开始水平下落，在下落过程中，下列判断正确的是(　　)‎ 7‎ 图6‎ A.金属环在下落过程中的机械能守恒 B.金属环在下落过程中动能的增加量小于其重力势能的减少量 C.金属环的机械能先减小后增大 D.磁铁对桌面的压力始终大于其自身的重力 答案　B 解析　金属环在下落过程中，磁通量发生变化产生感应电流，金属环受到磁场力的作用，机械能不守恒，A错误.由能量守恒，金属环重力势能的减少量等于其动能的增加量和在金属环中产生的电能之和，B正确.金属环下落的过程中，机械能不停地转变为电能，机械能一直减少，C错误.当金属环下落到磁铁中央位置时，无感应电流，环和磁铁间无作用力，磁铁对桌面的压力大小等于磁铁的重力，D错误. ‎ ‎　　　　　　　　　　　　　　　　　　　‎ ‎1.(“来拒去留”法)如图7所示，甲是闭合铜线框，乙是有缺口的铜线框，丙是闭合的塑料线框，它们的正下方都放置一薄强磁铁，现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放(各线框下落过程中始终水平不翻转)，则以下说法正确的是(　　)‎ 图7‎ A.三者同时落地 B.甲、乙同时落地，丙后落地 C.甲、丙同时落地，乙后落地 D.乙、丙同时落地，甲后落地 答案　D 解析　在下落过程中，闭合铜线框中产生感应电流.由“来拒去留”可知，答案选D.‎ 7‎ ‎2.(“增缩减扩”法及“来拒去留”法)如图8所示，水平桌面上放有一个闭合铝环，在铝环轴线上方有一个条形磁铁.当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时，下列判断正确的是 (　　)‎ 图8‎ A.铝环有收缩趋势，对桌面压力减小 B.铝环有收缩趋势，对桌面压力增大 C.铝环有扩张趋势，对桌面压力减小 D.铝环有扩张趋势，对桌面压力增大 答案　B 解析　根据楞次定律可知：当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时，闭合铝环内的磁通量增大，因此铝环面积应有收缩的趋势，同时有远离磁铁的趋势，故增大了和桌面的挤压程度，从而使铝环对桌面压力增大，故B项正确.‎ ‎3.(楞次定律的重要结论)如图9所示，水平放置的光滑杆上套有A、B、C三个金属环，其中B接电源.在接通电源的瞬间，A、C两环(　　)‎ 图9‎ A.都被B吸引 B.都被B排斥 C.A被吸引，C被排斥 D.A被排斥，C被吸引 答案　B 解析　在接通电源的瞬间，通过B环的电流从无到有，电流产生的磁场从无到有，穿过A、C两环的磁通量从无到有，A、C两环产生感应电流，由楞次定律可知，感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化，为了阻碍原磁通量的增加，A、C两环都被B环排斥而远离B环，故A、C、D错误，B正确.‎ ‎4.(“增离减靠”法)(多选)如图10是某电磁冲击钻的原理图，若突然发现钻头M向右运动，则可能是(　　)‎ 7‎ 图10‎ A.开关S闭合瞬间 B.开关S由闭合到断开的瞬间 C.开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向左迅速滑动 D.开关S已经是闭合的，滑动变阻器滑片P向右迅速滑动 答案　AC 解析　当开关突然闭合时，左线圈上有了电流，产生磁场，而对于右线圈来说，磁通量增加，产生感应电流，使钻头M向右运动，故A项正确；当开关S已经闭合时，只有左侧线圈电流增大才会导致钻头M向右运动，故C项正确.‎ ‎5.(安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的区别运用)(多选)如图11所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力的作用下运动时，MN在磁场力的作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是(　　)‎ 图11‎ A.向右加速运动 B.向左加速运动 C.向右减速运动 D.向左减速运动 答案　BC 解析　当PQ向右运动时，用右手定则可判定PQ中感应电流的方向是由Q→P，由安培定则可知穿过L1的磁场方向是自下而上的；若PQ向右加速运动，则穿过L1的磁通量增加，用楞次定律可以判断流过MN的感应电流是从N→M的，用左手定则可判定MN受到向左的安培力，将向左运动，可见选项A错误；若PQ向右减速运动，流过MN的感应电流方向、MN所受的安培力的方向均将反向，MN向右运动，所以选项C正确；同理可判断选项B正确，选项D错误.‎ 7‎