第1节 楞次定律（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

第二章　电磁感应及其应用 第1节　楞次定律 核心 素养 导学 物理 观念 (1)理解楞次定律，知道楞次定律是能量转化和守恒的反映。 (2)理解右手定则，知道右手定则是楞次定律的一种具体表现形式。 科学 思维 (1)会用楞次定律判断感应电流方向。 (2)会用右手定则判断感应电流方向。 (3)经历推理分析得出楞次定律的过程，体会归纳推理的方法。 科学 探究 能分析物理现象，提出并准确表述可探究的物理问题，能进行合理假设；能根据楞次定律的实验方案分析归纳，总结出楞次定律。 科学态度与责任 认识到物理研究是建立在观察和实验基础上的一项创造性工作；经历实验探究得出楞次定律的过程，提升科学探究的能力。 一、右手定则 1．内容：伸开右手，使大拇指与其余并拢的四指垂直，并与手 掌在同一平面内，让磁感线垂直从____穿入，并使拇指指向 导线运动的方向，这时____所指的方向就是感应电流的方向。 2．适用范围：适用于判断导体___________时产生的感应电流的方向。 手心 四指 切割磁感线 二、楞次定律 1．实验探究 (1)在图1所示实验中，将条形磁铁N极向下、N极向上、S极向下、S极向上运动，观察记录电流表指针的偏转方向。 　　 (2)在图2所示实验中，将开关闭合、断开、变阻器R变大、变阻器R变小，观察记录电流表指针的偏转方向。 2．实验结论 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_____；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______。 3．楞次定律 (1)表述：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总是要______引起感应电流的________的变化。 (2)产生感应电流的过程遵循能量守恒定律，即消耗的机械能转化为感应电流的_______。 相反 相同 阻碍 磁通量 电能 (1)“阻碍”的理解：①阻碍不是相反；②阻碍不是阻止。 (2)右手定则是楞次定律的一种具体表现形式。 1.应用如图所示的装置探究感应电流的方向，判断下列说法是否正确。 (1)感应电流的磁场总是与原磁场方向相反。 ( ) (2)感应电流的磁场可以与原磁场方向相同。 ( ) (3)感应电流的磁场一定阻碍原磁场磁通量的变化。 ( ) × √ √ 2．如图所示的电路中，闭合开关时，灵敏电流计的指针向右偏转一下。 (1)闭合开关电路稳定后，灵敏电流计指针指向何位置？ (2)断开开关时，灵敏电流计指针向哪个方向偏转？ (3)滑动变阻器滑片迅速向右滑动，灵敏电流计的指针向哪个方向偏转？ 提示：(1)零刻度　(2)左　(3)左 3.如图所示，若吊起的铝环不闭合(有开口)，当磁体的一极去靠近铝环或远离铝环时，铝环会产生什么现象，请作出解释。 提示：当铝环不闭合时，磁体一极靠近或远离铝环，铝环不动，这是因为当磁体靠近或远离铝环时，穿过铝环的磁通量虽然发生变化，但铝环不闭合，不会产生感应电流，不会受到安培力作用，故铝环不动。 [重点释解] 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 [典例体验] [典例]　如图所示电路，若将滑动变阻器滑片向上移动，则a、b环中感应电流的方向是 (　 ) A．a环顺时针，b环顺时针 B．a环顺时针，b环逆时针 C．a环逆时针，b环顺时针 D．a环逆时针，b环逆时针 [解析]　电路中电流的方向为逆时针方向，由安培定则可知，在a处的磁场方向垂直于纸面向外，在b处的磁场的方向垂直于纸面向里；当滑动变阻器滑片向上移动时，接入电路中的电阻值增大，所以电路中的电流减小，则向外穿过a 的磁通量减小，由楞次定律可知，a环产生的感应电流的方向为逆时针方向；同时向里穿过b的磁通量也减小，由楞次定律可知，b环产生的感应电流的方向为顺时针方向，A、B、D错误，C正确。 [答案]　C /方法技巧/ 使用楞次定律的一般解题步骤 [针对训练] 1．下列选项是某同学记录的演示楞次定律的实验笔记，经检查，不符合实验事实的是 (　 ) 解析：条形磁铁靠近线圈，原磁场方向向下，导致线圈中磁通量增加，由楞次定律可知感应电流的磁场方向向上，根据安培定则即可以确定电流的流向，且线圈与条形磁铁相互排斥，A符合实验事实；条形磁铁离开线圈，原磁场方向向下，导致线圈中磁通量减少，由楞次定律可知感应电流的磁场方向向下，根据安培定则即可以确定电流的流向，且线圈与条形磁铁相互吸引，B符合实验事实；条形磁铁靠近线圈，原磁场方向向上，导致线圈中磁通量增加，由楞次定律可知感应电流的磁场方向向下，根据安培定则即可以确定电流的流向标错，C不符合实验事实；条形磁铁离开线圈，原磁场方向向上，导致线圈中磁通量减少，由楞次定律可知感应电流的磁场方向向上，根据安培定则即可以确定电流的流向，且线圈与条形磁铁相互吸引，D符合实验事实。 答案：C　 2. 如图所示，在水平放置的条形磁铁N极附近，一个闭合线圈向下运动并始终保持水平。在位置B，N极附近的磁感线正好与线圈平面平行。A、B之间和B、C之间的距离都比较小。从上往下看，下列说法正确的是 (　 ) A．线圈从A向B运动过程中，产生顺时针方向的感应电流 B．线圈从B向C运动过程中，产生逆时针方向的感应电流 C．线圈经过B位置时，线圈中的磁通量达到最大值 D．线圈从A向C运动过程中，线圈中一直没有产生感应电流 解析：线圈从A向B运动过程中，穿过线圈的磁通量减少，磁场方向斜向上，根据楞次定律判断可知从上往下看线圈中感应电流方向沿逆时针方向，故A错误；线圈从B向C运动过程中，穿过线圈的磁通量增多，磁场方向斜向下，根据楞次定律可知从上往下看线圈中的感应电流方向沿逆时针方向，故B正确；线圈经过B位置时，线圈平面与磁场方向平行，线圈中的磁通量最少，故C错误；由A、B选项分析可知，从上往下看线圈中一直有逆时针方向的感应电流，故D错误。 答案：B　 新知学习(二)|应用右手定则判断感应电流方向 [重点释解] 1．当导线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)。 2．楞次定律与右手定则的区别及联系 比较项目 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 [典例体验] [典例]　(多选)如图所示，光滑平行金属导轨PP′和QQ′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，下列关于导体棒MN中感应电流的方向和它所受安培力的方向的说法正确的是 (　 ) A．感应电流的方向是N→M B．感应电流的方向是M→N C．安培力水平向左 D．安培力水平向右 [解析]　以导体棒为研究对象，导体棒所处位置磁场的方向竖直向下，运动方向水平向右，根据右手定则可知，导体棒中感应电流的方向是N→M，再根据左手定则可知，导体棒所受安培力的方向水平向左，A、C正确。 [答案]　AC [拓展]　下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，其中能产生由a到b的感应电流的是 (　 ) 解析：由右手定则判断可知，A中感应电流方向为a→b，B、C、D中均为b→a。 答案：A　 /方法技巧/ 右手定则的应用技巧 (1)如果回路中的一部分导线做切割磁感线运动产生感应电流，用右手定则判断较为简便，用楞次定律也能进行判断，但较为麻烦。 (2)如果导线不动，而磁场相对导线运动，此时仍可用右手定则判断感应电流的方向，但是右手定则中拇指所指的方向不是磁场运动的方向，而是磁场运动的反方向，即仍然是导线相对磁场做切割磁感线运动的方向。　 [针对训练] 1.如图所示，磁场中有一导线MN与“ ”形光滑的金属框组成闭合电路，当导线向右运动时，下列说法正确的是 (　 ) A．电路中有顺时针方向的电流 B．电路中有逆时针方向的电流 C．导线的N端相当于电源的正极 D．电路中无电流产生 解析：根据右手定则，由题意可知，当导线向右运动时，产生的感应电流方向由N端经过导线到M端，因此电路中有逆时针方向的感应电流，A、D错误，B正确；由上分析可知，电源内部的电流方向由负极到正极，因此N端相当于电源的负极，C错误。 答案：B　 2.如图所示，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 (　 ) 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 解析：由右手定则知ef上的电流方向由e→f，故环的右侧的电流方向为逆时针，环的左侧的电流方向为顺时针，D正确。 答案：D　 [针对训练] 1．一灵敏电流计，当电流从它的正接线柱流入时，指针向正接线柱一侧偏转，现把它与一个线圈串联，将磁铁从线圈上方插入或拔出，请完成下列填空。 (1)图(a)中灵敏电流计指针的偏转方向为________(选填“偏向正极”或“偏向负极”)。 (2)图(b)中磁铁下方的极性是________(选填“N极”或“S极”)。 (3)图(c)中磁铁的运动方向是________(选填“向上”或“向下”)。 (4)图(d)中线圈从上向下看的电流方向是________(选填“顺时针”或“逆时针”)。 解析：(1)磁铁向下运动，穿过线圈的磁通量增加，原磁场方向向下，根据楞次定律感应电流方向俯视为逆时针方向，从正接线柱流入电流计，指针偏向正极。 (2)由图(b)可知，电流从负接线柱流入电流计，根据安培定则，感应电流的磁场方向向下，磁铁向下运动，磁通量增加，根据楞次定律可知，磁铁下方为S极。 (3)原磁场方向向下，电流从负接线柱流入电流计，根据安培定则，感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，磁通量减小，磁铁向上运动。 (4)图(d)中磁铁向下运动，穿过线圈的磁通量增加，原磁场方向向上，根据楞次定律判断感应电流方向俯视为顺时针方向。 答案：(1)偏向正极　(2)S极　(3)向上　(4)顺时针 2．在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中： (1)实验装置如图(a)所示，合上开关S时发现电流表指针向右偏，填写表格： 实验操作 指针偏向(选填“左”或“右”) 滑片P右移时   在原线圈中插入软铁棒时   拔出原线圈时   (2)如图(b)所示，A、B为原、副线圈的俯视图，已知副线圈中产生顺时针方向的感应电流，根据图(a)可判断可能的情况是________。 A．原线圈中电流为顺时针方向，滑动变阻器滑片P在右移 B．原线圈中电流为顺时针方向，正从副线圈中拔出铁芯 C．原线圈中电流为逆时针方向，正把铁芯插入原线圈中 D．原线圈中电流为逆时针方向，开关S正断开时 解析：(1)合上开关S时发现电流表指针向右偏，知磁通量增加时，电流表指针向右偏。当滑片右移时，原线圈电流增大，则磁通量增加，电流表指针向右偏。在原线圈中插入软铁棒时，使得磁通量增加，电流表指针向右偏。拔出原线圈时，使得磁通量减小，则电流表指针向左偏。 (2)原线圈中电流为顺时针方向，滑动变阻器滑片P在右移，原线圈电流增大，则电流的磁场增大，根据楞次定律，在副线圈中产生逆时针方向的感应电流，A错误；原线圈中电流为顺时针方向，正从副线圈中拔出铁芯，则磁通量减小，根据楞次定律在副线圈中产生顺时针方向的感应电流，B正确；原线圈中电流为逆时针方向，正把铁芯插入原线圈中，则磁通量增加，根据楞次定律在副线圈中产生顺时针方向的感应电流，C正确；原线圈中电流为逆时针方向，开关S正断开时，磁通量减小，根据楞次定律，在副线圈中产生逆时针方向的感应电流，D错误。 答案：(1)右　右　左　(2)BC 新知学习(四) |楞次定律的推广和应用 [典例体验] [典例]　四根同样光滑的细铝杆a、b、c、d放在同一水平桌面上，其中c、d固定，a、b静止地放在c、d杆上，接触良好，O点为回路中心，如图所示，当条形磁铁的一端从O点正上方迅速插向回路时，a、b两杆将 (　 ) A．保持不动 B．分别远离O点 C．分别向O点靠近 D．因不知磁极的极性，故无法判断 [解析]　可以假设磁铁的下端为N极，当条形磁铁插入回路之间时，穿过回路的磁通量增大，根据楞次定律判断出回路中产生感应电流的方向为逆时针方向(俯视)，再依据左手定则判断出a杆受到安培力将向右运动，b杆受到安培力将向左运动，可知a、b两杆将分别向O点靠近。然后再假设磁铁的下端为S极，用同样的方法判断可知a、b两杆也分别向O点靠近。本题也可根据楞次定律中“阻碍”的表现形式——“增缩减扩”，可知当条形磁铁插入回路时，穿过回路的磁通量增大，a、b两杆将分别向O点靠近。C正确。 [答案]　C [系统归纳] 1．楞次定律的一般表述 感应电流的“效果”总是要阻碍 (或反抗)引起感应电流的“原因”。 2．“阻碍”的表现形式 楞次定律中的“阻碍”作用，正是能量转化和能量守恒定律的反映，在克服“阻碍”的过程中，其他形式的能转化为电能，常见的情况有以下四种： (1)阻碍原磁通量的变化(增反减同)。 (2)阻碍导线的相对运动(来拒去留)。 (3)通过改变线圈面积来“阻碍”(增缩减扩)。 (4)阻碍自身电流的变化(自感现象将在后面学习到)。 [针对训练] 1.如图所示，平行导体滑轨MM′、NN′放置于同一水平面上，固定在竖直向下的匀强磁场中，导体棒AB、CD横放在滑轨上且静止，形成一个闭合电路。当AB向右滑动的瞬间，电路中感应电流的方向及CD受到的安培力方向分别为(　 ) A．电流方向沿ABCD，安培力方向向右 B．电流方向沿ADCB，安培力方向向右 C．电流方向沿ABCD，安培力方向向左 D．电流方向沿ADCB，安培力方向向左 解析：由右手定则可知，当AB向右运动时电流由B到A，故电流方向沿ADCB；则再由左手定则可得CD受力向右，B正确，A、C、D错误。 答案：B　 2．(2024·北京高考)如图所示，线圈M和线圈P绕在同一个铁芯上，下列说法正确的是(　 ) A．闭合开关瞬间，线圈M和线圈P相互吸引 B．闭合开关，达到稳定后，电流表的示数为0 C．断开开关瞬间，流过电流表的电流方向由a到b D．断开开关瞬间，线圈P中感应电流的磁场方向向左 解析：闭合开关瞬间，通过线圈P的磁通量突然增大，由楞次定律可知，线圈P中感应电流的磁场与线圈M中电流的磁场方向相反，二者相互排斥，故A错误；闭合开关，达到稳定后，通过线圈P的磁通量保持不变，则感应电流为0，电流表的示数为0，故B正确；断开开关瞬间，通过线圈P的磁场方向向右，磁通量减小，由楞次定律可知，感应电流的磁场方向向右，由安培定则可知，流过电流表的感应电流方向由b到a，故C、D错误。 答案：B　 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 物理观念——应用楞次定律判断电流方向 1．(选自沪科版新教材课后练习)某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律。当条形磁铁自上而下穿过固定的导电线圈时，通过电流计的感应电流的方向是(　 ) A．a→ →b B．先a→ →b，后b→ →a C．b→ →a D．先b→ →a，后a→ →b 解析：磁铁穿过线圈的过程中，线圈中的磁通量先向下增加，后向下减小，根据楞次定律，可知D正确。 答案：D　 2．(选自鲁科版教材课后练习)某同学利用电磁驱动原理研究弹射问题。如图所示，当固定线圈上突然通过直流电流时，线圈左侧的金属环被弹射出去。下列说法正确的是 (　 ) A．闭合开关S的瞬间，从右侧看，环中产生沿逆时针方向的感应电流 B．若金属环固定，开关闭合瞬间，环将有扩张趋势 C．若将金属环置于线圈的右侧，环将向右弹射 D．若将电池正、负极调换，金属环不能向左弹射 解析：开关闭合瞬间，通电线圈产生磁场，金属环中磁通量增加，根据楞次定律，金属环中产生感应电流，感应电流的磁场要阻碍原磁场磁通量的变化，由此判断A、B错误，C正确；将电池正、负极调换，不影响弹射方向，D错误。 答案：C　 科学探究——感应电流的有无及方向的探究 3．(选自粤教版教材课后练习)如图所示，一铝制导体圆环竖直套在一根固定的水平光滑绝缘杆ab上。 (1)当进行以下操作时，圆环中能否产生感应电流？若有感应电流产生，其方向如何？ 操作1：圆环固定不动，条形磁铁从圆环中心位置沿竖直方向向下平移。 操作2：圆环不固定，条形磁铁N极向左插入圆环。 操作3：去除横杆ab，让圆环和条形磁铁同时从当前位置自由下落。 (2)除了上述操作，还有其他可能让圆环产生感应电流的操作方案吗？如果有，请指出各种方案中感应电流的方向。 提示：(1)操作1：条形磁铁向下平移，环中磁通量减小，有感应电流产生，方向从右向左看为顺时针方向。 操作2：条形磁铁向左插入圆环，环中磁通量增大，有感应电流产生，方向从右向左看为逆时针方向。 操作3：环和磁铁同时自由下落，相对位置不变，环中磁通量不变，没有感应电流。 (2)有，例如可以让磁铁沿水平面转动90°，则环中磁通量减小，感应电流方向和操作1相同。 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1. 研究人员发现一种具有独特属性的新型合金，只要略微提高其温度，这种合金就会变成强磁性合金，从而使它旁边的线圈中产生感应电流。如图所示，一圆形线圈放在圆柱形该合金材料下方，现对该合金材料进行加热，则 (　 ) A．线圈中将产生逆时针方向的电流 B．线圈中将产生顺时针方向的电流 C．线圈将有收缩的趋势 D．线圈将有扩张的趋势 解析：对该合金材料进行加热，这种合金会从非磁性合金变成强磁性合金，穿过线圈的磁通量增大，从而在线圈中产生感应电流，由于磁场的方向未知，所以不能判断出感应电流的方向，A、B错误；当合金材料的磁场增大时，穿过线圈的磁通量增大，则线圈产生的感应电流将阻碍磁通量的增大，线圈面积有缩小的趋势，C正确，D错误。 答案：C　 2.如图所示是某研究性学习小组的同学设计的电梯坠落的应急 安全装置，在电梯轿厢上安装永久磁铁，并在电梯的井壁上 铺设线圈，这样可以在电梯突然坠落时减小对人员的伤害， 关于该装置，下列说法正确的是 (　 ) A．当电梯突然坠落，该安全装置可使电梯停在空中 B．当电梯坠落磁铁到达图示位置时，闭合线圈A、B中的电流方向相反 C．当电梯坠落磁铁到达图示位置时，只有闭合线圈A在阻碍电梯下落 D．当电梯坠落磁铁到达图示位置时，只有闭合线圈B在阻碍电梯下落 解析：若电梯突然坠落，线圈中会产生感应电流，感应电流会阻碍电梯与井壁的相对运动，可起到应急避险作用，但不能使电梯停在空中，A错误；当电梯坠落磁铁到达题图所示位置时，闭合线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从上向下看是逆时针方向，闭合线圈B中向上的磁场增强，感应电流的方向从上向下看是顺时针方向，可知闭合线圈A、B中感应电流方向相反，B正确；结合B项的分析可知，当电梯坠落磁铁到达题图所示位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落，C、D错误。 答案：B　 3. 为了演示“感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的 变化”的现象，老师做了这样的演示实验：如图所示，铝制水 平横梁两端各固定一个铝环，其中A环是闭合的，B环是断开的，横梁可以绕中间的支点在水平面内转动。当装置静止不动时，用一磁铁的N极去接近A环，发现A环带动横梁绕支点沿顺时针(俯视)方向转动。若不考虑空气流动对实验结果的影响，关于该实验，下列说法中正确的是 (　　) A．若用磁铁的S极接近A环，A环也将带动横梁绕支点沿顺时针(俯视)方向转动 B．制作A、B环的材料只要是金属就行，很薄的铁环也可以得到相同的实验效果 C．制作A、B环的材料用绝缘材料也可以得到相同的实验效果 D．磁铁接近A环的过程中，A环将有扩张的趋势 解析：根据楞次定律可知，无论是用N极还是S极去接近A环，A环均会受到排斥作用，故用磁铁的S极接近A环，A环也将带动横梁绕支点沿顺时针(俯视)方向转动，故A正确；如果A、B环用很薄的铁环做实验，磁铁对A环的吸引会干扰实验效果，故B错误；本实验原理是电磁感应现象，A环如果采用绝缘材料，环中没有感应电流，故不会产生相同的实验效果，故C错误；根据楞次定律可知，磁铁接近A环的过程中，为了阻碍磁通量的增加，A环将有收缩的趋势，故D错误。 答案：A　 课时跟踪检测（六） (单击进入电子文档) 50 新知学习(一) [任务驱动] 如图表示一对同轴螺线管，图中螺线管A中的电流方向用“·”和“×”表示，请画出螺线管A的磁感线；如果螺线管A中的电流增大，则螺线管B中的感应电流是什么方向？ 提示：螺线管A产生的磁场方向如图所示；如果螺线管A中的电流增大，则螺线管B中产生的电流的方向上边垂直纸面向里，下边垂直纸面向外。　 新知学习(三) [重点释解] 实验方案 操作思路 操作难点 方案一：利用螺线管、磁铁、灵敏电流计实施探究 如图，将磁铁插入螺线管或从螺线管中拔出，将磁通量的变化和电流方向相联系 (1)插拔磁铁要迅速 (2)电流计指针摆动是瞬时的 方案二：利用小螺线管电路中电流变化实施探究 如图，通过开关通断电和滑片滑动进行探究实验 (1)电路连接比较复杂 (2)需要准确判断因果关系 $$