第二章 第一节 第2课时 楞次定律-【金版新学案】2024-2025学年新教材高二物理选择性必修第二册同步课堂高效讲义教师用书word（粤教版2019）

第2课时　楞次定律 【素养目标】　1．知道感应电流的方向与磁通量的变化有关。2．理解楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现，初步树立能量观。3．理解楞次定律中“阻碍”的含义。4．能熟练应用楞次定律和右手定则判断出感应电流的方向。 知识点一　楞次定律 [情境导学]　如图为条形磁体插入或抽出线圈时的情景，根据上节实验中的结果，说说线圈中感应电流的磁场方向与原磁场方向有什么关系。 提示：穿过闭合回路中原磁场的磁通量增加时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反；穿过闭合回路中原磁场的磁通量减少时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同。 (阅读教材P33－P35完成下列填空) 1．楞次定律：闭合回路中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 感应电流的方向符合楞次定律是能量守恒定律的必然结果，当条形磁铁插入线圈或从线圈内抽出时，推力或拉力做功，将其他形式的能量转化为线圈中的电能。 [问题探究]　(1)感应电流的磁场总要阻碍原磁场的变化，是否意味着感应磁场总与原磁场反向？ (2)“阻碍”是不是意味“阻断”了原磁场的变化？ 提示：(1)否，当原磁场减弱时，感应磁场与原磁场方向相同。 (2)“阻碍”并不是“阻断”了原磁场的变化，“阻碍”只是减缓了原磁场的变化，并不能阻止这种变化。 角度一　楞次定律的理解 (2023·广东肇庆期末)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 答案：A 解析：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，选项A正确；闭合电路的一部分导体在磁场中平行磁感线运动时，不受磁场阻碍作用，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；当原磁场增强时，感应电流的磁场跟原磁场反向，当原磁场减弱时，感应电流的磁场跟原磁场同向，选项D错误。 1．楞次定律中的因果关系 闭合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，即只有当闭合回路中的原磁通量发生变化时，才会有感应电流的磁场出现。 2．楞次定律中“阻碍”的含义 角度二　楞次定律的应用 把A、B两个线圈绕在一个铁环上，A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路，B线圈与开关 学生用书↓第42页 S及电流表G组成另一个回路，如图所示。下列过程能使电流表产生由a到b的感应电流的是(　　) A．闭合S后，R的滑片向左移动的过程 B．闭合S后，R的滑片向右移动的过程 C．S由断开到闭合的过程 D．S由闭合到断开的过程 答案：B 解析：闭合S后，R的滑片向左移动的过程，A线圈电流减小，则通过线圈B的磁通量减小了，根据右手螺旋定则可确定穿过线圈B的磁场方向为从上到下，根据楞次定律可知，电流表G中有b→a的感应电流，故A错误；同理可知，闭合S后，R的滑片向右移动的过程，电流表G中有a→b的感应电流，故B正确；闭合与断开开关S的瞬间，穿过线圈B的磁通量都不发生变化，电流表G中均无感应电流，故C、D错误。故选B。 应用楞次定律的一般解题步骤 1．明确研究对象是哪一个闭合回路。 2．明确引起电磁感应的、穿过该闭合回路的原磁场(B0)的方向。 3．确定原磁场(B0)穿过该闭合回路的磁通量是增大还是减小。 4．根据楞次定律，确定该闭合回路内感应电流的磁场(B′)的方向。 5．利用安培定则(如图)判断能够形成上述磁场(B′)的感应电流的方向。 针对练1．(2023·广东汕头高二校考期中)如图，两平行直导线cd和ef竖直放置，通以方向相同、大小相等的恒定电流，闭合金属线圈M位于两导线所在的平面内，且在导线cd与ef的中间位置，则(　　) A．保持M不动，穿过线圈M的磁通量为零 B．M向左移动时金属线圈产生顺时针感应电流 C．M向上运动时，金属线圈产生逆时针感应电流 D．cd、ef所受到的安培力方向相同 答案：A 解析：根据右手螺旋定则可知左边导线穿过线圈的磁场方向垂直线圈向里，右边导线穿过线圈的磁场方向垂直线圈向外，大小相等，则保持M不动，穿过线圈M的磁通量为零，A正确；M向左移动时穿过线圈的磁通量向里变大，根据楞次定律可知金属线圈产生逆时针感应电流，B错误；M向上运动时，穿过线圈磁通量不变，没有感应电流，C错误；cd、ef所受到的安培力为一对相互作用力，大小相等，方向相反，D错误。故选A。 针对练2．如图甲所示的闭合线圈放在匀强磁场中，t＝0时磁感应强度垂直线圈平面向里，磁感应强度随时间变化的关系图像如图乙所示。则在0～2 s内线圈中感应电流的方向为(　　) A．逆时针 B．先逆时针后顺时针 C．顺时针 D．先顺时针后逆时针 答案：C 解析：0～1 s内，线圈中磁场的磁感应强度为正，磁感应强度垂直线圈平面向里且磁通量减小，由“增反减同”可知，感应电流产生的磁场垂直线圈平面向里，根据安培定则可知，感应电流的方向为顺时针；同理可知，1～2 s内，感应电流的方向仍为顺时针，所以选项C正确。 知识点二　右手定则 [情境导学]　如图所示，导体棒与电流表连接，如果导体棒在磁场中做切割磁感线的运动。电流表指针是否发生偏转？指针的偏转方向与导体棒的运动方向有关吗？ 提示：发生偏转，有关。 (阅读教材P35完成下列填空) 1．右手定则的内容：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。让磁感线垂直穿入手心，拇指指向导体运动的方向，这时其余四指所指的方向就是感应电流的方向。 2．右手定则可以看作是楞次定律在导体运动情况下的特殊运用，其中切割磁感线的导体相当于电源。 学生用书↓第43页 [问题探究]　在图中，假定导体棒CD向右运动，切割磁感线。 (1)请用楞次定律判断CD中的电流方向； (2)平铺右手，让磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体的运动方向，四指指向与电流方向有什么关系？ 提示：(1)电流方向为C→D。(2)四指指向即为电流方向。 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(　　) 答案：A 解析：ab顺时针转动，运用右手定则，磁感线穿过手心，拇指指向导体运动的方向，则ab上的感应电流方向为a→b，A正确；ab向纸外运动，运用右手定则，磁感线穿过手心，拇指指向纸外，则知导体ab上的感应电流方向为b→a，B错误；线框向右运动时，穿过线框的磁通量减小，由楞次定律知，线框中感应电流产生的磁场垂直于纸面向里，根据安培定则可知，感应电流的方向为a→d→c→b→a，C错误；ab沿导轨向下运动，由右手定则判断知导体ab上的感应电流方向为b→a，D错误。 1．对右手定则的理解 (1)拇指的指向：是导体相对磁场切割磁感线的运动方向，既可以是导体的运动方向(磁场不动)，也可以是磁场相对导体运动的反方向(导体不动)，还可以是导体相对磁场的运动方向(两者以不同速度同时运动)。 (2)四指的指向：是电流方向，也是感应电动势的方向，切割磁感线的那部分导体相当于电源。 2．楞次定律与右手定则的比较 比较内容 规律 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，即切割磁感线的导体 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 应用 用于磁感应强度B随时间变化而产生的电磁感应现象较方便 用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象较方便 联系 右手定则是楞次定律的特例 针对练1．(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．安培力方向水平向左 D．安培力方向水平向右 答案：AC 解析：以导体棒MN为研究对象，由右手定则可知，感应电流方向是N→M；再由左手定则可知，安培力方向水平向左，故B、D错误，A、C正确。 针对练2．(多选)(2023·广东肇庆中学高二校考期末)如图为电磁刹车实验装置，小车底面安装有矩形导线框abcd，线框底面平行于地面，在小车行进方向有与abcd等宽、 学生用书↓第44页 等长的有界匀强磁场，磁场方向垂直地面向上。小车进入磁场前撤去牵引力，小车穿过磁场后滑行一段距离停止。则小车(　　) A．进入磁场时，矩形导线框中感应电流的方向为adcba B．离开磁场时，矩形导线框中感应电流的方向为adcba C．穿过磁场的过程中，中间有一段时间矩形导线框中没有感应电流 D．穿过磁场的过程中，矩形导线框受到的安培力方向始终水平向左 答案：BD 解析：根据右手定则可知，进入磁场时，矩形导线框中感应电流的方向为abcda，离开磁场时，矩形导线框中感应电流的方向为adcba，故A错误，B正确；因线圈与磁场等宽、等长，则穿过磁场的过程中，矩形导线框中始终有感应电流，故C错误；根据左手定则可知，穿过磁场的过程中，矩形导线框受到的安培力方向始终水平向左，故D正确。故选B、D。 1．如图所示，在两根平行长直导线中，通以方向相同、大小相等的恒定电流，一个小线框在两导线平面内，从靠近右边的导线内侧沿着与两导线垂直的方向匀速向左移动，直至到达左边导线的内侧。在移动过程中，线框中的感应电流方向(　　) A．沿abcda不变 B．沿adcba不变 C．由abcda变为adcba D．由adcba变为abcda 答案：B 解析：根据安培定则和磁场的叠加原理判断得知，在中线右侧磁场向外，在中线左侧磁场向里。当导线框位于中线右侧运动时，磁场向外，磁通量减小，根据楞次定律可知，感应电流方向为adcba；当导线框经过中线，磁场方向先向外，后向里，磁通量先减小，后增加，根据楞次定律，可知感应电流方向为adcba；当导线框位于中线左侧运动时，磁场向里，磁通量增加，根据楞次定律可知，感应电流方向为adcba。故选B。 2．现代汽车中有一种先进的制动系统——防抱死(ABS)系统，它让车轮在制动时不是完全刹死，而是仍有一定的滚动，其原理如图所示。铁质齿轮P与车轮同步转动。右端有一个绕有线圈的磁体，M是一个电流检测器。当车轮带动齿轮转动时，线圈中会产生感应电流。这是由于齿轮靠近线圈时被磁化，使线圈中的磁场增大，齿轮离开线圈时又使线圈中磁场减小，从而能使线圈中产生感应电流。这个电流经电子装置放大后能控制制动机构。齿轮P从图示位置按顺时针方向转过α 角的过程中，通过M的感应电流的方向是(　　) A．总是从左向右 B．总是从右向左 C．先从左向右，然后从右向左 D．先从右向左，然后从左向右 答案：D 解析：在图示位置时，铁质齿轮恰好距离永久磁铁最近，被磁铁磁化后，穿过线圈的磁通量向左的最强，转过α 角时，下一个铁质齿轮又距离永久磁铁最近，因此在转动过程中，穿过线圈的磁通量向左先减小，后增加，根据楞次定律可知，螺线管内感应电流的磁场方向先向左后向右，利用右手螺旋定则，通过M的感应电流的方向先从右向左，然后从左向右。故选D。 3．如图所示，边长为d的正方形线圈，从位置A开始向右运动，并穿过宽为L(L＞d)的匀强磁场区域到达位置B，则(　　) 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；穿出磁场的过程中，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，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，C错误，D正确。 4．(教科版选择性必修第二册P35T3)判断如图所示的各种情况下线圈内感应电流的方向。 答案：见解析 解析：题图(a)中，向右穿过线圈的磁通量增加，根据楞次定律和安培定则，线圈内感应电流方向从左向右流过G；题图(b)中，根据安培定则，向里穿过线框的磁通量减少，根据楞次定律和安培定则，线圈内感应电流方向为顺时针方向；题图(c)中，向上穿过线圈的磁通量减少，根据楞次定律和安培定则，线圈内感应电流方向从上向下流过G；题图(d)中，根据右手定则，导线中的电流向下，然后从下边交点，分别向左右两方向流向两电流计。 课时测评9　楞次定律 (时间：30分钟　满分：60分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－12题，每题5分，共60分) 1．如图所示，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(　　) A．环中有感应电流，方向为a→d→c→b→a B．环中有感应电流，方向为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。 2．(2023·广东佛山高三统考)如图所示，水平放置的N匝矩形线框abcd面积为S，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向与水平面成θ＝37°角斜向上，已知sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8。现使矩形线框以ab边为轴顺时针旋转90°到竖直的虚线位置，在此过程中(　　) A．磁通量的变化量的大小为BS B．磁通量的变化量的大小为NBS C．线框中产生的感应电流方向一直为adcba D．线框中产生的感应电流方向先为abcda后为adcba 答案：C 解析：线框转动前的磁通量为Φ1＝BSsin 37°＝BS，线框转动后的磁通量为Φ2＝－BScos 37°＝－BS，则磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BS，磁通量的变化量的大小为BS，与线圈匝数无关，故A、B错误；穿过线圈的磁通量先向上减小后反向增加，则根据楞次定律可知，线框中感应电流方向始终沿adcba方向，故C正确，D错误。故选C。 3．(教科版选择性必修第二册P35T1改编)如图所示，长直导线MN中通有竖直向上的恒定电流I，其附近有一个矩形线圈ABCD，线圈与导线始终在同一个平面内。则下列说法中正确的是(　　) A．将矩形线圈向上平移，线圈内产生A→D→C→B→A方向的感应电流 B．将矩形线圈向下平移，线圈内产生A→D→C→B→A方向的感应电流 C．将矩形线圈向左平移，线圈内产生A→B→C→D→A方向的感应电流 D．将矩形线圈向右平移，线圈内产生A→B→C→D→A方向的感应电流 答案：D 解析：根据安培定则可知，线圈所在位置的磁场方向垂直纸面向里，且离导线越近的位置磁感应强度越大，当线圈向上或向下平移时，线圈内的磁通量不发生变化，故不产生感应电流；当线圈向左平移时，线圈内的磁通量增大，根据楞次定律可判断，线圈内的感应电流的方向为A→D→C→B→A；当线圈向右平移时，线圈内的磁通量减小，根据楞次定律可判断，线圈内的感应电流的方向为A→B→C→D→A，故选D。 4．(2024·广东高二学业考试)如图所示，要使Q线圈产生图示方向的电流，可采用的方法有(　　) A．闭合电键K后，把R的滑片右移 B．闭合电键K后，把P中的铁心从左边抽出 C．闭合电键K后，把Q靠近P D．闭合电键K后，把Q远离P 答案：C 解析：闭合电键K后，把R的滑片右移，电路中电流减小，则Q所在的磁场方向从左向右，且在减小，根据楞次定律，左边导线电流方向向上，故A错误；闭合电键K后，将P中的铁心从左边抽出，Q所在的磁场方向从左向右，且在减小，根据楞次定律，左边导线电流方向向上，故B错误；闭合电键，将Q靠近P，Q所在的磁场方向从左向右，且在增强，根据楞次定律，左边导线的电流向下，反之，产生的电流向上，故C正确，D错误。故选C。 5．闭合线框abcd自某高度自由下落时穿过一个有界的匀强磁场，当它经过如图所示的三个位置时，感应电流的方向是(　　) A．经过Ⅰ时，a→d→c→b→a B．经过Ⅱ时，a→b→c→d→a C．经过Ⅱ时，无感应电流 D．经过Ⅲ时，a→b→c→d→a 答案：C 解析：经过Ⅰ时，bc边切割磁感线，根据右手定则可知感应电流方向为a→b→c→d→a，A错误；经过Ⅱ时，磁通量不变，则感应电流为0，B错误，C正确；经过Ⅲ时，ad边切割磁感线，根据右手定则可知感应电流方向为a→d→c→b→a，D错误。 6．(多选)如图所示，竖直向下的匀强磁场中，有一个带铜轴的铜盘，用铜刷把盘边缘和轴连接，外接一电流表，当铜盘按图示匀速转动时，则(　　) A．G中有a→b的电流 B．G中有b→a的电流 C．盘面磁通量不变，不产生感应电流 D．有从盘边缘向盘中心的电流 答案：BD 解析：沿铜盘半径方向的“铜棒”切割磁感线，由右手定则可判定选项B、D正确。 7．(多选)闭合铜环与闭合金属框相接触放在匀强磁场中，如图所示，当铜环向右移动时(金属框不动)，下列说法中正确的是(　　) A．铜环内没有感应电流产生，因为磁通量没有发生变化 B．金属框内没有感应电流产生，因为磁通量没有发生变化 C．金属框ab边中有感应电流，因为回路abfgea中磁通量增加了 D．铜环的半圆egf中有感应电流，因为回路egfcde中的磁通量减少 答案：CD 解析：在向右移动过程中回路abfgea的面积增大，所以磁通量增大了，根据楞次定律可得回路中会产生感应电流，即ab边有a到b的感应电流；同理回路egfcde的面积减小了，故磁通量减小，所以egf会有感应电流产生。故选C、D。 8．如图所示，直导线固定于纸面内，一矩形线框，在纸面内从abcd位置平移到a′b′c′d′位置的过程中，关于线框内产生的感应电流的方向，下列叙述正确的是(　　) A．一直逆时针 B．顺时针→逆时针 C．逆时针→顺时针→逆时针 D．顺时针→逆时针→顺时针 答案：D 解析：由安培定则得，恒定电流的直导线产生的磁场在导线左边的方向为垂直纸面向外，右边的磁场方向垂直纸面向里。当线圈向导线靠近时，穿过线圈的磁通量变大，感应磁场方向与原磁场方向相反，故感应电流方向为顺时针方向；当线圈越过导线时到线圈中心轴与导线重合，穿过线圈的磁通量变小，则感应电流方向为逆时针方向；当继续向右运动时，磁场方向变为垂直纸面向里，穿过线圈的磁通量变大，感应电流方向为逆时针方向；当远离导线时，穿过线圈的磁通量变小，感应电流方向为顺时针方向，故D正确，A、B、C错误。 9．如图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摆动。金属线框从右侧某一位置由静止开始释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面。则线框中感应电流的方向是(　　) A．a→b→c→d→a B．a→d→c→b→a C．先是a→d→c→b→a，后是a→b→c→d→a D．先是a→b→c→d→a，后是a→d→c→b→a 答案：B 解析：线框从右侧开始由静止释放，穿过线框平面的磁通量反向，且逐渐减少，由楞次定律可得感应电流的方向为a→d→c→b→a；过最低点所在的竖直线后继续向左摆动过程中，穿过线框平面的磁通量反向且逐渐增大，由楞次定律可得感应电流的方向仍为a→d→c→b→a，故B正确。 10．图1是磁悬浮列车，图2是磁悬浮的原理图，图2中甲是圆柱形磁铁，乙是用高温超导材料制成的超导圆环，将超导圆环乙水平放在磁铁甲上，它就能在磁力的作用下悬浮在磁铁甲的上方空中，若甲的N极朝上，在乙放入磁场向下运动的过程中(　　) A．俯视，乙中感应电流的方向为顺时针方向；当乙稳定后，感应电流消失 B．俯视，乙中感应电流的方向为顺时针方向；当乙稳定后，感应电流仍存在 C．俯视，乙中感应电流的方向为逆时针方向；当乙稳定后，感应电流消失 D．俯视，乙中感应电流的方向为逆时针方向；当乙稳定后，感应电流仍存在 答案：B 解析：磁悬浮是利用了同性磁极相互排斥的原理，在乙放入磁场向下运动的过程中，圆环内的磁通量是增大的，由楞次定律可知题图2中超导圆环乙中的感应电流所激发的磁场的N极是向下的，由右手螺旋定则可知俯视时感应电流沿着顺时针方向；由于超导体电阻为零，所以当乙稳定后感应电流将仍然存在，故A、C、D错误，B正确。 11．(多选)AOC是光滑的直角金属导轨，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，ab是一根靠立在导轨上的金属直棒(开始时b离O点很近)，如图所示。它从静止开始在重力作用下运动，运动过程中a端始终在AO上，b端始终在OC上，直到ab完全落在OC上，整个装置放在一匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向里，则ab棒在运动过程中(　　) A．感应电流方向始终是b→a B．感应电流方向先是b→a，后变为a→b C．所受安培力方向垂直于ab向上 D．所受安培力方向先垂直于ab向下，后垂直于ab向上 答案：BD 解析：初始，ab与直角形金属导轨围成的三角形面积趋于0，末状态ab与直角形金属导轨围成的三角形面积也是趋于0，所以整个运动过程中，闭合回路的面积是先增大后减小，根据楞次定律的增反减同，判断电流方向先是逆时针后是顺时针，A错误，B正确；根据左手定则判断安培力可得安培力先是垂直于ab向下，后垂直于ab向上，C错误，D正确。 12．长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动，如图甲所示。长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的电流，i-t图像如图乙所示。规定沿长直导线方向向上的电流为正方向。关于0～T时间内矩形线框中感应电流的方向，下列说法正确的是(　　) A．由顺时针方向变为逆时针方向 B．由逆时针方向变为顺时针方向 C．由顺时针方向变为逆时针方向，再变为顺时针方向 D．由逆时针方向变为顺时针方向，再变为逆时针方向 答案：D 解析：0～时间内，长直导线中向上的电流增大，则线框中的磁通量增大，根据楞次定律和安培定则可知，线框中产生逆时针方向的感应电流；～时间内，长直导线中向上的电流减小，则线框中的磁通量减少，线框中产生顺时针方向的感应电流；同理判断出～T时间内、T～T时间内的感应电流方向分别为顺时针和逆时针，故选D。 学生用书↓第45页 学科网（北京）股份有限公司 $$