第2章 1 楞次定律-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修 第二册（人教版2019）

1　楞次定律 [学习目标]　1.通过实验探究，归纳出判断感应电流方向的规律——楞次定律(重点)。2.理解楞次定律，并能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向(重难点)。3.掌握右手定则，能够熟练应用右手定则判断感应电流的方向(重点)。 一、实验：探究影响感应电流方向的因素 1．实验原理 通过实验，观察、分析原磁场方向和磁通量的变化，记录感应电流的方向，然后归纳出感应电流的方向与原磁场方向、原磁通量变化之间的关系。 2．实验器材 条形磁体，线圈，电流表，滑动变阻器，干电池，开关，导线若干。 3．实验过程 (1)采用试触法探究电流表指针的偏转方向和电流方向之间的关系。 一般情况电流从哪一侧接线柱流入，指针就向哪一侧偏转，即左进左偏，右进右偏。(指针偏转方向应由实验得出，并非所有电流表都是这样的) (2)探究条形磁体插入或拔出线圈时感应电流的方向。 ①按图连接电路，明确线圈的绕线方向。 ②画出实验草图，记录磁极运动的四种情况。 ③观察并记录。 甲 乙 丙 丁 条形磁体运动的情况 N极向下插入线圈 S极向下插入线圈 N极朝下时抽出线圈 S极朝下时抽出线圈 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(在线圈上方俯视) 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方向的关系 ④整理器材。 4．分析现象得出结论 (1)甲、乙两种情况下，磁通量都增加，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反。 (2)丙、丁两种情况下，磁通量都减少，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。 (3)结论：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 例1　(2023·重庆市高二期末)如图所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置。 (1)将图中所缺导线补充完整。 (2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，进行下述操作时可能出现的情况是： ①将通电线圈A迅速插入感应线圈B时，灵敏电流计指针将________(选填“左偏”“不偏”或“右偏”)。 ②将通电线圈A插入感应线圈B后，将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动时，灵敏电流计指针将________(选填“左偏”“不偏”或“右偏”)。 (3)在灵敏电流计所在的电路中，为电路提供电流的是________(填图中仪器的字母)。 (4)在上述实验中，如果感应线圈B两端不接任何元件，则感应线圈B中将________。 A．因电路不闭合，无电磁感应现象 B．有电磁感应现象，但无感应电流 答案　(1)见解析图　(2)右偏　左偏　(3)B　(4)B 解析　(1)将线圈B和灵敏电流计串联组成一个回路，将开关、滑动变阻器、电源、线圈A串联组成另一个回路即可，如图所示。 (2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，说明穿过线圈B的磁通量增加时灵敏电流计指针向右偏，合上开关后，将线圈A迅速插入线圈B中时，穿过线圈B的磁通量增加，灵敏电流计指针将向右偏；线圈A插入线圈B后，将滑动变阻器滑片迅速向左移动时，线圈A中电流减小，穿过线圈B的磁通量减少，灵敏电流计指针将向左偏。 (3)在灵敏电流计所在的电路中，为电路提供电流的是线圈B。 (4)在上述实验中，如果感应线圈B两端不接任何元件，通过感应线圈B的磁通量发生变化，有电磁感应现象产生，但因电路不是闭合的，所以无感应电流，选B。 二、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．理解楞次定律中“阻碍”的含义 (1)谁阻碍——感应电流产生的磁场。 (2)阻碍谁——阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 (3)如何阻碍——当原磁通量增加时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反；当原磁通量减少时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同。 (4)阻碍效果——阻碍并不是(填“是”或“不是”)阻止。只是延缓了磁通量的变化，这种变化还将继续进行。 3．从能量的角度理解楞次定律 电磁感应产生的过程是其他形式的能转化为电能的过程。 楞次定律中的“阻碍”作用，是能量守恒的必然结果。在克服“阻碍”的过程中，其他形式的能转化为电能，在转化过程中总能量守恒。 法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图所示。软铁环上绕有M、N两个线圈， (1)S闭合瞬间 ①穿过N的磁场方向为________； ②穿过N的磁通量________； ③N中感应电流方向为________； (2)S断开瞬间，N中感应电流方向为________。 答案　(1)①向下　②增加　③逆时针方向　(2)顺时针方向 (1)感应电流的磁场总是阻止原磁通量的变化。(　×　) (2)感应电流的磁场总是与原磁场反向，阻碍原磁场的变化。(　×　) (3)感应电流的磁场可能与原磁场方向相同。(　√　) 例2　如图甲所示，有一闭合线圈，磁场方向垂直于线圈平面向里(为正方向)，当磁感应强度随时间按如图乙所示规律变化，则在0～2t0时间内，线圈中感应电流的方向(　　) A．一直顺时针 B．一直逆时针 C．先顺时针后逆时针 D．先逆时针后顺时针 答案　A 解析　在0～t0内，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律，感应电流的磁场方向垂直线圈向里，所以感应电流的方向为顺时针方向；同理可得t0～2t0内感应电流的方向也为顺时针方向，故A正确。 例3　如图所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在条形磁体的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，且ad边、bc边一直在同一水平面上，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，这个过程中线圈中的感应电流(　　) A．沿abcda流动 B．沿dcbad流动 C．先沿abcda流动，后沿dcbad流动 D．先沿dcbad流动，后沿abcda流动 答案　A 解析　由条形磁体的磁场分布可知，线圈在位置Ⅱ时穿过闭合线圈的磁通量最小，为零，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，根据楞次定律及右手螺旋定则可知感应电流的方向是abcda，故选A。 应用楞次定律解题的一般步骤： (1)确定研究对象：哪个闭合回路； (2)确定闭合回路中原磁场的方向； (3)确定穿过闭合回路的磁通量如何变化； (4)根据楞次定律判断感应电流磁场的方向； (5)由安培定则最终确定感应电流的方向。 三、右手定则的理解和应用 如图所示，导体棒ab向右做切割磁感线运动。 (1)请用楞次定律判断感应电流I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的方向三者之间满足什么关系？(阅读课本并伸开右手做一做) 答案　(1)感应电流的方向为a→d→c→b→a； (2)满足右手定则。 1．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。 2．两点说明：(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。 例4　如图所示，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(　　) 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，流过r的电流为由a到b 答案　B 解析　依据右手定则可判断出导体棒PQ中的电流由P到Q，Q处电势最高，P处电势最低，由P到Q电势逐渐升高。外电路中的电流方向总是从高电势流向低电势处，因此流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到a，B正确。 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 课时对点练 考点一　影响感应电流方向的因素 1．(2023·重庆八中月考)(1)如图所示是研究电磁感应现象的实验装置： ①装置已经按如图所示连接好，在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，如果开关闭合后，再将A线圈迅速插入B线圈中，灵敏电流计指针将________(选填“向左”“向右”或“不”)偏转； ②连好电路后，并将A线圈插入B线圈中后，若要使灵敏电流计的指针向左偏转。可采取的操作是________； A．插入铁芯 B．拔出A线圈 C．滑动变阻器的滑片向左滑动 D．断开开关S (2)G为指针零刻度在中央的灵敏电流表，连接在直流电路中时指针的偏转情况如图甲中所示，即电流从灵敏电流表G的左接线柱流进时，指针从中央向左偏。今把它与一线圈串联进行电磁感应实验，则图乙中的条形磁体的运动方向是向________(填“上”或“下”)；图丙中的条形磁体下端为________(填“N”或“S”)极。 答案　(1)①向右　②BD　(2)下　S 解析　(1)①已知闭合开关瞬间，B线圈中的磁通量增加，产生的感应电流使灵敏电流计的指针向右偏转，可知磁通量增加时，灵敏电流计的指针向右偏转，当开关闭合后，将A线圈迅速插入B线圈中时，B线圈中的磁通量增加，所以产生的感应电流也应使灵敏电流计的指针向右偏转。 ②要使灵敏电流计的指针向左偏转，根据楞次定律知，穿过B线圈的磁通量应减小。插入铁芯时，B线圈中的磁通量增加，故A错误；拔出A线圈时，B线圈中的磁通量减小，故B正确；滑动变阻器的滑片向左滑动时，电流增大，B线圈中的磁通量增大，故C错误；断开开关S瞬间，电流减小，B线圈中的磁通量减小，故D正确。 (2)题图乙中指针向左偏，可以知道线圈中感应电流的方向是顺时针(俯视)，感应电流的磁场方向向下，条形磁体的磁场方向向上，由楞次定律可知，磁通量增加，条形磁体向下插入。题图丙中指针向右偏，则线圈中感应电流的方向为逆时针(俯视)，感应电流的磁场方向向上，条形磁体向上拔出，即磁通量减小，由楞次定律可知，条形磁体的磁场方向应该向上，所以条形磁体上端为N极，下端为S极。 考点二　楞次定律 2．关于感应电流，下列说法正确的是(　　) A．感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量 B．感应电流的磁场方向一定与引起感应电流的磁场方向相反 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，只能用右手定则确定感应电流的方向 答案　C 解析　根据楞次定律可知，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。原磁场减弱时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同，原磁场增强时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反，故选项A、B错误，选项C正确。导体切割磁感线运动时也可以用楞次定律确定感应电流的方向，故选项D错误。 3.某磁场的磁感线如图所示，有一铜线圈自图中A处落至B处，O为A、B中点，在下落过程中，自上向下看，线圈中的感应电流方向是(　　) 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 答案　C 解析　在线圈下落过程中，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，故感应电流的磁场方向先向下后向上，所以线圈中产生的感应电流的方向先沿顺时针方向，再沿逆时针方向，故C正确，A、B、D错误。 4.(多选)(2023·孝感市高二期末)矩形线圈abcd位于足够长的通电直导线附近，且线圈平面与导线在同一平面内，如图所示，线圈的两条边ad和bc与导线平行，则下列说法正确的是(　　) A．导线向左平动时，线圈中电流方向为adcba B．导线向右平动时，线圈中电流方向为adcba C．线圈向上做平动时，电流方向为abcda D．减小导线中的电流，线圈中电流方向abcda 答案　BD 解析　根据安培定则可知线圈所在平面磁场方向垂直纸面向里，当导线向左平动时，线圈处垂直纸面向里的磁场减弱，穿过线圈的磁通量减少，根据楞次定律可判断线圈中电流方向为abcda，故A错误；同理，当导线向右平动时，线圈中电流方向为adcba，故B正确；线圈向上做平动时，穿过线圈的磁通量不变，线圈中没有感应电流，故C错误；减小导线中的电流，穿过线圈的磁通量垂直纸面向里减弱，根据楞次定律可判断线圈中电流方向为abcda，故D正确。 5.如图所示，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(　　) 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，穿过三角形aOb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。 考点三　右手定则 6.如图所示，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，则下列说法正确的是(　　) 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，可得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，电流表A2中的电流方向为C→D，选项B正确，A、C、D错误。 7．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(　　) 答案　A 解析　题中四图都属于闭合电路的一部分导体切割磁感线，应用右手定则判断可得：A中电流方向为a→b，B中电流方向为b→a，C中电流方向沿a→d→c→b→a，D中电流方向为b→a，故选项A正确。 8.如图所示，两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是(　　) A．同时增大B1减小B2 B．同时减小B1增大B2 C．同时以相同的变化率增大B1和B2 D．同时以相同的变化率减小B1和B2 答案　B 解析　若同时增大B1减小B2，则穿过环向里的磁通量增大，根据楞次定律，感应电流产生的磁场方向向外，由安培定则，环中产生的感应电流是逆时针方向，故选项A错误；同理可推出，选项B正确；同时以相同的变化率增大B1和B2，或同时以相同的变化率减小B1和B2，穿过金属环的总磁通量始终为0，环中不会产生感应电流，故选项C、D错误。 9.(2022·中山市迪茵公学高二期中)如图所示，导线框abcd与直导线在同一平面内(两者相互绝缘)，直导线通有恒定电流I，在线框由左向右匀速通过直导线的过程中，线框中感应电流的方向是(　　) A．先abcd，后dcba，再abcd B．先abcd，后dcba C．始终dcba D．先dcba，后abcd，再dcba 答案　D 解析　线框在直导线左侧时，随着线框向右运动，向外的磁通量增加，根据楞次定律及安培定则知线框中感应电流的方向为dcba；在线框的cd边跨过直导线后，如图所示，产生的感应电流方向为abcd；线框全部跨过直导线后，随着向右运动，向里的磁通量减少，根据楞次定律及安培定则知线框中感应电流的方向为dcba，故D正确，A、B、C错误。 10．(2023·广州市第七中学高二期末)如图甲所示，线圈ab中通有如图乙所示的电流，电流正方向为从a到b，在0～t2这段时间内，用丝线悬挂的铝环M中产生感应电流，则下列说法正确的是(　　) A．0～t2这段时间内穿过铝环的磁通量一直在减小 B．从左向右看，铝环中感应电流的方向始终为顺时针 C．t1时铝环无感应电流 D．从左向右看，感应电流的方向始终为逆时针 答案　B 解析　M处于通电线圈的磁场中，磁通量变化取决于线圈中电流的变化；0～t1这段时间内线圈中电流减小，穿过铝环的磁通量在减小；t1～t2这段时间内线圈中电流反向增大，穿过铝环的磁通量在增大。t1时线圈中电流处于变化状态，铝环中磁通量处于变化状态，有感应电流，A、C错误；根据题意可知，由于电流从a到b为正方向，当电流是从a流向b，由右手螺旋定则可知，通电线圈的磁场的方向水平向右，则穿过铝环的磁场水平向右，0～t1时间内，由于电流减小，所以穿过铝环磁通量变小，根据楞次定律可得，铝环中的感应电流方向为顺时针(从左向右看)；当电流是从b流向a，由右手螺旋定则可知，穿过铝环的磁场水平向左，t1～t2时间内，由于电流增大，则穿过铝环的磁通量增加，根据楞次定律可得，铝环中感应电流方向为顺时针(从左向右看)，故电流方向始终为顺时针，B正确，D错误。 11．(2023·北京市平谷中学高二期末)如图甲所示，将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流表及开关进行连接。该电流表指针偏转方向与电流方向间的关系为：当电流从右接线柱流入电流表时，指针向右偏转。其中A线圈绕法如图乙所示，B线圈绕法如图丙所示。开关闭合，线圈A放在线圈B中。下列说法正确的是(　　) A．断开开关的瞬间，电流表指针将向右偏转 B．将线圈A从线圈B中拔出时，电流表指针将向左偏转 C．当滑动变阻器的滑片向左加速滑动时，电流表指针将向左偏转 D．当滑动变阻器的滑片向左匀速滑动时，电流表指针不发生偏转 答案　B 解析　由安培定则可知，A线圈中的磁场方向向上，断开开关的瞬间，B线圈中磁通量减小，由楞次定律可知，B线圈中感应电流的磁场方向向上，B线圈中的感应电流由c流向d，电流从左接线柱流入电流表，电流表指针将向左偏转，A错误；将线圈A从线圈B中拔出时，B线圈中磁通量减小，由楞次定律可知，B线圈中感应电流的磁场方向向上，B线圈中的感应电流由c流向d，电流从左接线柱流入电流表，电流表指针将向左偏转，B正确；当滑动变阻器的滑片向左加速或者向左匀速滑动时，滑动变阻器接入电路的电阻值都减小，电路中的电流增大，A线圈中的磁场方向向上，B线圈中向上的磁通量增大，由楞次定律可知，B线圈中感应电流的磁场方向向下，B线圈中感应电流由d流向c，电流从右接线柱流入电流表，电流表指针将向右偏转，C、D错误。 12.如图所示，固定于水平面上的金属框架CDEF处在垂直纸面向里的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动。t＝0时，磁感应强度为B0，此时刻MN到达的位置使MDEN构成一个边长为l的正方形。为使MN棒中不产生感应电流，从t＝0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导出B与t的关系式。 答案　B＝ 解析　要使MN棒中不产生感应电流，应使穿过线框平面的磁通量不发生变化，在t＝0时刻，穿过线框平面的磁通量Φ1＝B0S＝B0l2 设t时刻的磁感应强度为B，此时刻穿过线框平面的磁通量为Φ2＝Bl(l＋vt) 由Φ1＝Φ2得B＝。 13．(2022·河南驻马店高级中学高二期末)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，其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。 学科网（北京）股份有限公司 $$