第2章 专题强化6 楞次定律的应用 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修 第二册（人教版2019，苏京）

DIERZHANG 第二章 专题强化6　楞次定律的应用 学习目标 1.进一步理解楞次定律，能熟练应用楞次定律的推论 解决实际问题(重点)。 2.熟练应用安培定则、左手定则、右手定则和楞次定 律分析解决有关综合问题(难点)。 2 内容索引 一、楞次定律的重要推论 二、“三定则一定律”的综合应用 专题强化练 3 一 楞次定律的重要推论 4 (1)用绝缘细绳吊起一个铝环，用磁体的N极去靠近铝环，如图甲所示。可以观察到什么现象？如果用S极去靠近铝环可以观察到什么现象？请解释此现象。 答案　如图(a)所示，当磁体N极靠近铝环时，穿过铝环的磁通量增加，根据楞次定律可知，铝环中产生的感应电流的方向为逆时针(从左往右看)，将环形感应电流等效成小磁针(左N极右S极)，铝环与磁体相互排斥，铝环向右摆动； 同理分析，如图(b)所示，当S极靠近铝环时，铝环中产生的感应电流的方向为顺时针(从左往右看)。环形感应电流等效成的小磁针(左S极右N极)，铝环与磁体相互排斥。铝环向右摆动，即无论是N极还是S极，只要磁体靠近铝环，二者就相互排斥。 (2)若把磁体从靠近铝环处向左移开，如图丙所示，可以观察到什么现象？请解释此现象。 答案　如图(c)所示，当磁体N极远离铝环时，穿过铝环的磁通量减小，铝环中产生的感应电流的方向为顺时针(从左往右看)，将环形感应电流等效成小磁针(左S极右N极)，铝环与磁体相互吸引，铝环向左摆动。同理分析得出，S极远离铝环时，铝环和磁体也是相互吸引的。 梳理与总结 楞次定律中“阻碍”的含义可以拓展为：感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。主要有以下几种表现形式： 内容 例证 阻碍原磁通量变化—— “增反减同” 阻碍相对运动——“来拒去留” 使回路面积有扩大或缩小的趋势“增缩减扩”或“增扩减缩”   B减小时，线圈中的Φ减小，为了阻碍Φ减小，线圈有扩张趋势，各边受到的安培力向外   b环中电流减小时a环中Φ减小，为了阻碍Φ的减小，a环面积有缩小的趋势 使金属环有远离或靠近的趋势——“增离减靠”   穿过金属环P的磁通量增加时，P向右运动；穿过P的磁通量减小时，P向左运动 　(2023·扬州市江都区大桥高级中学高二期中)圆环形导体线圈a平放在水平绝缘桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向下滑动，下列表述正确的是 A.线圈a中将产生俯视为顺时针方向的感应电流 B.穿过线圈a的磁通量变小 C.线圈a有扩张的趋势 D.线圈a对水平桌面的压力将增大 例1 √ 当滑片P向下滑动时电阻减小，由闭合电路欧姆定 律可知通过线圈b的电流增大，从而判断出穿过线圈 a的磁通量增加，方向向下，根据楞次定律即可判断 出线圈a中感应电流方向俯视应为逆时针，故A、B 错误； 由楞次定律的推论知线圈a有收缩的趋势，故C错误； 开始时线圈a对桌面的压力等于线圈a的重力，当滑片向下滑动时，由楞次定律的推论知线圈a有向下运动的趋势，故线圈a对水平桌面的压力将增大，故D正确。 　如图所示，a、b、c三个线圈是同心圆，b线圈上连接有直流电源和开关K，则下列说法正确的是 A.K闭合电路稳定后，在断开K的一瞬间，线圈c中有感应 　电流，线圈a中没有感应电流 B.K闭合电路稳定后，在断开K的一瞬间，线圈a中有感应 　电流，线圈c中没有感应电流 C.在K闭合的一瞬间，线圈a中有逆时针方向的瞬时感应电流，有扩张趋势 D.在K闭合的一瞬间，线圈c中有顺时针方向的瞬时感应电流，有收缩趋势 例2 √ 在K闭合电路稳定后，在断开K的一瞬间，穿过线圈a、 c中的磁通量均发生变化，均有感应电流产生，故A、 B错误； 在K闭合的一瞬间，线圈b中有顺时针方向的瞬时电流， 线圈a、c内磁场垂直纸面向里增大，根据楞次定律的推论及右手螺旋定则，可知线圈a、c中均有逆时针方向的瞬时感应电流，a有扩张的趋势，c有收缩的趋势，故C正确，D错误。 　虚线区域内有一垂直纸面向里的匀强磁场，当闭合线圈abcd由静止开始平移时，磁场对ab边的安培力FA方向如图所示。则线圈内磁通量变化及ad边受到的安培力方向分别为 A.变大，向左 B.变大，向右 C.变小，向左 D.变小，向右 例3 √ 当闭合线圈abcd由静止开始平移时，磁场对ab边的安培力FA方向如题图所示，可知线圈面积有增大的趋势，阻碍磁通量减小，根据楞次定律的推论，线圈内磁通量变小，则ad边受到的安培力向左，使面积有增大趋势，故选C。 楞次定律的拓展含义——“增缩减扩”或“增扩减缩”关键看闭合回路面积的变化(或变化趋势)对阻碍磁通量变化的效果。应用“增缩减扩”或“增扩减缩”判断安培力的方向快速、准确，能解放“右手”或“左手”。 总结提升 　如图所示装置，在下列各种操作中，会使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A向右运动的是 A.开关S接通的瞬间 B.开关S接通后，电路中电流稳定时 C.开关S接通后，滑动变阻器触头向上滑动的瞬间 D.开关S断开的瞬间 例4 √ 当开关S接通的瞬间，螺线管中产生磁场，闭合 线圈中磁通量在这一瞬间变大，根据楞次定律的 推论可得，此时闭合线圈A向左运动，A错误； 同理可得，开关断开的瞬间闭合线圈A向右运动，D正确； 开关S接通后，电路中电流稳定时线圈A中磁通量不变，不产生感应电流，此时线圈A静止，B错误； 开关S接通后，滑动变阻器触头向上滑动的瞬间，电路中总电阻变小，电流变大，闭合线圈中磁通量变大，根据楞次定律可得此时闭合线圈A向左运动，C错误。 二 “三定则一定律”的综合应用 20 安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的比较 比较 项目 安培定则 左手定则 右手定则 楞次定律 适用 场合 判断电流周围的　　　 方向 判断通电导线在磁场中所受的　　　 方向 判断导体切割磁感线时产生的 　　　　 方向 判断回路中磁通量变化时产生的_________ 方向 因果 关系 因电而生磁(I→B) 因电而受力(I、B→F安) 因动而生电(v、B→I感) 因磁通量变化而生电(ΔΦ→I感) 磁感线 安培力 感应电流 感应电流 　如图所示，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是 A.PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向 B.PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向 C.PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向 D.PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向 例5 √ 金属杆PQ突然向右运动，由右手定则可知，金属杆PQ中的感应电流方向由Q到P，则PQRS中感应电流方向为逆时针方向；PQRS中感应电流产生垂直纸面向外的磁场，由楞次定律可知，T中感应电流方向为顺时针方向，D正确。 　如图所示，水平放置的两组光滑轨道上分别放有可自由移动的金属棒PQ和MN，并且分别放置在磁感应强度为B1和B2的匀强磁场中，当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是(导体切割磁感线速度越大，感应电流越大，导体匀速时，感应电流恒定) A.向左加速运动 B.向左减速运动 C.向右加速运动 D.向右匀速运动 例6 √ MN处于垂直纸面向里的磁场中，MN在磁场力作用下向右运动，说明MN受到的磁场力向右，由左手定则可知电流由M指向N，根据安培定则可知，L2中感应电流的磁场向上，由楞次定律可知，L1线圈中电流的磁场应该是向上减弱，或向下增强。若L1中磁场方向向上减弱，根据安培定则可知PQ中电流方向为Q→P且减小，根据右手定则可知PQ向右减速运动；若L1中磁场方向向下增强，根据 安培定则可知PQ中电流方向P→Q且增大，根据右 手定则可知PQ向左加速运动。故选A。 三 专题强化练 1.(2022·南京师大附中高二期中)如图所示，螺线管CD的导线绕法不明，当磁体AB插入螺线管时，电路中有图示方向的感应电流产生，下列关于螺线管产生的磁场极性的判断正确的是 A.C端一定是N极 B.C端一定是S极 C.C端的极性一定与磁体B端的极性相同 D.无法判断极性的关系，因螺线管的绕法不明确 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 基础强化练 √ 在磁体插入螺线管过程中，穿过螺线管CD的磁通量增大，感应电流的磁场与原磁场的方向相反，阻碍磁体AB插入螺线管，C端的极性一定与磁体B端的极性相同，C正确，D错误； 因磁体AB极性不明，故无法判断C、D端的极性，A、B错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2.如图所示，一条形磁体从高h处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关S断开时，由开始下落至落地用时t1，落地时速度大小为v1；开关S闭合时，由开始下落至落地用时t2，落地时速度大小为v2。不计空气阻力，则它们的关系是 A.t1>t2，v1>v2 B.t1＝t2，v1＝v2 C.t1<t2，v1<v2 D.t1<t2，v1>v2 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 开关S断开时，线圈中无感应电流，对磁体无阻碍作用，故磁体自由下落，a1＝g；当S闭合时，线圈中有感应电流，对磁体有阻碍作用，故a2<g。所以t1<t2，v1>v2，故D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3.(2022·淮安市高二期中)如图所示，弹性金属铝环A、B所围的面积相等，环A是闭合的，环B在底端有个小缺口，横梁可以绕中间的支点转动。开始时整个装置静止，用磁体的N极分别去接近环A或B，则 A.靠近A时，A将远离磁体且扩张 B.靠近B时，B将靠近磁体且收缩 C.靠近B时，B中不会产生感应电流 D.靠近A或B时，环中都会产生感应电流 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根据“来拒去留”，磁体靠近A时，A将远 离磁体并且为了阻止磁通量的增加，A环有 收缩的趋势，A错误； 由于B没有形成闭合电路，不会产生感应电流，因此磁体靠近B时，B静止不动，C正确，B、D错误。 4.(2023·盐城市响水中学高二期中)如图所示，线圈A和电流表相连，线圈B和电源、开关连成一闭合电路。线圈A和线圈B绕在同一个竖直铁芯上。下列说法中正确的是 A.闭合和断开开关的瞬间，通过电流表的电流方向相同 B.闭合开关的瞬间，线圈A、B相互吸引 C.断开开关的瞬间，通过电流表的电流方向为从下向上 D.保持开关闭合，电流表指针偏转到某一位置，并保持 　不变 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根据楞次定律可知，闭合开关的瞬间，通过电流表的 感应电流为从上向下，断开开关瞬间，通过电流表的 感应电流从下向上，故C正确，A错误； 根据楞次定律推论可知，闭合开关的瞬间，线圈A、 B相互排斥，故B错误； 保持开关闭合，B线圈中电流恒定后，穿过线圈A中磁通量不发生变化，A线圈中没有感应电流，电流表指针指向0刻度，故D错误。 5.2022年6月17日，我国第三艘航空母舰“中国人民解放军海军福建舰”下水后，将按计划开展系泊试验和航行试验，这是我国完全自主设计建造的首艘弹射型航空母舰，配置电磁弹射和阻拦装置。航母上舰载机电磁弹射的驱动原理如图所示，当闭合开关S，固定线圈中突然通过直流电流时，线圈左侧的金属环被弹射出去，则 A.闭合开关S的瞬间，从左侧看金属环中的感应电 　流沿逆时针方向 B.若将电池正负极调换，金属环弹射方向将改变 C.若将金属环置于线圈的右侧，金属环仍将向左弹射 D.若将金属环置于线圈的右侧，金属环将向右弹射 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 闭合开关S的瞬间，线圈中电流迅速增大，金属环中的磁场方向向左增大，由楞次定律可知，金属环中的感应电流方向从左侧看为顺时针，A错误； 电池正负极调换后，根据“增离减靠”可得，金 属环受力方向向左，故仍将向左弹出，B错误； 若将金属环放在线圈右侧，根据“增离减靠”可得，金属环将向右弹射，C错误，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 6.如图所示，矩形导线框abcd与长直导线MN放在同一水平面上，二者绝缘，ab边与MN平行，且MN靠近ab边放置，导线MN中通有向上的电流，当MN中的电流增大时，下列说法正确的是 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.导线框所受安培力的合力方向水平向左 D.导线框所受安培力的合力方向水平向右 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 方法一　直导线中通有向上且增大的电流，根据安培 定则知，通过线框的磁场方向垂直纸面向里，且增大， 根据楞次定律知导线框abcd中感应电流的方向为逆时 针方向，故A、B错误； 根据左手定则知，ab边所受安培力方向水平向左，cd 边所受安培力方向向左，则线框所受安培力的合力方向水平向左，故C正确，D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 方法二　当MN中电流增大时，线框中产生感应电流，线框各边受到安培力作用，使线框向阻碍磁通量增大的方向“移动”，故导线框所受安培力的合力方向水平向左，故C正确，D错误。 7.如图所示，条形磁体用细线悬挂在O点。O点正下方固定一个水平放置的铝线圈，线圈保持静止。让磁体在竖直面内摆动，下列说法中正确的是 A.磁体左右摆动一次，线圈内感应电流的方向改变两次 B.磁体始终受到感应电流磁场的斥力作用 C.磁体所受到的感应电流对它的作用力始终是阻力 D.磁体所受到的感应电流对它的作用力有时是阻力有时 　是动力 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 能力综合练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 磁体左右摆动过程中，穿过铝线圈的磁通量先增大，后减小，再增大，最后又减小，穿过铝线圈磁场方向不变，磁通量变化趋势改变，感应电流方向发生改变，因此磁体左右摆动一次，感应电流方向不是改变两次，A错误； 由楞次定律可知，磁体靠近铝线圈时受到斥力作用， 远离铝线圈时受到引力作用，B错误； 由楞次定律可知，感应电流总是阻碍磁体的相对运动， 感应电流对磁体的作用力总是阻力，C正确，D错误。 8.如图甲所示，两根平行金属导轨置于水平面内，导轨之间接有电阻R，金属棒ab与两导轨垂直并保持良好接触，整个装置放在匀强磁场中，磁场方向垂直于导轨平面向下。现使磁感应强度B随时间的变化关系如图乙所示(以向下为正方向)，0～2t0时间内ab始终保持静止。则下列说法正确的是 A.0～2t0时间内ab中的感应电流方向总 　是由b到a B.0～t0时间内ab棒所受的安培力向左 C.t0～2t0时间内ab棒所受的静摩擦力向右 D.t0～2t0时间内穿过回路的磁通量逐渐减小 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 由题图乙可知，0～t0时间内，磁场方向向下，穿过回路的磁通量逐渐减小，由楞次定律可知，感应电流产生磁场的方向向下，由右手螺旋定则可知，回路中电流方向为顺时针，即ab中的感应电流方向是由a到b，t0～2t0时间内，磁场方向向上，穿过回路的磁通量逐渐增大，回路中电流方向也为顺时针，即ab中的感应电流方向总是由a到b，故A、D错误； 0～t0时间内，由左手定则可知，ab 棒所受的安培力向右，故B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 t0～2t0时间内，由左手定则可知，ab棒所受的安培力向左，由平衡条件可知，ab棒所受的静摩擦力向右，故C正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 9.(2022·连云港市高二期末)某实验小组设计的电梯坠落应急安全装置如图所示，电梯井内壁上铺设线圈，电梯轿厢底部安装永久强磁铁，磁铁N极向上，线圈能在电梯轿厢突然坠落时自动闭合，阻碍电梯轿厢急剧下降从而减小对乘客的伤害。当电梯轿厢坠落至图示位置时 A.线圈A、B相互吸引 B.线圈A有收缩的趋势，B有扩张的趋势 C.俯视线圈A，其感应电流沿逆时针方向 D.电梯轿厢处于完全失重状态 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 当电梯轿厢坠落到如题图所示位置时，线 圈A中向上的磁通量减弱，线圈B中向上的 磁通量增强，从上向下看，线圈A中产生 的感应电流为逆时针方向，线圈B中产生的 感应电流为顺时针方向，两线圈感应电流方向相反，根据异向排斥可知，两线圈相互排斥，故A错误，C正确； 线圈A中向上的磁通量减弱，线圈B中向上的磁通量增强，由楞次定律可知，线圈A有扩张趋势，线圈B有收缩趋势，故B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由上述分析可知，坠落过程中，线圈内的磁通量发生变化，线圈会产生感应电流，感应电流会阻碍磁铁的运动，进而阻碍电梯轿厢运动，使电梯轿厢处于非完全失重状态，故D错误。 10.(2022·南通市联考)如图所示，一束带正电的粒子从直径上方掠过金属圆环表面，粒子与圆环不接触，该过程中 A.金属环内磁通量一定不变 B.环中一定有感应电流 C.金属环有扩张趋势 D.粒子与金属环无相互作用 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 带正电粒子从直径上方掠过金属圆环表面时，等效电 流方向从左往右，环中净磁通量为垂直纸面向里，且 净磁通量先增后减，环中产生感应电流，金属环先有收缩后有扩张趋势，故A、C错误，B正确； 环中产生感应电流后周围会有磁场，且在环内磁场方向垂直于环所在的平面，正电粒子从左往右运动时会受到洛伦兹力，所以粒子与金属环有相互作用，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 11.如图甲所示，绝缘的水平桌面上放置一金属圆环，在圆环的正上方放置一个螺线管，在螺线管中通入如图乙所示的电流，电流从螺线管a端流入为正。以下说法正确的是 A.0～1 s内圆环面积有扩张的趋势 B.1～2 s内圆环面积有收缩的趋势 C.1～2 s内和2～3 s内圆环中的感应电流 　方向相反 D.从上往下看，0～2 s内圆环中的感应电流先沿顺时针方向、后沿逆时 　针方向 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0～1 s线圈中电流增大，产生的磁场增 大，圆环中磁通量增大，根据楞次定律 的推论“增缩减扩”，圆环面积有缩小 趋势，故A错误， 同理判断1～2 s内圆环面积有扩张的趋势，故B错误； 1～2 s内正方向电流减小，2～3 s内反方向电流增大，根据楞次定律，圆环中感应电流的磁场方向不变，感应电流方向不变，故C错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0～1 s线圈中电流增大，产生的磁场增大，圆环中磁通量增大，根据楞次定律可知，从上往下看，0～1 s内圆环中的感应电流沿顺时针方向；1～2 s线圈中电流减小，产生的磁场减弱，圆环中磁通量减小，根据楞次定律可知，从上往下看，1～2 s内圆环中的感应电流沿逆时针方向，故D正确。 12.如图所示的装置中，cd杆原来静止。当ab杆做下列哪些运动时，cd杆将向右运动(说明：导体棒切割磁感线速度越大，感应电流越大，导体棒匀速切割磁感线时，感应电流恒定) A.向左匀速运动 B.向右匀速运动 C.向左加速运动 D.向左减速运动 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 尖子生选练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ab杆匀速运动时，ab杆中感应电流恒定，L1 中磁通量不变，穿过L2的磁通量不变，L2中 无感应电流产生，cd杆保持静止，A、B错误； 由楞次定律和安培定则可知，ab杆向左加速运动时，L2中的磁通量向上，增大，可知通过cd杆的电流方向由d→c，由左手定则知cd杆向左运动；同理ab杆向左减速运动时cd杆向右运动，D正确，C错误。 $$