第2章 1 楞次定律 （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，浙江）

DIERZHANG 第二章 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)。 2 内容索引 一、实验：探究影响感应电流方向的因素 二、楞次定律 课时对点练 三、右手定则的理解和应用 3 一 实验：探究影响感 应电流方向的因素 4 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 ，感应电流的磁场方向与原磁场方向 。 (2)丙、丁两种情况下，磁通量都 ，感应电流的磁场方向与原磁场方向 。 (3)结论：感应电流的磁场总要 引起感应电流的 。 增加 相反 减少 相同 阻碍 磁通量的变化 如图所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置。 例1 (1)将图中所缺导线补充完整。 答案　见解析图 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，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”)。 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”)。 左偏 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_____(填图中仪器的字母)。 B 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，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 B 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 16 1.内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要 引起感应电流的 。 2.理解楞次定律中“阻碍”的含义 (1)谁阻碍—— 。 (2)阻碍谁—— 。 (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 ；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_____。 (4)阻碍效果——阻碍并 (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。 阻碍 磁通量的变化 感应电流产生的磁场 阻碍引起感应电流的磁通量的变化 相反 相同 不是 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 ，在转化过程中总能量 。 电能 守恒 思考与讨论 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____________。 向下 增加 逆时针方向 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。(　　) × × √ 辨析 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 例2 √ 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。 (多选)(2022·嘉兴市高二期末)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 例3 √ √ 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，根据楞次定律和安培定则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，线圈处垂直纸面向里的磁场减弱，根据楞次定律和安培定则可判断线圈中电流方向为abcda，故D正确。 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。 总结提升 三 右手定则的理解和应用 26 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。 答案　感应电流的方向为a→d→c→b→a； (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　满足右手定则。 梳理与总结 1.右手定则：伸开 ，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 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。 2.两点说明：(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 。 右手 拇指 四指 电源 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 例4 √ 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 总结提升 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 四 课时对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 基础对点练 13 考点一　影响感应电流方向的因素 1.(2022·嘉兴高级中学高二期中)某同学利用如图所示的器材来研究电磁感应现象及判定感应电流的方向，其中L1为原线圈，L2为副线圈。 (1)在给出的实物图中，将实验仪器连成完整的实验电路； 答案　见解析图 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 本实验中线圈L1、滑动变阻器、开关与电源相连，通过调节滑动变阻器使线圈L1中的磁通量发生变化，从而使线圈L2产生电磁感应现象，故线圈L2应与电流计相连，如图所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (2)在实验过程中，除了查清流入电流计的电流方向与指针偏转方向之间的关系之外，还应查清_________(选填“L1”“L2”或“L1和L2”)的绕制方向； L1和L2 在研究电磁感应现象及判定感应电流的方向，除了查清流入电流计电流方向与指针偏转方向之间的关系外，还要知道穿过副线圈的磁场方向及副线圈产生感应电流方向，依据安培定则及楞次定律，必须查清线圈L1和L2绕制方向。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (3)若连接好实验电路并检查无误后，该同学闭合开关的瞬间，观察到电流计指针向右偏了一下，说明线圈 ____(选填“L1”“L2”或“L1和L2”)中有了感应电流。那么开关闭合 L2 后，将线圈L1插入L2稳定后再迅速拔出时，电流计指针将_______(选填“向右偏”“向左偏”或“不偏转”)。 向左偏 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 由题意可知，当闭合开关的瞬间，穿过副线圈L2的磁通量增大时，观察到电流计指针向右偏了一下，说明线圈L2中有了感应电流；当开关闭合后，将线圈L1插入L2稳定后再迅速拔出时，则穿过副线圈L2的磁通量减小，那么电流计的指针向左偏转。 考点二　楞次定律 2.(2022·嘉兴市高二阶段练习)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.感应电流的磁场总是阻止磁通量的变化 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与原磁场反向，阻碍原磁场的变化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根据楞次定律可知：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，故A正确，B错误； 原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，根据楞次定律可知，感应电流的磁场与原磁场反向，故C错误； 感应电流的磁场不一定跟原磁场反向，只有当原磁通量增加时，感应电流的磁场才跟原磁场反向，而当原磁通量减小时，感应电流的磁场跟原磁场同向，故D错误。 13 3.(多选)(2023·杭州市高二阶段练习)如图所示，闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在有界匀强磁场中，将它从匀强磁场中匀速拉出，以下各种说法中正确的是 A.向左或向右拉出时，环中的感应电流方向相反 B.向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿顺时针方向 C.向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿逆时针方向 D.将圆环左右拉动，当环全部处在磁场中运动时，圆环中无 　感应电流 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 将金属圆环不管从哪边拉出磁场，穿过闭合圆环的磁通量都要减少，根据楞次定律可知，感应电流的磁场要阻碍原磁通量的减少，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，应用安培定则可知感应电流的方向是顺时针方向，选项B正确，A、C错误； 当圆环全部处在磁场中运动时，穿过圆环的磁通量没有改变，无感应电流产生，选项D正确。 4.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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 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。 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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 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。 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。 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 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B23 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 能力综合练 √ 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 9.(2022·丽水市高二阶段练习)如图所示，线圈M和线圈P绕在同一个铁芯上。下列操作后的现象判断正确的是 A.闭合开关S瞬间，线圈P里没有感应电流 B.断开开关S瞬间，线圈P里有感应电流， 　且流经电表的电流方向为a→b C.闭合开关S瞬间，线圈P里有感应电流，且流经电表的电流方向为a→b D.闭合开关S，待线圈M中电流稳定时，线圈P里有感应电流 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 闭合开关S瞬间，线圈M产生磁场，穿过线圈P的磁通量从无到有增加，则线圈P里有感应电流，故A错误； 断开开关S瞬间，线圈M在铁芯中产生的向右的磁场消失，线圈P中的磁通量突然从向右变为无，根据楞次定律，感应电流在铁芯内产生的磁场向右，根据右手螺旋定则，流经电表的电流方向为b→a，故B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 闭合开关S瞬间，线圈M中产生向右的磁场，穿过线圈P的磁通量向右，从无到有增加，根据楞次定律，感应电流在铁芯中产生的 磁场向左，根据右手螺旋定则，流经电表的电流方向为a→b，故C正确； 闭合开关S，待线圈M中电流稳定时，线圈P中的磁通量稳定不变，不产生感应电流，故D错误。 10.(2022·宁波市高二期中)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用绝缘轻质细线悬挂在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，细线和金属线框始终处于同一平面内，且垂直于纸面，则线框中感应电流的方向 A.一直是a→b→c→d→a B.一直是d→c→b→a→d C.先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→a D.先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 线框由静止释放至到达最低点过程中，穿过线框的磁通量减小，且磁场方向向上，由楞次定律可知，感应电流产生的磁场方向也向上，再由安培定则可知，感应电流的方向为d→c→b→a→d；同理，从最 低点继续向左摆动过程中，穿过线框向上的磁通量增大，根据楞次定律可知，感应电流的方向是d→c→b→a→d，B正确；A、C、D错误。 11.某同学使用如图所示的三组器材探究电磁感应现象，下列说法中正确的是 A.在甲图中，AB导线上下运动时，发现有感应 　电流产生 B.在乙图中，将如图所示条形磁体从同一位置 　快速向下插入线圈和慢速插入线圈的过程中， 　磁通量的变化量相同 C.在丙图中，闭合开关S后，将滑片P向右移动 　的过程中，由于导线没有做切割磁感线的运动，故没有感应电流产生 D.在丙图中，闭合开关S后，当滑片P向左减速移动的过程中，线圈B的磁通量 　减少，当滑片P向左加速移动的过程中，线圈B的磁通量增加 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 在甲图中，AB导线上下运动时，没有切割到磁感线，磁通量也没有发生变化，所以没有感应电流产生，故A错误； 在乙图中，将如图所示条形磁体从同一位置快速向下插入线圈和慢速插入线圈的过程中，磁通量的变化量相同，但是磁通量的变化快慢不同，故B正确； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 在丙图中，闭合开关后，当滑片P向左减速、加速移动的过程中，电阻减小，电流增大，线圈B的磁通量均增加，故D错误。 在丙图中，闭合开关后，将滑片P向右移动的过程中，电路中的电流发生变化，则线圈中的磁通量发生了变化，所以有感应电流产生，故C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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 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)， 尖子生选练 13.(2022·台州市书生中学高二期末)如图所示，a、b、c为同一平面内的线圈，其中a、b为同心圆，现给a中通以顺时针方向的电流，在a中的电流逐渐增大的过程中，b、c中产生的感应电流方向为 A.b、c中均为顺时针方向 B.b、c中均为逆时针方向 C.b为逆时针方向，c为顺时针方向 D.b为顺时针方向，c为逆时针方向 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 由题意可知线圈a的电流在逐渐增大，电流产生的磁场也在不断增大。根据右手螺旋定则判断出线圈a的电流在线圈b处产生的磁场垂直纸面 向里，再根据楞次定律可以判断出线圈b产生的感应电流为逆时针方向。同理，根据右手螺旋定则判断出线圈a的电流在线圈c处产生的磁场垂直纸面向外，再根据楞次定律可以判断出线圈c处产生的感应电流为顺时针方向。故选C。 答案　B＝ 由Φ1＝Φ2得B＝。 $$