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（教科版2019）

DIERZHANG 第二章 1　楞次定律 1.能熟练运用右手定则判断感应电流的方向(重点)。 2.通过实验探究感应电流的方向与磁通量的变化之间的关系，体会对实验现象和实验结果进行归纳推理的方法(重点)。 3.理解楞次定律中“阻碍”的含义，能熟练运用楞次定律判断感应电流的方向(重点)。 学习目标 2 内容索引 一、右手定则 二、楞次定律 课时对点练 3 一 右手定则 4 (1)首先由如图所示电路识别电流表G的指针偏转方向与输入电流方向之间的关系。 电流流入电流表情况 电流表G指针偏转方向 电流从“－”接线柱流入   电流从“＋”接线柱流入   左偏 右偏 (2)探究闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动产生的感应电流的方向，实验情景如图所示。导体ab向右运动时，回路中的电流沿顺时针方向，在ab段电流从b流向a；导线ab向 左运动时，回路中的电流沿逆时针方向， 在ab段电流从a流向b。仔细观察实验情 景图，思考感应电流的方向有什么规律？ 可以用什么办法来描述？ 答案　与导体运动方向及磁场方向有关，右手定则 1.产生感应电流的条件：穿过闭合导体回路的 发生变化。 2.右手定则：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，如图所示。 梳理与总结 3.适用范围： 而产生感应电流的情况。 4.切割磁感线的导线就是电路中的电源，感应电流的方 向就是感应电动势的方向(在电源内部，由低电势指向 高电势)。 磁通量 手心 四指 导线切割磁感线运动 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 例1 √ 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。 右手定则与左手定则的比较 总结提升 比较项目 右手定则 左手定则 用途 判断感应电流的方向 判断电流或运动电荷所受磁场力的方向 因果关系 因动生电 因电受力 应用实例 发电机 电动机 如图甲所示的装置可以测量列车运行的速度和加速度的大小，它由一块安装在列车车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量记录仪组成(测量记录仪未画出)。当列车经过线圈上方时，线圈中产生的电流被记录下来，P、Q为接测量仪器的端口。若俯视轨道平面，磁场方向垂直地面向下，如图乙所示，则在列车经过测量线圈的过程中，流经线圈的电流 A.始终沿逆时针方向 B.先沿逆时针方向，再沿顺时针方向 C.先沿顺时针方向，再沿逆时针方向 D.始终沿顺时针方向 针对训练1 √ 列车带着磁场向右运动，进入线圈 的过程中，线圈左边的一段导线向 左切割磁感线，根据右手定则，线 圈中的电流沿逆时针方向；离开线圈的过程中，线圈右边的一段导线向左切割磁感线，线圈中的感应电流沿顺时针方向。故线圈中的电流先沿逆时针方向，再沿顺时针方向，选项B正确。 二 楞次定律 12 探究影响感应电流方向的因素 (1)实验器材：条形磁铁、电流表、螺线管、导线、开关、学生电源、滑动变阻器。 (2)实验探究：①按如图所示情景连接电路，并在表1中填写四种探究结果。 表1 操作 S极向下插入 S极向上拔出 N极向下插入 N极向上拔出 原磁场(B0)的方向         原磁场(B0)穿过螺线管磁通量的增减         电流表指针偏转方向         螺线管线圈绕向，感应电流方向图示         螺线管内感应电流的磁场(B′)的方向         ②按如图所示情景连接电路，并在表2中填写四种探究结果。 表2 操作 开关闭合 开关断开 变阻器R变大 变阻器R变小 A线圈内部的磁场(B0)方向         穿过B线圈的磁通量的增减         电流表指针偏转方向         B线圈中感应电流方向         B线圈内部感应电流的磁场(B′)方向         (3)实验结果：当引起感应电流的原磁场(B0)穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流的磁场(B′)方向与原磁场(B0)方向 ；当引起感应电流的原磁场(B0)穿过螺线管的磁通量减小时，感应电流的磁场(B′)方向与原磁场(B0)方向 。 相反 相同 1.楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总是要_____ 引起感应电流的磁通量的变化。 2.插入或抽出磁铁时要 做功，做功过程要消耗能量，转化为回路中的 。楞次定律是 定律在电磁感应中的具体表现。 梳理与总结 阻碍 克服阻力 电能 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， 讨论交流 (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所在电路中感应电流方向为____________。 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 (2023·宜宾市第六中学高二月考)如图所示，线圈两端与电阻相连构成闭合回路，在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁。下列选项能使电阻的感应电流的方向由b到a，且线圈与磁铁相互排斥的是 A.S极向下，磁铁向下运动 B.S极向下，磁铁向上运动 C.N极向下，磁铁向下运动 D.N极向下，磁铁向上运动 例2 √ 根据题意可知，线圈与磁铁相互排斥，可知磁铁向下运动，若使电阻的感应电流的方向由b到a，由安培定则可知，线圈上端为S极，则磁铁的S极向下。故选A。 (2023·四川师范大学附属中学高二校考期末)某同学在做探究电磁感应现象规律的实验中，她选择了一个灵敏电流计G，在没有电流通过灵敏电流计的情况下，电流计的指针恰好指在刻度盘中央。她先将灵敏电流计G连接在图甲所示的电路中，电流计的指针如图甲所示。 例3 (1)为了探究电磁感应规律，该同学将灵敏电流计G与一螺线管串联，如图乙所示。通过分析可知图乙中的条形磁铁的运动情况是__________(填“向上拔出”或“向下插入”)。 向下插入 根据题图甲可知，电流从灵敏电流计的左接线柱 流入，指针往左偏；由题图乙可知，螺线管中的 电流方向为顺时针方向(从上往下看)，根据安培 定则，螺线管中感应电流的磁场方向竖直向下；条形磁铁在螺线管中的磁场方向(原磁场方向)竖直向上，可见感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，根据楞次定律可知穿过线圈的原磁通量增加，所以条形磁铁向下插入线圈。 (2)该同学将灵敏电流计G接入图丙所示的电路。此时电路已经连接好，A线圈已插入B线圈中，请问灵敏电流计中电流方向与螺线管B中导线的绕向____(选填“有”或“没有”)关系。她合上开关后，灵敏电流计的指针向右偏了一下，若要使灵敏电流计的指针向左偏转，可采取的操作是___。 A.在A线圈中插入铁芯 B.拔出A线圈 C.变阻器的滑片向右滑动 D.变阻器的滑片向左滑动 有 BC 由右手螺旋定则可知，用右手握住螺线管， 四指的方向和电流方向相同，大拇指指的方 向为N极方向，螺线管B中导线的绕向不同， 则右手握住螺线管的方式不同，故灵敏电流计中电流方向与螺线管B中导线的绕向有关。合上开关后，灵敏电流计的指针向右偏了，说明B线圈中磁通量增加时，电流计指针向右偏；现在要使灵敏电流计的指针向左偏转，因此穿过B线圈的磁通量应该减小；在A线圈中插入铁芯，穿过B线圈的磁通量增大，根据楞次定律可知，灵敏电流计指针右偏，故A错误； 拔出A线圈，则穿过B线圈的磁通量减小， 根据楞次定律可知，灵敏电流计左偏， 故B正确； 由题图丙可知，变阻器的滑片向右滑动，电路中的电流减小，线圈A的磁感应强度减小，穿过线圈B的磁通量减小，根据楞次定律，灵敏电流计左偏，故C正确； 同理变阻器的滑片向左滑动，灵敏电流计右偏，故D错误。 (3)通过本实验可以得出：感应电流产生的磁场，总是________________ _________________。 阻碍引起感应电 流的磁通量的变化 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。 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 例4 √ 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。 应用楞次定律的一般解题步骤： (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 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)，若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 针对训练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。 三 课时对点练 考点一　右手定则 1.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中的感应电流方向为a→b的是 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 基础对点练 √ 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 考点二　影响感应电流方向的因素 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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 下 S 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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。 考点三　楞次定律 3.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 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，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。 4.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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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。 5.(2023·四川省宜宾市南溪第一中学高二期末)如图所示，一圆形金属环在通电直导线旁边，金属环与通电直导线在同一平面内，电流方向如图所示，下列判断正确的是 A.若金属环竖直向上运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向 B.若金属环竖直向下运动，则环上的感应电流方向为顺时针方向 C.若金属环靠近导线，则环上的感应电流方向为逆时针方向 D.若金属环远离导线，则环上的感应电流方向为逆时针方向 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 若金属环竖直向上或向下运动，穿过金属环的磁通量 不变，则无感应电流，故A、B错误； 根据题意，由安培定则可知，穿过金属环的磁场为垂 直纸面向外，若金属环靠近导线，磁感应强度变大， 由楞次定律可知，环上的感应电流方向为顺时针方向；若金属环远离导线，磁感应强度变小，由楞次定律可知，环上的感应电流方向为逆时针方向，故C错误，D正确。 6.(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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 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； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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。 7.(2023·眉山高二期末)如图所示，一三角形金属线圈水平放置在桌面上，匀强磁场垂直桌面竖直向上，MN与线圈AB边共线，MN与线圈在同一个平面内，在线圈以MN为轴转过180°的过程中，下列关于线圈中感应电流方向的说法正确的是 A.始终为A→B→C→A B.始终为C→B→A→C C.先由A→B→C→A再由C→B→A→C D.先由C→B→A→C再由A→B→C→A 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 在线圈以MN为轴翻转0～90°的过程中，穿过线圈正面向外的磁通量逐渐减小，则感应电流产生的磁场垂直桌面向上，由安培定则可知感应电流方向为C→B→A→C；线圈以MN为轴翻转90°～180°的过程中，穿过线圈反面向外的磁通量逐渐 增加，则感应电流产生的磁场垂直于桌面向下，由安培定则可知感应电流方向仍为C→B→A→C，A、C、D错误，B正确。 8.(2023·泸州泸县五中高二开学考试)如图所示，AOC是光滑的金属轨道，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，金属直杆PQ立在导轨上，直杆从图示位置由静止开始在重力作用下运动，运动过程中Q端始终在OC上，空间存在着垂直于纸面向外的匀强磁场，则在PQ杆滑动的过程中，下列判断正确的是 A.感应电流的方向始终是由P→Q B.感应电流的方向始终是由Q→P C.PQ所受磁场力的方向垂直杆向左 D.PQ所受磁场力的方向先垂直于杆斜向左下，后垂直于杆斜向右上 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 在PQ杆滑动的过程中，△POQ的面积先增大， 后减小，穿过△POQ磁通量先增大后减小， 根据楞次定律可知：感应电流的方向先是 由P到Q，后是由Q到P，故A、B错误； 由左手定则判断得到：PQ所受磁场力的方向先垂直于杆斜向左下，后垂直于杆斜向右上，故D正确，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 9.(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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 根据题意可知，由于电流从a到b为正方 向，当电流从a流向b时，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)；当电流从b流向a时，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。 10.(2023·成都市第七中学高二月考)甲、乙、丙三位同学利用如图所示装置探究影响感应电流方向的因素。 (1)如图(a)，甲同学在断开开关时发现灵敏电流计指针向右偏转，下列操作中同样能使指针向右偏转的有_____。 A.闭合开关 B.开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动 C.开关闭合时将A线圈从B线圈中拔出 D.开关闭合时将A线圈倒置再重新插入B线圈中 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 CD 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 断开开关时，A线圈中电流迅速减小，则B线 圈中磁通量减小，出现感应电流，使灵敏电 流计指针向右偏转；为了同样使指针向右偏 转，应减小B线圈中的磁通量或增加B线圈中 反向的磁通量。闭合开关，A线圈中的电流突然增大，则B线圈中的磁通量增大，故A错误； 开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动，A线圈中的电流增大，则B线圈中的磁通量增大，故B错误； 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 开关闭合时将A线圈从B线圈中拔出，则B线圈中的磁通量减小，故C正确； 开关闭合时将A线圈倒置，再重新插入B线圈中，则B线圈中反向的磁通量增加，故D正确。 (2)为确切判断B线圈中的感应电流方向，应在实验前先查明灵敏电流计_____________________________的关系。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 指针偏转方向与电流流入方向 为确切判断感应电流的方向，应先查明灵敏电流计指针偏转方向与电流流入方向的关系。 (3)丙同学设计了如图(c)所示的装置来判断感应电流的方向。他先使用多用电表的欧姆挡对二极管正负极进行确认，某次测量时发现多用电表指针几乎没有偏转，说明此时黑表笔接触的是二极管的________(选填“正极”或“负极”)。实验操作时将磁铁插入线圈时，只有灯______(选填“C”或“D”)短暂亮起。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 负极 C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 指针没有偏转时，说明二极管的负极与电源正极相连，根据多用电表红进黑出的操作原则，此时黑表笔接触的是二极管的负极；当磁铁插入线圈时，线圈中出现如图所示方向的电流，灯C短暂亮起。 11.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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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) 12.(2022·河南驻马店高级中学高二期末)长直导线与矩形线框abcd处在同一平面内静止不动，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 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 答案　B＝ 由Φ1＝Φ2得B＝。 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。 $$