10 第二章 第1节 楞次定律-【正禾一本通】2024-2025学年高中物理选择性必修2同步课堂高效讲义教师用书（人教版2019）

第二章　电磁感应 第1节　楞次定律 课标解读 名词点击 1.能够运用感应电流的产生条件判断能否产生感应电流。 2．理解楞次定律中“阻碍”的含义，能熟练运用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向 楞次定律(Lenz's law) 右手定则(right­hand rule) 探究点一　探究影响感应电流方向的因素 如图所示，条形磁铁的N极或S极插入或抽出闭合线圈时，两种情况下电流表的指针发生了偏转，但两种情况下指针的偏转方向不同，这说明感应电流的方向不同。那么感应电流的方向与哪些因素有关呢？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：磁通量的变化、磁场方向。 1．实验原理：改变穿过闭合回路的磁通量，回路中有感应电流，利用电流表指针偏转方向确定影响感应电流方向的因素。 2．实验电路图 (1)探究电流表指针偏转方向与电流方向的关系实验电路图。 (2)探究影响感应电流方向的因素的实验装置图。 3．实验操作 (1)探究电流表指针偏转方向与电流方向的关系。 (2)查明线圈绕向。 (3)磁体N极向下插入或向上拔出，观察并记录电流表指针偏转方向和电流方向。 (4)磁体S极向下插入或向上拔出，观察并记录电流表指针偏转方向和电流方向。 4．实验记录与分析 以下面四种情况为例，实验结果如下： 图号 磁场方向及磁通量变化 感应电流的方向 (从上往下看) 感应电流的磁场方向 甲 磁场方向向下， 磁通量增加 逆时针 向上 乙 磁场方向向上， 磁通量增加 顺时针 向下 丙 磁场方向向下， 磁通量减少 顺时针 向下 丁 磁场方向向上， 磁通量减少 逆时针 向上 5.实验结论 当线圈中磁通量增加时，感应电流的磁场方向跟磁体的磁场方向相反。 当线圈中磁通量减少时，感应电流的磁场方向跟磁体的磁场方向相同。 1．确定电流计指针的偏转方向和电流方向的关系时，要用试触法并注意减小电流强度，防止电流过大或通电时间过长损坏电流计。 2．电流表选用零刻度在中间的灵敏电流计，实验前要弄清线圈导线的绕向。 3．为了使实验现象更加明显，磁体要快速插入或抽出；进行一种操作后等电流计指针回零后再进行下一步操作。 【典例1】 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 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。 答案：(1)见解析图　(2)①右偏　②左偏　(3)B　(4)B 【针对训练1】 在探究影响感应电流方向的因素的实验中，所需的实验器材已用导线连接成如图所示的实验电路。 (1)将线圈A插入线圈B中，闭合开关的瞬间，线圈B中感应电流与线圈A中电流的绕行方向____________(选填“相同”或“相反”)。 (2)闭合开关，电路稳定后，某同学想使一线圈中电流逆时针流动，另一线圈中感应电流顺时针流动，可行的实验操作是________。 A．抽出线圈A B．线圈A中插入软铁棒 C．使滑动变阻器滑片P右移 D．断开开关 解析：(1)将线圈A插入线圈B中，闭合开关的瞬间，穿过线圈B的磁通量变大，由楞次定律可得，线圈B中感应电流与线圈A中电流的绕行方向相反。 (2)使一线圈中电流逆时针流动，另一线圈中感应电流顺时针流动，两线圈电流的磁场方向相反，则穿过副线圈的磁通量应增加。抽出线圈A时，穿过副线圈的磁通量减小，原、副线圈电流方向相同，故A错误；线圈A中插入软铁棒，穿过副线圈的磁通量增大，原、副线圈电流方向相反，故B正确；由题图可知，使滑动变阻器滑片P右移，原线圈电流增大，穿过副线圈的磁通量增大，原、副线圈电流方向相反，故C正确；断开开关，原线圈中没有电流，故D错误。 答案：(1)相反　(2)BC 探究点二　楞次定律 当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反，如图甲所示；当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，如图乙所示。感应电流的磁场对穿过线圈的磁通量有何影响？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：阻碍线圈磁通量的变化。 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．适用范围：一切电磁感应现象。 【基点辨析】 1．判断下列说法的正误 (1)感应电流的磁场可能与原磁场方向相同。(√) (2)感应电流的磁场总是阻止原磁通量的变化。(×) (3)感应电流的磁场总是与引起感应电流的磁场方向相反。(×) (4)感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。(√) 2．如图所示，软铁环上绕有M、N两个线圈，S是M线圈电路中的开关。 (1)开关闭合的瞬间，电流计处的感应电流向上还是向下？ (2)开关断开的瞬间，感应电流向上还是向下？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：(1)向上　(2)向下 1．楞次定律中“阻碍”的含义 2．用楞次定律判断感应电流方向的“四步法” 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。 【典例2】 电阻R、电容C与一线圈连成闭合电路，条形磁铁静止于线圈的正上方，N极朝下，如图所示。现使磁铁开始自由下落，在N极接近线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是(　　) A．从a到b，上极板带正电 B．从a到b，下极板带正电 C．从b到a，上极板带正电 D．从b到a，下极板带正电 解析：选D。在磁铁自由下落，N极接近线圈上端的过程中，通过线圈的磁通量方向向下且在增大，根据楞次定律可判断出线圈中感应电流的磁场方向向上，利用安培定则可知线圈中感应电流方向为逆时针(由上向下看)，流过R的电流方向从b到a，电容器下极板带正电，选项D正确。 [名师提醒] 错因剖析 对照反思 (1)条形磁铁在线圈中的磁场方向判断错误； (2)线圈中感应电流的磁场方向判断错误； (3)感应电流的方向判断错误 【针对训练2】 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 解析：选B。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，由安培定则可知，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，所以穿过铝环的磁通量变小，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，由安培定则可知，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。 探究点三　右手定则 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？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：(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)适用范围：适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。 【基点辨析】 1．判断下列说法的正误 (1)使用右手定则时必须让磁感线垂直穿过掌心。(×) (2)任何感应电流方向的判断既可使用楞次定律，又可使用右手定则。(×) 2．右手定则与楞次定律有什么关系？两定律各在什么情况下使用较方便？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：导体运动切割磁感线产生感应电流是磁通量变化引起感应电流的特例，所以右手定则是楞次定律的特例。①楞次定律适用于所有电磁感应现象，对于磁通量发生变化而产生的电磁感应现象较方便。②右手定则只适用于导体做切割磁感线运动的情况。 1．右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和电流方向三者之间的相互制约关系。 (1)拇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。 (2)四指指向电流方向。切割磁感线的导体相当于电源，内部电流由负极流向正极。 2．楞次定律与右手定则的比较 比较项目 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 【典例3】 (多选)(2024·山西太原期中)如图所示，航天飞机在轨运行时释放一颗绳系卫星，二者用电缆绳连接，当航天飞机连同卫星在轨运行时，二者间的电缆就会与地磁场作用从而产生电磁感应现象。忽略地磁偏角的影响，下列说法大致正确的是(　　) A．赤道上空，地磁场的方向从南向北 B．航天飞机在赤道上空从西往东运行时，A端的电势高于B端电势 C．航天飞机在赤道上空从东往西运行时，A端的电势高于B端电势 D．航天飞机沿经线从南往北运行时，B端的电势高于A端电势 解析：选AB。赤道上空地磁场方向由南向北。航天飞机在赤道上空从西往东运行，根据右手定则，判断出感应电动势方向指向A端，故A端电势高于B端电势；若从东往西运行，同理，A端电势低于B端电势；若南北方向运行，电缆与磁感线不切割，不产生感应电动势，AB两端电势相等，故A、B正确，C、D错误。 【针对训练3】 如图所示，链球比赛属于田径中的投掷竞远运动，链球由金属材料制造。某次比赛在菏泽举行，链球出手前某时刻恰好绕竖直轴水平转动(俯视逆时针转动)，则此时(　　) A．安培力的方向与转动方向相反 B．手握的一端电势与拴球的一端相等 C．手握的一端电势比拴球的一端低 D．手握的一端电势比拴球的一端高 解析：选D。由于地磁场的竖直分磁场方向竖直向下，根据右手定则可知，手握的一端电势比拴球的一端高，故B、C错误，D正确；由于没有构成回路，所以没有感应电流，没有安培力的作用，故A错误。 　　　　　　磁卡 磁卡是一种卡片状的磁性记录介质，利用磁性载体记录字符与数字信息，用来标识身份或用于其他用途，如银行卡。读取磁卡信息(即刷卡)的过程，就是利用电磁感应原理，将“磁信息”转化为“电信息”的过程。 学科网（北京）股份有限公司 $$