第1节 楞次定律-【创新教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册五维课堂（人教版2019）

物理·选择性必修第二册 ★答发解析 第二章 ★安题特许 电磁感应 ★知识总剑 ★学习方法 第1节 楞次定律 知识导图 核心素养 1.科学思维：通过楞次定律和右手定则对电流方向的判断，体会物 感应电流的方向 理模型在探索自然规律中的作用 回路的磁油 宁体切刺 量发牛变化 磁感线 2.科学探究：通过实验探究归纳判断感应电流方向的过程，体会科 楞次定律 右有手定则 学探究在物理规律形成中的作用 感应电流力 向的判新 3.科学态度与责任：通过楞次定律中能量转化分析，体会守恒思想 的重要意义 自主预习。探新知 [知识梳理] ②线圈内磁通量减少时的情况 知识点一 影响感应电流方向的因素楞次 感应电流的 图号 磁场方向 感应电流的方向 定律 磁场方向 丙 顺时针（俯视） 1.探究感应电流的方向 逆时针（俯视）》 (1)实验器材：条形磁铁、电流表、线圈、导线、 (3)实验结论：当穿过线圈的磁通量增大时，感应 一节干电池（用来查明线圈中电流的流向 电流的磁场与磁体的磁场方向 ,阻 与电流表中指针偏转方向的关系) 碍磁通量的增加：当穿过线圈的磁通量减 (2)实验现象：如图所示，在四种情况下，将实 少时，感应电流的磁场与磁体的磁场方向 验结果填入下表， ,阻碍磁通量的减少， 2.楞次定律：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 的磁通量的 知识点二右手定则 ①线圈内磁通量增加时的情况 1.内容：伸开右手，使拇指与 其余四个手指垂直，并且都 感应电流的 图号 磁场方向 感应电流的方向 与手掌在同一个平面内：让 磁场方向 磁感线从 进人，并 甲 逆时针（俯视） 使拇指指向导线运动的方 向，这时 所指的方 顺时针（俯视）》 向就是感应电流的方向，如图所示。 第二章电磁感应 2.适用范围：适用于导体 时感应 A.由A→B B.由B→A 电流方向的判断 C.无感应电流 D.无法确定 [基础自测] 3.（多选)如图所示，足够长 1.思考判断（正确的打“/”，错误的打“×”） 的通电导线旁边同一平面 (1)楞次定律中“阻碍”的意思就是“阻止”. 有矩形线圈abcd,则 (2)感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的 A.若线圈向右平动，其中感应电流方向是 变化. ( a→b-→c→d (3)感应电流的磁场方向总是与引起它的磁场 B.若线圈竖直向下平动，无感应电流产生 方向相反 C.当线圈以ad边为轴转动时（转动角度小 2.如图所示，当导体棒MN在 于90°)，其中感应电流方向是a→b 外力作用下沿导轨向右运动中 B +c→d 时，流过R的电流方向是 D.当线圈向导线靠近时，其中感应电流方 向是a→b→c→d 合作探究。攻重雅 开1对榜次定律的理解和应角 ◆[探究归纳] ◆[探究导引] 1.因果关系 绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上，铁芯上 闭合导体回路中原磁通量的变化是产生感 套有一个铝环，线圈与电源、开关相连，如图 应电流的原因，而感应电流的磁场的产生是 所示.线圈上端与电源正极相连，闭合开关 感应电流存在的结果，即只有当闭合导体回 的瞬间，铝环向上跳起.请回答： 路中的磁通量发生变化时，才会有感应电流 的磁场出现。 铁芭 品环 2.楞次定律中“阻碍”的含义 电 感应电流的磁河量川得引起感应也流的酸场 线世 /√谁阻锵谁7 (原磁场的磁通量的变化 但得什么户得的是磁酒益的变化.向不足语藏酒是 (1)闭合开关瞬间穿过铝环的磁通量如何 本身 Q 当藏还异增加时感应电流的薇场方问马与原微 变化？ 如何阻得尔扬的方向相反：当袋迪量诚少时.感疯电流的筒 场方向与原袋场的方向相问即“赠反减问” (2)铝环跳起的原因是什么？ 份效采尔 阻碍并不足阻止，只是延缓了磁恤量的变化 这种变化将继续进行 3.“阻碍”的表现 从能量守恒定律的角度，楞次定律可广义地 表述为：感应电流的“效果”总是要反抗（或 阻碍)引起感应电流的原因.常见的情况有 三种： ·33· 物理·选择性必修第二册 (1)阻碍原磁通量的变化（增反减同）. [多维训练2]楞次定律的应用 (2)阻碍导体的相对运动（来拒去留） 长直导线与环形导线固定在 (3)通过改变线圈面积来“反抗”（增缩减扩）. 同一平面内，长直导线中通 4.楞次定律的实质 有图示方向的电流.当电流 “阻碍”的结果，是实现了其他形式的能向电 大小逐渐减弱时 能转化，如果没有“阻碍”，将违背能量守恒 A.环形导线有收缩的趋势 定律，可以得出总能量增加的错误结论.所 B.环形导线有远离长直导线的趋势 以楞次定律体现了在电磁感应现象中能的 C.环形导线中有顺时针方向的感应电流 转化与守恒，能量守恒定律也要求感应电流 D.环形导线中有感应电流，但方向无法 的方向服从楞次定律。 确定 [例1]（多选）如图所示，当磁 棕究2 右手定则 铁运动时，流过电阻的电流 ◆[探究导引] 是由A经R到B,则磁铁的 (1)如图所示，导体棒αb向右做切割磁感线 运动情况可能是 运动.根据楞次定律判断导体棒αb中的电 A.向下运动 B.向上运动 流方向？ C.向左运动 D.以上都不可能 xx×凶×××X××× X××X×××××Xx [规律总结]应用楞次定律判断感应电流方 ×××*××××× 向的思路 X××x×X××××× ×0×XX××××××× (1)明确研究对象是哪一个闭合电路. (2)能否找到一种更简单的方法来判断闭合 (2)明确原磁场的方向. 回路中部分导体切割磁感线产生的电流的 (3)判断穿过闭合回路内原磁场的磁通量是 方向呢？ 增加还是减少」 (4)由楞次定律判断感应电流的磁场方向. (5)由安培定则判断感应电流的方向， ◆[跟进训练] [多维训练1]楞次定律的理解 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.闭合电路的一部分导体在磁场中运动 时，必受磁场阻碍作用 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跟原磁场反向，阻 碍原磁场的变化 ·34· 第二章电磁感应 ◆[探究归纳] 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垂直关系 (1)大拇指的方向是导体相对磁场切割磁感线 b向纸外运动 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」 B× (2)四指指向电流方向，切割磁感线的导体相 当于电源。 2.楞次定律与右手定则的区别及联系 规律 [规律总结]右手定则应用的两点注意 楞次定律 右手定则 比较内容 (1)右手定则只适用于一段导体在磁场中做 闭合回路的 切割磁感线运动的情况，导体（或磁场）不 研究 整个闭合 一部分，即做 运动不能应用 对象 回路 切制磁感线 (2)右手定则判定导体切割磁感线产生的感 运动的导体 应电动势时，四指的指向电流方向。 只适用于导 ◆[跟进训练] 体在磁场中 1.如图所示为闭合电路的一部分 适用 各种电磁感 N 做切割磁感 导体在磁极间运动的情形，图中 区 范围 应现象 线运动的 导体垂直于纸面，a、b、c、d分别 别 情况 表示导体运动中的四个不同位 置，箭头表示导体在那个位置上 用于磁感应 的运动方向，则导体中感应电流的方向垂直 用于导体切 强度B随 纸面向里时，导体的位置是 割磁感线产 时间变化而 A.a B.b C.c D.d 应用 生的电磁感 产生的电磁 2.(多选)如图所示，导体AB、 应现象较 感应现象较 CD可在水平轨道上自由滑 方便 方便 动，且两水平轨道在中央交 叉处互不相通.当导体棒AB向左移动时 联系 右手定则是楞次定律的特例 [例2]下列图中表示闭合电路中的一部分 A.AB中感应电流的方向为A到B 导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情 B.AB中感应电流的方向为B到A 景，导体ab上的感应电流方向为a>b的是 C.CD向左移动 D.CD向右移动 养析易错。提素养 [易错点1]对磁感线的空间分布认识不清， 当磁铁匀速向右通过线圈 分析磁通量的变化时出现错误 正下方时，线圈仍静止不 [例1]（多选）如图所示，矩形闭合线圈放置 动，那么线圈受到薄板的摩 在水平薄板上，有一块蹄形磁铁置于薄板的 擦力方向和线圈中产生的 正下方（磁极间距略大于矩形线圈的宽度） 感应电流的方向（从上向下看）是 ·35· 物理·选择性必修第二册 A.摩擦力方向一直向左 擦力均可不计.在如图所示的正方形区域 B.摩擦力方向先向左、后向右 内，有垂直于圆环的摆动面指向纸内的匀强 C.感应电流的方向为顺时针→逆时针→顺 磁场.下列说法正确的有 ( 时针 A.环在摆动过程中机械能守恒 D.感应电流的方向为顺时针→逆时针 B.导体环进入磁场和离开磁场时，环中电 [解析]AC[从磁铁开始运动到线圈处 流的方向肯定相反 在磁铁两磁极中间的过程中，穿过线圈的磁 通量向上，且先增加后减少，之后的过程中， C.导体环通过最低点时，环中感应电流 穿过线圈的磁通量向下，且先增加后减少， 最大 所以感应电流的方向为顺时针→逆时针→ D.最终导体环在匀强磁场中摆动时，机械 顺时针，故C正确，D错误；根据楞次定律可 能守恒 知，磁铁向右移动的过程中，磁铁对线圈有 [解析]BD[导体环在进、出磁场阶段穿 向右的安培力作用，所以薄板对线圈的摩擦 过环的磁通量发生变化，有感应电流产生， 力方向始终向左，故A正确，B错误.] 且进、出磁场产生的感应电流方向相反，机 [易错分析]对蹄形磁铁的磁感线空间分 械能转化为电能.因此，摆动过程中机械能 布认识不清，不能够判断出N极和S极分 不守恒，环全部进入磁场后，穿过环的磁通 别靠近和远离线圈时穿过线圈的磁通量的 量不变，无感应电流.最终导体环在磁场区 变化情况而错选D. [误区警示] 域内摆动时，机械能守恒.] 1.必须明确几种常见的磁场的磁感线的空间 [误区警示]在分析和处理具体间题时要 分布情况，如条形磁铁、蹄形磁铁、直线电 理解和楞次定律有关的能量转化的本质.楞 流、环形电流及通电螺线管等产生的磁场的 次定律中的“阻碍”作用，正是能量守恒定律 磁感线的分布情况. 的反映，在克服这种“阻碍”的过程中，其他 2.要善于运用楞次定律的广义表述判断 形式的能转化为电能 问题 ◆[课堂小结] [易错点2]不能从能量转化的角度透彻理 楞次定律的 因果关系 解楞次定律 理解和应用 楞次定律 对“阻得”的理解 [例2]（多选）用一根轻质绝 0 判断感成电流方向的方法 缘细杆将一导体环悬挂在O 与“楞次定律”的比较 点，导体环可以在竖直平面 右手定则 与“安培定则”和“左于 内来回摆动，空气阻力和摩 定则”的区别 课堂自测⊙夯基础 1.(感应电流的理解)关于感应电流，下列说法 C.感应电流的磁场方向与引起感应电流的 正确的是 磁场方向可能相同，也可能相反 A.根据楞次定律知，感应电流的磁场一定 D.当导体切割磁感线运动时，必须用右手 阻碍引起感应电流的磁通量 B.感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化 定则确定感应电流的方向 ·36· 第二章电磁感应 2.(楞次定律的应用)（多选）如图， 4.(楞次定律的应用)如图甲所示，绝缘的水平 匀强磁场垂直于软导线回路平 桌面上放置一金属圆环，在圆环的正上方放 面，由于磁场发生变化，回路变 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α端流入为正，以下 为圆形.则该磁场 说法正确的是 A.逐渐增强，方向向外 B.逐渐增强，方向向里 C.逐渐减弱，方向向外 D.逐渐减弱，方向向里 3.(右手定则的应用)如图，在方×××m A.从上往下看，0~1s内圆环中的感应电 向垂直于纸面向里的匀强磁场 流沿顺时针方向 中有一U形金属导轨，导轨平 B.0~1s内圆环面积有扩张的趋势 面与磁场垂直.金属杆PQ置于导轨上并与 C.3s末圆环对桌面的压力小于圆环的重力 导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属线 D.1一2s内和2一3s内圆环中的感应电流 方向相反 框T位于回路围成的区域内，线框与导轨 5.(楞次定律与安培定则的 共面.现让金属杆PQ突然向右运动，在运 综合应用)（多选）两根相 动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列 互平行的金属导轨水平放 R 说法正确的是 () 置于如图所示的匀强磁场中，在导轨上接触良 A.PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针 好的导体棒AB和CD可以自由滑动.当AB 方向 在外力F作用下向右运动时，下列说法中正确 B.PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针 的是 () 方向 A.导体棒CD内有电流通过，方向是D→C B.导体棒CD内有电流通过，方向是C→D C.PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针 C.磁场对导体棒CD的作用力向左 方向 D.磁场对导体棒AB的作用力向左 D.PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针 C温馨提 方向 学习至此，请完成配套训练 第2节 法拉第电磁感应定律 知识导图 核心素养 法拉第巾磁感应定神 1.物理观念：借助感应电动势概念，体 做通量变 导体切制磁 会物理观念的生成过程 化问题 感线问题 2.科学思维：通过感应电动势的两种 下a-受序褐翼-End 计算方法，体会物理模型建立及物 电做感应的综合应用间题 理方法在物理规律形成中的作用 ·37·物理·选择性必修第二册 R,=2m'=2R 0 根据题意有(2n十1)r=L B eLB 所以出射点在原点左侧。 解得s 2Em(2m+1n=0.1,2.3,…). 设H进入磁场的入射点到第一次离开磁场的出射点的距 (2)电子在电场中微匀变速直线运动的时间与在磁场中做部 离为'，由几何关系有 分圆周运动的时间之和为电子运动的总时间， s2'=2R:sin028 联立④⑧⑩⑦⑩式得，H第一次离开磁扬时的位置到原点 1=2+1++号 T a O的距离为 由eE=ma可得a- '-4=25(2-1)h.四 3 由B=m和T=红可得T-留 eB [答案]见解析 [例4]C[磁场沿x轴负方向，质子受到的洛伦兹力浴着： 综上袋理可得1-世+(2a+1那=01,2.3…》 轴正方向，因质子做匀速直线运动，所以质子所受到的静电 答案：(1)s eL B 力与洛伦兹力停大反向，电场强度必然沿着：轴负方向，否 2Em(2n+1Dn=0,l,2,3…). 则质子不可能做匀逸直线运动，这样质子在运动过程所受 （2g+(2m+D器u=0.12.3…) 到静电力的大小为E=uB,电势能不变.电场强度沿着： 4解析：(1)电子从A到C的过程中，由动能定理得 轴负方向，所以沿着：轴正方向电势升高，综上所述，选项C 正确.门 eEL=m呢-m 强化训练 又ccos a= 1.B[在正交的电磁场区拔中，离子不偏转，说明离子受力平 联立解得E= 2eL' 衡，在区战【中，离子受电场力和洛伦兹力，不管离子电性如 (2)画出电子在电场和磁场 行都瑞是B,=E,得后可知这安离子具有相月的选 中的运动轨迹，如图所示， E 度，但电性不确定，进入只有匀强磁场的区城Ⅱ时，偏转半径 电子在电场中做类平抛运 相同，由尺-需和后可得R一品故这些高子果有 动，平行于电场方向有L -38 相同的比荷，选项B正确.] 马，法中一。 cos a 2.AC[由题意可知通电流1和I2时，导体捧均能沿斜面匀 由数学知识知电子在磁场中的速度偏向角等于其运动轨迹 速运动且1<12，故通【1时导体棒沿斜而向下运动，通1 所对国心角，0=元一&一月=3 2x 时导体棒沿钟面向上运动，导体棒受到的安培力沿着斜而向 上，由左手定则知电流方向垂直纸面向外，根据平衡条件有 电子在磁场中的运动时同一县工共中T=留 eB mgsin 0=BI L.+umgeos 0.mgsin 0+umgcos 0=BI L. 电子在电场和磁场中运动的总时间=1十1 立解得u=山-I)an9】 1+1,,B-2mgsin 0 1,1几，B错误，A,C正 联立解得1=2L+2πm vo 3eB 确：因1和12可分别使导体棒向上成向下匀速运动，而根 据磁场方向又知安培力沿针面方向，摩擦力大小不变，重力 答案：1)2 e+需 沿斜面分力不变，故不存在其他电流让导体棒匀速运动，D 第二章 电磁感应 错误.] 第1节 楞次定律 3.解析：(1)电子的运动轨迹如图 所示， 自主预习·探新知 在电场中电子从A到O过程，由 知识梳理 一1.(2)①向下向上向上向下②向下向下向上 动能定理，可得，E=之m心 向上(3)相反相同2.阻碍变化 在磁场中电子做國周运动，洛伦 N 二、1.掌心四指2.切割磁感线 当n=2时 燕力提供向心力，有B=m 基础自测 1.(1)×(2)/(3)× 可得=常 2.A[由右手定则可判断乎体棒中电流方向从N到M,则通 过R的电流方向为AB.] ·130· 参考答案 3.BD[根据安培定则知，线图所在处的磁场垂直纸面向里， 跟进训练 当线图向右平动、以“d边为轴转动时，穿过线圈的磁通量 L.A[导体切割磁感线产生感应电流，用右手定则判断a住 减少，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向同向，感应电 置感应电流方向垂直纸而向里.] 流方向为a·dc→b,A、C错误：若线图竖直向下平动，磁 2.AD[由右手定则可判断导体AB中感应电流方向为A-· 通量不变，无感应电流产生，B正确：若线圈向导线靠近时， B,而CD中的电流方向由C-·D,根据左手定则可判断导体 穿过线周的磁通量增加，感应电流产生的磁场方向与原磁场 CD受到向右的安培力作用而向右运动，选项A、D正确.门 方向反向，垂直纸面向外，感应电流方向为a→bc·d,D 课堂自测·夯基础 正确.] 1.C[由楞次定律知，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电 合作探究·攻重难 流的磁通量的变化，A错误：感应电流的磁场总是阻碍电路 探究1 中的原磁道量的变化，不是阻碍原磁场的变化，B错误：由楞 提示(1)闭合开关瞬间宇过铝环的磁通量增大， 次定律知，如果是因磁通量的减少而引起的感应电流，则感 (2)铝环中产生的感应电流方向与线图中电流方向相反，铝 应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相同，阻碍磁 环受到向上的芹力而跳起 通量的减小：反之，则感应电流的磁场方向与引起感应电流 [例]BC[本题可通过递向应用楞次定律来判定由感应 的磁场方向相反，阻碍磁通量的增加，C正确：导体切割磁感 电流方向为A→R→B,应用安培定则得知感应电流在螺线 线运动时，可真接用右手定则确定感应电流的方向，也可以 管内产生的磁场方向应是从上指向下：运用楞次定律判得 由楞次定律确定感应电流的方向，D错误，] 螺线管内磁通量的变化应是向下减少或向上增多：由条形 2.CD[回路变为圆形，面积增大，说明闭合回路的磁通量减 磁铁的磁感线分布知，螺线管内原磁场是向下的，故应是磁 少，所以磁场逐渐减弱，而磁场方向可能向外，也可能向里， 通量减少，即磁铁向上运动或向左、向右平移，所以正确的答 故选项CD正确.] 案是BC.] 3.D[金属杆PQ向右切割磁感线，根据右手定则可知PQRS 跟进训练 中感应电流沿逆时针方向：原来T中的磁场方向垂直于纸 1.A[感应电流的磁扬总是要阻碍引起感应电流的磁通量的 面向里，闭合回路PQRS中的感应电流产生的磁场方向垂 变化，选项A正确：闭合电路的一部分导体在磁场中平行磁 直于纸面向外，使得穿过T的磁通量减小，根据楞次定律可 感线运动时，不受磁场阻碍作用，选项B错误：原磁场穿过 知T中产生顺时针方向的感应电流.综上所述，可知A,B、C 闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场反向， 项错误，D项正确.门 4A[0~1s线图中电流增大，产生的向上的磁场增大，金属 选项C错误：当原磁场增强时感应电流的磁场最原磁场反 环中磁通量增大，根据楞次定律可知，从上往下看，0~1s内 向，当原磁场减弱时感应电流的磁场跟原磁场同向，选项D 画环中的感应电流沿顺时针方向，故A正确：0一15线圈中 错误.] 电流增大，产生的磁场增大，金属环中磁通量增大，有面积缩 2.C[当电流逐渐减弱时，电流产生的磁场减小，穿过环形导 小趋势，故B错误：3s末金属环中感应电流最大，但螺线管 线的磁通量减小，由楞次定律可知，环形导线的面积有扩大 中感应电流为零，与金属环间无相互作用，所以3s末国环 的趋势，故A错误：当电流逐渐减弱时，电流产生的磁场减 对桌而的压力等于圆环的重力，故C错误：1一2s正方向电 小，穿过环形导线的磁通量减小，由楞次定律可知，环形导线 流减小，2一3s反向电流增大，根据楞次定律，金属环中感应 有靠近直导绕的趋势，故B错误：根据右手定则可以判定， 电流的磁扬方向不变，感应电流方向不变，故D错误.] 导线下侧的磁场方向向里，磁道量减小时，产生的感应电流 5.BD[利用移次定律，两个导体棒与两根金属导轨构成闭合 的磁场方向向里，由安培定则知，有顺时针方向的感应电流， 回路，根据右手定测判断AB中感应电流的方向是B·A· 故C正确，D错误.] C一D·B,以此为基础，再判断CD内的电流方向，最后根据 探究2 左手定则进一步确定CD的受力方向，经过比较可得正确 提示(1)导体棒b向右运动，磁通量增大，由榜次定律可 答案.] 知，感应电流产生的磁场与原磁场方向相反，故感应电流的 第2节法拉第电磁感应定律 方向为b→a. (2)研究电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速 自主预习·探新知 度口的方向三者之间的关系满足右手定则， 知识梳理 [例2]A[题中四图都属于闭合电路的一部分导体切刻磁 一1.1)闭合(2)电磁感应电源2.(1)变化率(2) △ 感线，应用右手定则判斯可得：A中电流方向为→b,B中电 △Φ 流方向为b→a,C中电流方向沿d→d·e·b→a,D中电流 (3)伏特 方向为b·4.] 二、l.Blw2.Blusin 0 ·131·