2.1 楞次定律(Word教参)-【优化指导】2025-2026学年高中物理选择性必修第二册（教科版2019）

第1节　楞次定律 物理观念 科学探究 科学态度与责任 1.掌握右手定则及其适用范围。 2．知道楞次定律的内容。 1.通过实验探究，学会判断感应电流方向的方法。 2．能够利用楞次定律判断感应电流的方向。 1.通过本节的学习，体会归纳法在总结物理规律方面的应用。 2．理解楞次定律所蕴含的逻辑思想，提高自己的逻辑推理能力。 一、右手定则 1．作用：判断导线切割磁感线产生感应电流的方向。 2．内容：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，让磁感线垂直从手心穿入，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。 二、楞次定律 1．实验探究 操作 原磁场的方向 向上 向上 向下 向下 原磁场磁通量变化 增大 减小 增大 减小 感应电流的方向(俯视) 顺时针 逆时针 逆时针 顺时针 感应电流的磁场的方向 向下 向上 向上 向下 原磁场与感应电流的磁场方向的关系 相反 相同 相反 相同 2.结论 (1)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)方向相反； (2)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)方向相同。 3．楞次定律内容：感应电流具有这样的方向，即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。 4．楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的具体表现。 楞次总结了安培的电动力学与法拉第的电磁感应现象后，提出了楞次定律。随后德国物理学家亥姆霍兹证明楞次定律实际上是电磁现象的能量守恒定律。 判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)只要穿过回路的磁通量发生变化，回路中就会产生感应电流。 (　　×　　) (2)感应电流的磁场总是阻止原磁通量的变化。 (　　×　　) (3)由于感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化，因此感应电流的磁场方向总是和原磁场的方向相反。 (　　×　　) (4)楞次定律中的“阻碍”是阻碍原磁通量的变化，并不是“阻止”。 (　　√　　) [对应学生用书P32] 探究点一___右手定则 1831年，法拉第发现电磁感应现象不久，就又发明了世界上第一台发电机——法拉第圆盘发电机。这台发电机的主要部件是一个用紫铜做的圆盘，圆盘的圆心处固定一个摇柄，圆盘的边缘和圆心处各与一个电刷紧贴，导线连接电刷与电流表；紫铜圆盘放置在蹄形磁铁的磁场中。转动摇柄，使圆盘转动起来，电流表的指针发生偏转，说明电路中产生了持续的电流。 [问题设计] 圆盘看作是由无数根长度等于半径的紫铜辐条组成的。在转动圆盘时，电流是如何产生的？电流的方向与哪些因素有关？ 提示：转动圆盘时，每根辐条都在磁极间做切割磁感线运动，由于辐条和外电路中的电阻恰好构成闭合回路，回路中便有感应电流产生。电流的方向与磁场的方向和切割方向有关。 1．右手定则适用情况：只适用于判定导线切割磁感线运动而产生的感应电流的方向。 2．右手定则的解读 (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。 (2)大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，还可以是两者以不同速度同时运动。 (3)四指指向电流方向，切割磁感线的导体相当于电源。 3．左手定则和右手定则的区别 项目 作用 相同点 四指 拇指 左手定则 电流在磁场中受安培力 拇指和四指垂直，磁感线穿入手心 电流 受到安培力的方向 右手定则 导体切割磁感线产生感应电流 切割导体感应电流的方向 切割导体的运动方向 【例1】 如图所示，ab为一根金属杆，它处在垂直于纸面向里的匀强磁场中，可绕a点在纸面内转动；S为以a为圆心位于纸面内的金属圆环；在杆转动过程中，杆的b端与金属环保持良好接触；A为电流表，其一端与金属环相连，一端与a点良好接触。当杆沿顺时针方向转动时，某时刻ab杆的位置如图，则此时刻 (　　) A．有电流通过电流表，方向由c→d；作用于ab的安培力向右 B．有电流通过电流表，方向由c→d；作用于ab的安培力向左 C．有电流通过电流表，方向由d→c；作用于ab的安培力向右 D．无电流通过电流表，作用于ab的安培力为零 A　解析：此时刻ab杆向左运动，利用右手定则，ab杆上感应电流的方向由a指向b，有电流通过电流表，方向由c指向d，利用左手定则判断作用于ab杆的安培力向右，A正确。 [练1] 如图所示，匀强磁场与圆形导体环平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时 (　　) A．圆环中磁通量不变，环中无感应电流产生 B．整个环中有顺时针方向的电流 C．整个环中有逆时针方向的电流 D．环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流 D　解析：导体ef向右切割磁感线，由右手定则可判断导体ef中感应电流由e→f，而导体ef分别与导体环的左右两部分构成两个闭合回路，故环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流，D正确。 探究点二___楞次定律 已知当电流从灵敏电流计的正接线柱流入时，指针向右侧偏转。将线圈和灵敏电流计组成一个闭合回路，条形磁铁从线圈的上端插入。观察当条形磁铁插入、拔出和在线圈中静止不动的情况下，电流表指针的偏转情况。 [问题设计] 感应电流的方向与哪些因素有关？根据实验结果，研究感应电流的磁场和条形磁铁穿过线圈的磁场之间存在什么关系？ 提示：感应电流的方向与穿过线圈磁场的变化情况有关。感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化。 1．楞次定律揭示的逻辑关系 2．楞次定律中“阻碍”的含义 谁阻碍谁 感应电流的磁场阻碍引起感应电流磁场(原磁场)的磁通量的变化 阻碍什么 阻碍的是磁通量的变化，而不是磁通量本身 如何阻碍 当磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当磁通量减小时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即“增反减同” 阻碍效果 阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化，这种变化仍将继续进行 3.利用楞次定律判断感应电流方向的步骤 (1)明确研究对象是哪一个闭合回路。 (2)明确引起电磁感应的、穿过该闭合回路的磁场(B0)的方向。 (3)确定原磁场(B0)穿过该闭合回路的磁通量是增大还是减小。 (4)利用楞次定律确定该闭合回路内感应电流的磁场(B′)的方向。 (5)利用安培定则判断能够形成上述磁场(B′)的感应电流的方向。 【例2】 如图所示，两个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个磁场的边界重合。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B2 B　解析：产生顺时针方向的感应电流则感应磁场的方向垂直于纸面向里，由楞次定律可知，圆环中的净磁通量变化为向里的磁通量减少或向外的磁通量增多，A错误，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B2，两个磁场的磁通量总保持大小相同，所以总磁通量为0，不会产生感应电流，C、D错误。 [练2] 如图所示，矩形金属线框abcd固定在桌面上，直导线MN贴近桌面且通有由M向N的恒定电流I。将MN从图中 Ⅰ 位置匀速平移到 Ⅱ 位置的过程中，线框中感应电流的方向是 (　　) A．一直沿abcda方向 B．一直沿adcba方向 C．先沿adcba方向，后沿abcda方向 D．先沿abcda方向，再沿adcba方向，后沿abcda方向 D　解析：由安培定则可知，通有恒定电流的直导线产生的磁场在导线右边的方向为垂直于纸面向外。在导线从题图中 Ⅰ 位置匀速平移到 Ⅱ 位置过程中，如图所示，可分为4个过程，第1个过程，穿过线框的磁通量向外增加；第2个过程，穿过线框的合磁通量向外减少；第3个过程，穿过线框的合磁通量向里增加；第4个过程，穿过线框的磁通量向里减少。根据楞次定律可知，线框中的感应电流先沿abcda方向，再沿adcba方向，后沿abcda方向，D正确。 [练3] (2023·海南卷)汽车测速利用了电磁感应现象，汽车可简化为一个矩形线圈abcd，埋在地下的线圈分别为1、2，通上顺时针(俯视)方向的电流，当汽车经过线圈时 (　　) A．线圈1、2产生的磁场方向竖直向上 B．汽车进入线圈1过程产生感应电流的方向为abcd C．汽车离开线圈1过程产生感应电流的方向为abcd D．汽车进入线圈2过程受到的安培力方向与速度方向相同 C　解析：由题可知，埋在地下的线圈1、2通上顺时针(俯视)方向的电流，根据右手定则可知，线圈1、2产生的磁场方向竖直向下，A错误；汽车进入线圈1过程中，磁通量增大，根据楞次定律可知产生感应电流方向为adcb(逆时针)，B错误；汽车离开线圈1过程中，磁通量减小，根据楞次定律可知产生感应电流方向为abcd(顺时针)，C正确；汽车进入线圈2过程中，磁通量增大，根据楞次定律可知产生感应电流方向为adcb(逆时针)，再根据左手定则可知，汽车受到的安培力方向与速度方向相反，D错误。 探究点三___电磁感应引起的机械效果 仔细观察图中被称作“楞次环”的实验仪器，左侧的铝环不闭合，右侧的铝环闭合。分别用条形磁铁穿过左右两个铝环的过程中，观察到左侧的铝环不动，而右侧的铝环跟随条形磁铁运动。 [问题设计] 为什么右侧闭合的铝环跟随条形磁铁运动，左侧的却不能？能否判断铝环上产生的感应电流的方向？ 提示：当条形磁铁穿过铝环时，在闭合的铝环上产生感应电流，感应电流受到安培力的作用而运动，运动的结果是阻碍产生感应电流的原因。由此可以判断感应电流的方向。 1．规律总结：感应电流在磁场中受到安培力而引起的机械效果阻碍是产生感应电流的原因。 2．规律解读：穿过闭合回路的磁通量发生变化，回路中产生感应电流，感应电流在原磁场中受到安培力的作用，在安培力的作用下产生机械运动，机械运动的结果一定阻碍产生感应电流。 (1)来拒去留：安培力引起的机械效果阻碍磁铁与线圈之间的相对运动。 (2)增缩减扩：回路的面积通过增加或者减小来阻碍磁通量的变化。 【例3】 (多选)如图所示，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一个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突然向左运动，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中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向 C．T具有收缩趋势，PQ受到向右的安培力 D．T具有扩张趋势，PQ受到向右的安培力 AC　解析：PQ突然向左运动，根据右手定则可知，电流方向由P到Q，即闭合回路PQRS中电流沿顺时针方向，又由安培定则可知，回路PQRS中感应电流产生的磁场方向垂直于纸面向里，故环形金属线框T的磁通量将变大，由楞次定律可知，T中将产生沿逆时针方向的感应电流，A正确，B错误；线框T的磁通量变大，由楞次定律可知，T有收缩的趋势，以阻碍磁通量的增大，PQ中有由P到Q的电流，由左手定则可知，PQ受到的安培力向右，C正确，D错误。 [练4] 如图所示，A为水平放置的橡胶圆盘，在其侧面带有负电荷，在A正上方用丝线悬挂一个金属圆环B(丝线在B上面未画出)，使B的环面在水平面上与圆盘平行，其轴线与橡胶盘A的轴线O1O2重合。在橡胶盘A绕其轴线O1O2按图中箭头方向减速转动的过程中，金属圆环B有 (　　) A．扩大半径的趋势，丝线受到的拉力增大 B．扩大半径的趋势，丝线受到的拉力减小 C．缩小半径的趋势，丝线受到的拉力减小 D．缩小半径的趋势，丝线受到的拉力增大 A　解析：因为橡胶盘A减速转动，所以其侧面负电荷转动形成的环形电流越来越小，这个环形电流在它的上部产生的磁场也越来越弱，根据楞次定律可知，圆环B有靠近A并且增大自身圆环面积即扩大半径的趋势，这样才能阻碍通过它的磁通量的减少，B要靠近A，就使丝线对B的拉力增大，A正确。 [对应学生用书P35] 1．如图所示，水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一个线圈，右边套有一个金属圆环，圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态，电路接通的瞬间，可观察到 (　　) A．拨至M端或N端，圆环都向左运动 B．拨至M端或N端，圆环都向右运动 C．拨至M端时圆环向左运动，拨至N端时向右运动 D．拨至M端时圆环向右运动，拨至N端时向左运动 B　解析：无论开关S拨至哪一端，当把电路接通的瞬间，左边线圈中的电流从无到有，电流在线圈轴线上的磁场从无到有，从而引起穿过圆环的磁通量突然增大，根据楞次定律(增反减同)可知，右边圆环中产生了与左边线圈中方向相反的电流，异向电流相互排斥，所以无论哪种情况，圆环均向右运动，B正确。 2．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，立在导轨上，它从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 C　解析：由数学知识可知，金属棒下滑过程中，与坐标轴所围面积先增加后减小，穿过回路aOb的磁通量先增加后减小，根据楞次定律，感应电流方向先是b→a，后是a→b，C正确。 3．如图所示，金属棒ab、金属导轨和螺线管组成闭合回路，金属棒ab在匀强磁场B中沿导轨向右运动，则 (　　) A．ab棒不受安培力作用 B．ab棒a端的电势比b端低 C．ab棒中感应电流的方向由b到a D．螺线管产生的磁场，A端为N极 C　解析：金属棒ab沿导轨向右运动时，所受安培力方向向左，以“阻碍”其运动，A错误；根据右手定则可知，流过金属棒ab的感应电流的方向是从b向a，ab棒相当于电路中的电源，在电源内部，电流是从负极(低电势)流向正极(高电势)，即a端电势更高，B错误；流过螺线管的电流方向是从A端到达B端，根据右手螺旋定则可知，螺线管的A端为S极，C正确，D错误。 4．扫描隧道显微镜(STM)可用来探测样品表面原子尺度上的形貌，为了有效隔离外界振动对STM的扰动，在圆底盘周边沿其径向对称地安装若干对紫铜薄板，并施加磁场来快速衰减其微小振动，如图所示，无扰动时，按下列四种方案对紫铜薄板施加恒定磁场；出现扰动后，对于紫铜薄板上下及左右振动的衰减最有效的方案是 (　　) A　解析：感应电流产生的条件是闭合回路中的磁通量发生变化。在A图中紫铜薄板上下及左右振动时在磁场中的部分有时多有时少，磁通量发生变化，产生感应电流，受到安培力，阻碍系统的振动，A正确；B、D图无法有效阻碍上下振动，C图无法有效阻碍上下左右振动，B、C、D错误。 学科网（北京）股份有限公司 $$