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  • 2021-05-26 发布

人教版物理选修3-2 第4章第3节 楞次定律

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第4章 第三节 楞次定律 课标定位 学习目标:1.深刻理解楞次定律的内容. 2.理解楞次定律与能量之间的关系. 3.会用右手定则及楞次定律解答有关问题. 重点难点:1.引导学生对演示实验进行观察、分 析、归纳、总结得出楞次定律. 2.理解定律中“阻碍”原磁场磁通量的增加或 减小的含义. 3.应用楞次定律判断感应电流方向. 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第 三 节   楞 次 定 律 课前自主学案 课前自主学案 一、探究感应电流的方向 1.实验探究 将螺线管与电流计组成闭合回路,分别将N极、 S极插入、抽出线圈,如图4-3-1所示,记录感 应电流方向如下: 图4-3-1 2.现象分析 (1)线圈内磁通量增加时的情况 图号 磁场方向 感应电流 方向 感应电流的磁 场方向 甲 _____ 逆时针 (俯视) _____ 乙 _____ 顺时针 (俯视) _____ 向下 向上 向上 向下 (2)线圈内磁通量减少时的情况 图号 磁场方向 感应电流的 方向 感应电流的磁 场方向 丙 _____ 顺时针 (俯视) _____ 丁 _____ 逆时针 (俯视) _____ 向下 向上 向下 向上 3.归纳结论 当线圈内磁通量增加时,感应电流的磁场______磁 通量的增加;当线圈内磁通量减少时,感应电流的 磁场______磁通量的减少. 说明:实验前应首先查明线圈中电流的流向与电流 表指针偏转方向之间的关系. 二、楞次定律 1834年,物理学家楞次归纳出以下结论: 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______. 阻碍 阻碍 阻碍 变化 三、右手定则 1.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. 2.内容:伸出右手,使拇指与其余四个手指_____, 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________________,这时四指所 指的方向就是__________的方向. 垂直 导线运动的方向 感应电流 核心要点突破 一、对楞次定律的理解 1.因果关系:闭合导体回路中磁通量的变化是因, 产生感应电流是果;原因产生结果,结果又反过来 影响原因. 2.“阻碍”的含义 谁阻 碍谁 是感应电流的磁通量阻碍引起感应电流的 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,而不是阻碍磁通量本身 如何 阻碍 当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场 的方向相反;当磁通量减少时,感应电流的磁场 方向与原磁场的方向相同,即“增反减同” 结果 如何 阻碍并不是阻止,只是延缓了磁通量的变化快慢, 这种变化将继续进行 特别提醒:“阻碍”的实质,是实现了其他形式 的能向电能的转化,这和能的转化与守恒相吻合. 如果不是“阻碍”,将违背能量守恒,可以得出 总能量同时增加的错误结论. 3.应用楞次定律的思路 (1)明确研究的是哪一个闭合电路. (2)明确原磁场的方向. (3)判断闭合回路内原磁场的磁通量是增加还是减少. (4)由“增反减同”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. 4.楞次定律含义的推广 (1)若由于相对运动导致电磁感应现象,则感应电流 的效果阻碍该相对运动,简称口诀:“来拒去留”. (2)若电磁感应致使回路的面积有收缩或扩张的趋势, 则收缩或扩张是为了阻碍回路磁通量的变化,即磁 通量增大时,面积有收缩趋势,磁通量减少时,面 积有增大趋势,简称口诀:“增缩减扩”. 特别提醒:判断回路面积的变化趋势时,若穿过闭 合回路的磁感线皆朝同一方向,既可由一般步骤判 断,也可根据楞次定律的推广含义判断,若闭合回 路所围面积内存在两个方向的磁场,则不宜采用楞 次定律的推广含义判断、应根据一般步骤判断. 即时应用(即时突破,小试牛刀) 1.(2011年哈尔滨高二检测)关于对楞次定律的理 解,下面说法中正确的是(  ) A.感应电流的方向总是要使它的磁场阻碍原来的 磁通量的变化 B.感应电流的磁场方向,总是跟原磁场方向相同 C.感应电流的磁场方向,总是跟原磁场方向相反 D.感应电流的磁场方向可以跟原磁场方向相同, 也可以相反 解析:选AD.根据楞次定律,感应电流的磁场阻 碍原磁场的磁通量的变化,A项正确;感应电流 的磁场方向在磁通量增加时与原磁场方向相反, 在磁通量减小时与原磁场方向相同,B、C项错 误,D正确. 二、楞次定律与右手定则的区别及联系 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 只适用于导体在磁场 中做切割磁感线运动 的情况 应用 用于磁感应强度B随时 间变化而产生的电磁感 应现象较方便 用于导体切割磁感线 产生电磁感应的现象 较方便 联系 右手定则是楞次定律的特例 特别提醒:(1)楞次定律判断的电流方向也是电路中 感应电动势的方向,右手定则判断的电流方向也是 做切割磁感线运动的导体上感应电动势的方向.若 电路是开路,可假设电路闭合,应用楞次定律或右 手定则确定电路中假想电流的方向即为感应电动势 的方向. (2)在分析电磁感应现象中电势高低时,一定要明确 产生感应电动势的那部分电路就是电源.在电源内 部,电流方向从低电势处流向高电势处. 2.如图4-3-2所示,一个有界匀强磁场区域,磁 场方向垂直纸面向外.一个矩形闭合导线框abcd沿 纸面由位置1(左)匀速运动到位置2.则(  ) A.导线框进入磁场时,感应电 流方向为a→b→c→d→a B.导线框离开磁场时,感应电 流方向为a→d→c→b→a 图4-3-2 C.导线框离开磁场时,受到的安培力方向水平向右 D.导线框进入磁场时,受到的安培力方向水平向左 解析:选D.导线框进入磁场时,cd边切割磁感线,由 右手定则可知,电流方向沿a→d→c→b→a,这时cd 边受到的安培力由左手定则可判断其受力方向水平向 左,A错、D对;在导线框离开磁场时,ab边处于磁 场中且在做切割磁感线运动,同样用右手定则和左手 定则可以判断电流方向为a→b→c→d→a,这时安培 力的方向仍然水平向左,B、C错. 如图4-3-3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用绝缘轻质细杆悬挂 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, 细杆和金属线框平面始终处于同一平面,且垂直纸 面.则线框中感应电流的方向是(  ) 课堂互动讲练 楞次定律的应用 A.a→b→c→d→a B.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 图4-3-3 【精讲精析】 线框从右侧开始由静止释放,穿过 线框平面的磁通量逐渐减少,由楞次定律可得感应 电流的方向为d→c→b→a→d;过O点纵轴继续向 左摆动过程中.穿过线框平面的磁通量逐渐增大, 由楞次定律可得感应电流的方向仍为 d→c→b→a→d,故B选项正确. 【答案】 B 【规律总结】 应用楞次定律判断感应电流方向的 关键是确定原磁场的方向及其磁通量的变化.四个 步骤可灵活运用,可以逆过来根据感应电流的方向 确定引起感应电流的原因. 变式训练1 如图4-3-4所示,当磁铁运动时, 流过电阻的电流由A经R到B,则磁铁的运动可能 是(  ) A.向下运动  B.向上运动 C.向左平移 D.向右平移 图4-3-4 解析:选BCD.用已知的结论应用楞次定律逆向推 断产生感应电流的原因.(1)由感应电流方向A→R →B,应用安培定则知感应电流在螺线管内产生的 磁场方向向下;(2)由楞次定律判断得螺线管内的磁 通量变化应是向下的减小或向上的增加;(3)由条形 磁铁的磁感线分布知螺线管内原磁场方向是向下的, 故应是磁通量减小,磁铁向上运动、向左或向右平 移都会导致通过螺线管内向下的磁通量减小. 如图4-3-5所示,当磁铁突然向铜环运 动时,铜环的运动情况是(  ) A.向右运动 B.向左运动 C.静止不动 D.不能判定 利用楞次定律判断导体的运动情况 图4-3-5 【精讲精析】 法一:阻碍相对运动法. 产生磁场的物体与闭合线圈之间的相互作用力可概 括为四个字“来拒去留”.磁铁向右运动时,铜环 产生的感应电流总是阻碍导体间的相对运动,则磁 铁和铜环间有排斥作用.故A正确. 法二:电流元受力分析法. 如图4-3-6所示,当磁铁向环运动时,由楞次定 律判断出铜环的感应电流方向,把铜环的电流等效 为多段直线电流元,取上、下两小段电流元进行研 究,由左手定则判断出两段电流元的受力,由此可 判断整个铜环所受合力向右.故A选项正确. 图4-3-6   图4-3-7 法三:等效法. 如图4-3-7所示,磁铁向右运动,使铜环产生的 感应电流可等效为条形磁铁,而两磁铁有排斥作用. 故A正确. 【答案】 A 【规律总结】 本例列出了判断感应电流受力及其 运动方向的方法,并进一步从多个角度深刻理解楞 次定律中阻碍的含义,虽然方法不同,但本质都是 楞次定律,只有领会其精髓,才能运用它进行正确 的判断.深刻理解楞次定律中“阻碍”的含义是灵 活运用楞次定律进行分析判断的前提. 变式训练2 如图4-3-8所示,光滑固定导轨M、 N水平放置,两根导体棒P、Q平行放置于导轨上, 形成一个闭合回路,一条形磁铁从高处下落接近回 路时(  ) A.P、Q将相互靠拢 B.P、Q将相互远离 C.磁铁的加速度仍为g D.磁铁的加速度小于g 图4-3-8 解析:选AD.条形磁铁接近回路的过程中,磁通量 增大,由“阻碍”的含义可知,P、Q相互靠拢, 阻碍磁通量增大,排斥磁铁,阻碍其靠近,故正确 选项为A、D. 如图4-3-9所示装置中,L1、L2为闭合铁 芯,cd杆原来静止.当ab 杆做如下哪些运动时, cd杆将向右移动(  ) A.向右匀速运动      B.向右加速运动 C.向左加速运动 D.向左减速运动 楞次定律、右手定则、左手定则的综合 应用 图4-3-9 【自主解答】 ab匀速运动时,ab中感应电流恒 定,L1中磁通量不变,穿过L2的磁通量不变,L2 中无感应电流产生,cd保持静止,A不正确;ab 向右加速运动时,L2中的磁通量向下增大,L2中 感应电流产生的磁场方向向上,故通过cd的电流 方向向下,cd向右移动,B正确;同理得C不正确, D正确. 【答案】 BD 【规律总结】 对于“二级感应”问题,可参考 如下规律:ab棒向右匀加速、向左匀减速运动, cd中电流方向相同;ab棒向右匀减速、向左匀加 速运动,cd中电流方向相同.但这两种情况中cd 电流方向相反. 变式训练3 如图4-3-10所示,水平放置的两条 光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,当 PQ在外力作用下运动时,MN在磁场力作用下向右 运动,则PQ所做的运动可能是(  ) A.向右加速运动 B.向左加速运动 C.向右减速运动 D.向左减速运动 图4-3-10 解析:选BC.设PQ向右运动,用右手定则和安培 定则判定可知穿过L1的磁感线从下至上,若PQ向 右加速运动,则穿过的磁通量增加,用楞次定律 判定可知,感应电流从N流向M,用左手定则判 定可知MN是向左运动,可见A不正确.若PQ向 右减速运动,则穿过L1的磁通量减少,用楞次定 律判定可知感应电流从M流向N,用左手定则判 定可知MN是向右运动,可见C正确.同理,设 PQ向左运动,用上述类似方法可判定B正确而D 错误.本题应选B、C.