2019-2020学年高中物理第4章电磁感应第3节楞次定律课件 人教版选修3-2 54页

第 3 节　楞次定律 1 ． 实验探究 实验前先查明线圈的绕向以及电流表指针偏转方向与电流方向的关系，然后将螺线管与电流计组成闭合回路，分别将 N 极、 S 极插入和抽出线圈，如图所示，记录感应电流方向如下． 要点一　探究感应电流的方向 课前教材预案 甲 乙 丙 丁 条形磁铁 运动情况 N 极朝下插入线圈 S 极朝下 插入线圈 N 极朝下抽出线圈 S 极朝下 抽出线圈 磁场方向 向下 向上 向下 向上 穿过线圈的磁通量变化情况 增加 增加 ________ 减小 电流表指针 偏转方向 ________ 左偏 左偏 _______ 减小　 右偏　 右偏　 甲 乙 丙 丁 感应电流 的方向 逆时针 ( 俯视 ) 顺时针 ( 俯视 ) ________ ( 俯视 ) 逆时针 ( 俯视 ) 感应电流的 磁场方向 向上 向下 向下 _______ 原磁场方向与感应电流的磁场方向的关系 相反 相反 ________ 相同 磁体间的作用情况 排斥 _______ 吸引 吸引 顺时针　 向上　 相同　 排斥　 2 ． 实验结论 (1) 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 ________ ；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 ________. (2) 磁铁靠近线圈时，两者相斥；当磁铁远离线圈时，两者 ________. 　 相反　 相同　 吸引　 1 ．内容：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 __________ 的变化．另一种表述：感应电流引起的结果总是阻碍引起感应电流的 ________. 阻碍　 要点二　楞次定律 磁通量　 原因　 2 ． 应用步骤 (1) 明确所研究的回路中 ________ 的方向． (2) 确定穿过回路的磁通量 ____________( 是 ________ 还是 ________) ． (3) 由楞次定律判断出感应电流的 ________ 方向． (4) 由安培定则判断出 ____________ 的方向． 磁场　 如何变化　 增大　 减小　 磁场　 感应电流　 1 ．内容：伸开右手，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 ________ 进入，并使拇指指向 ____________ 的方向，这时 ________ 所指的方向就是感应电流的方向． 2 ．适用范围：右手定则适用于闭合回路中 __________ 导体做 __________________ 时产生感应电流的情况． 垂直　 要点三　右手定则 掌心　 导体运动　 四指　 一部分　 切割磁感线运动　 课堂深度拓展 考点一　楞次定律的理解 1 ． 透彻理解 “ 阻碍 ” 的含义 谁在阻碍 “ 感应电流的磁场 ” 在阻碍 阻碍什么 阻碍的是 “ 引起感应电流的磁通量的变化 ” 如何阻碍 磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，起抵消作用；磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向一致，起补偿作用 为何阻碍 ( 原 ) 磁场的磁通量发生了变化 结果如何 阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化 2 ．“ 阻碍 ” 的表现 电磁感应现象中，感应电流产生的“效果”总要“反抗” ( 或“阻碍” ) 引起感应电流的“原因”．常见的“阻碍”现象有以下几种： 引起感应电 流的原因 感应电流产 生的效果 如何 “ 阻碍 ” 口诀 磁通量变化 产生的磁场阻碍磁通量变化 产生的磁场在磁通量增加时与原磁场方向相反，反之则相同 增反减同 导体相对 运动 产生的磁场力阻碍导体的相对运动 产生的磁场力总是与导体的相对运动方向相反 来拒去留 磁通量变化 产生的安培力使线圈面积变化 线圈面积在磁通量增加时收缩，反之则扩大 增缩减扩 “ 阻碍 ” 与 “ 阻止 ” 的区别 (1) 阻碍不是阻止，最终引起感应电流的磁通量还是发生了变化，是 “ 阻而不止 ”． (2) 阻碍不是相反．当引起感应电流的磁通量增大时，感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相反；当引起感应电流的磁通量减少时，感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相同 ( 增反减同 ) ． (3) 涉及相对运动时，阻碍的是导体与磁体的相对运动，而不是阻碍导体或磁体的运动． 【例题 1 】　 如图所示，当条形磁铁突然向闭合铜环运动时，铜环的运动情况是 ( 　　 ) A ．向右摆动 B ．向左摆动 C ．静止不动 D ．不能判断 思维导引： 本题直接运用 “ 结果 ” 反抗 “ 原因 ” 的方法，就能快速、直接地做出正确判断，而通过安培力的作用分析铜环的运动相对较困难．另外，本题中可以把铜环产生的感应电流等效为小磁针，即运用等效法分析问题． 答案　 A 　 解析　 解法一：电流元受力分析法．画出磁铁的磁感线分布，如图所示，当磁铁向铜环运动时，由楞次定律判断出环中感应电流方向如图所示，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受力如图所示，由图可知整个铜环所受合力方向向右． 解法二：等效法．磁铁向右运动，使铜环产生的感应电流可等效为如图所示的小磁针，显然，由于两磁体间的排斥作用，铜环将向右运动． 解法三： “ 结果 ” 反抗 “ 原因 ” 法．由于磁铁向右运动而产生电磁感应，由楞次定律的广义表述可知，铜环将向右运动而 “ 阻碍 ” 磁铁的靠近． 【变式 1 】　 如图所示，在载流直导线旁固定有两平行光滑导轨 A 、 B ，导轨与直导线平行且在同一水平面内，在导轨上有两可自由滑动的导体 ab 和 cd . 当载流直导线中的电流逐渐增大时，导体 ab 和 cd 的运动情况是 ( 　　 ) A ．一起向左运动 B ．一起向右运动 C ． ab 和 cd 相向运动，相互靠近 D ． ab 和 cd 相背运动，相互远离 答案　 C 　 解析　 　由于在闭合回路 abcd 中， ab 和 cd 电流方向相反，所以两导体运动方向一定相反，选项 A 、 B 错误；当载流直导线中的电流逐渐增大时，穿过闭合回路的磁通量增大，根据楞次定律，感应电流总是阻碍穿过回路磁通量的变化，所以两导体相互靠近，减小面积，达到阻碍磁通量增大的目的，选项 C 正确， D 错误． 1 ． 判断感应电流方向 步骤如下 考点二　楞次定律的应用 该方框图不仅概括了根据楞次定律判定感应电流方向的思路，同时也描述了磁通量变化、磁场方向、感应电流方向三个因素的关系，只要知道了其中任意两个因素，就可以判定第三个因素． (2) 效果法 由楞次定律可知，感应电流的“效果”总是阻碍引起感应电流的“原因”，深刻理解“阻碍”的含义．据“阻碍”原则，可直接对运动趋势作出判断，更简捷、迅速． 应用楞次定律时要正确区分两个磁场 ( 引起感应电流的原磁场和感应电流的磁场 ) 或两个电流 ( 产生原磁场的原电流和感应电流 ) ． 【例题 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 答案　 D 　 解析　 在磁体自由下落， 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绕向 ( 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． 【变式 2 】　 ( 多选 ) 如图所示，线框 abcd 与通电直导线在同一平面内，直导线通有恒定电流并通过 ad 和 bc 的中点，当线框向右运动的瞬间，则 ( 　　 ) A ．由于穿过线框的磁通量为零，所以线框中没有感应电流 B ．由于穿过线框的磁通量增加，所以线框中有感应电流 C ．线框中有感应电流，且沿顺时针方向 D ．线框中有感应电流，且沿逆时针方向 答案　 BD 　 解析　 如图所示，根据右手螺旋定则可知，直导线右边的磁场方向垂直纸面向里，左边的磁场方向垂直纸面向外，因直导线通过 ad 和 bc 的中点，所以穿过线框的磁通量相互抵消，恰好为零；当线框向右运动的瞬间，直导线右边垂直纸面向里穿过线框的磁通量增大，而直导线左边垂直纸面向外穿过线框的磁通量减小，根据楞次定律，感应电流的方向沿逆时针方向，选项 B 、 D 正确， A 、 C 错误． 1 ． 右手定则与楞次定律的区别与联系 考点三　右手定则的理解和应用 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 联系 右手定则是楞次定律的特例 2. 右手定则、左手定则、安培定则的区别和应用 各种基本现象对应的判断依据 基本现象 应用的定则或定律 运动的电荷、电流产生磁场 安培定则 磁场对电流、运动的电荷有作用力 左手定则 电磁 感应 部分导体做切割磁感线运动 右手定则 闭合回路磁通量变化 楞次定律 【例题 3 】　 ( 多选 ) 如图所示，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 在外力的作用下运动时， MN 在磁场力的作用下向右运动，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 思维导引： 要使 MN 在磁场力作用下向右运动，则电流的方向必须是由 M → N ，因此 L 1 线圈中的磁通量的变化必须是向上减小或向下增大的，故 PQ 中的电流应是由 Q → P 减小或这是 P → Q 增大，再根据右手定则判断出 PQ 的运动情况． 答案　 BC 　 解析　 当 PQ 向右运动时，由右手定则可知 PQ 中感应电流的方向由 Q → P ，由安培定则可判断出 L 1 所在处的磁场方向是自下而上的，若 PQ 向右加速运动，则穿过 L 1 的磁通量增加，由楞次定律可知流过 MN 的感应电流方向由 N → M ，由左手定则可判断出 MN 受到向左的安培力，将向左运动，选项 A 错误；若 PQ 向右减速运动，流过 MN 的感应电流方向、感应电流所受的安培力的方向均将反向， MN 向右运动，选项 C 正确；同理可判断，选项 B 正确， D 错误． 【变式 3 】　 如图所示，导轨间的磁场方向垂直于纸面向里．圆形金属环 B 正对电磁铁 A ，当导线 MN 在导轨上向右加速滑动时，下列说法正确的是 ( 　　 ) A ． MN 中电流方向 N → M, B 被 A 吸引 B ． MN 中电流方向 N → M, B 被 A 排斥 C ． MN 中电流方向 M → N, B 被 A 吸引 D ． MN 中电流方向 M → N, B 被 A 排斥 答案　 B 　 解析　 MN 向右加速滑动，根据右手定则， MN 中的电流方向从 N → M ，且大小在逐渐变大，根据安培定则知，电磁铁 A 的磁场方向向左，且大小逐渐增强，根据楞次定律知， B 环中的感应电流产生的磁场方向向右， B 被 A 排斥，选项 B 正确， A 、 C 、 D 错误． 1 ． ( 多选 ) 　 下列说法正确的是 ( 　　 ) A ．感应电流的磁场方向总是与引起感应电流的磁场方向相反 B ．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 C ．楞次定律只能判断闭合回路中感应电流的方向 D ．楞次定律表明感应电流的效果总是与引起感应电流的原因相对抗 课末随堂演练 答案　 BD 　 解析　 感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流磁通量的变化，两磁场方向可能相同也可能相反，选项 A 错误， B 正确；从运动效果看总是阻碍导体与磁体的相对运动，选项 D 正确；楞次定律还可判断感应电动势的方向，与电路闭合与否无关，选项 C 错误． 2 ． 用如图所示的实验装置来验证楞次定律，当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流计的感应电流方向是 ( 　　 ) 　 A ． a →G→ b B ．先 a →G→ b 后 b →G→ a C ． b →G→ a D ．先 b →G→ a 后 a →G→ b 答案　 D 　 解析　 用 “ 来拒去留 ” 可判断电流先是 b → G → a ，后反向． 答案　 A 　 解析　 当 N 极向纸内， S 极向纸外转动时，穿过线圈的磁通量由无到有且向里，感应电流的磁场应向外，感应电流为逆时针方向，选项 A 正确；当 N 极向纸外， S 极向纸内转动时，穿过线圈的磁场向外且增加，感应电流为顺时针方向，选项 B 错误；当磁铁在线圈平面内绕 O 点转动时，穿过线圈的磁通量始终为零，因而不产生感应电流，选项 C 、 D 错误． 4 ．如图所示，两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两环时，两环的运动情况是 ( 　　 ) A ．同时向左运动，间距变大 B ．同时向左运动，间距变小 C ．同时向右运动，间距变小 D ．同时向右运动，间距变大 答案　 B 　 A ． PQRS 中沿顺时针方向， T 中沿逆时针方向　 B ． PQRS 中沿顺时针方向， T 中沿顺时针方向 C ． PQRS 中沿逆时针方向， T 中沿逆时针方向　 D ． PQRS 中沿逆时针方向， T 中沿顺时针方向 答案　 D 　 解析　 金属杆 PQ 突然向右运动，由右手定则可知， PQRS 中有沿逆时针方向的感应电流，感应磁场与原磁场叠加，使穿过圆环形金属线框 T 中的磁通量减小，由楞次定律可知， T 中有沿顺时针方向的感应电流，故选项 D 正确， A 、 B 、 C 错误．