含解析)新人教版选修3_2.doc
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1、- 1 -第 3 节楞次定律1.楞次定律的内容: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” ,常见的有三种:阻碍原磁通量的变化(“增反减同”);阻碍导体的相对运动(“来拒去留”);通过改变线圈面积来“反抗”(“增缩减扩”)。3闭合导体回路的一部分做切割磁感线运动时,可用右手定则判断感应电流的方向。一、楞次定律1探究感应电流的方向(1)实验器材:条形磁铁、电流表、线圈、导线、一节干电池(用来查明线圈中电流的流向与电流表中指针偏转方向的关系)。(2)实验现象:如图所示,在四种情况
2、下,将实验结果填入下表。(3)实验分析:线圈内磁通量增加时的情况图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向甲 向下 逆时针(俯视) 向上乙 向上 顺时针(俯视) 向下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- 2 -丙 向下 顺时针(俯视) 向下丁 向上 逆时针(俯视) 向上(4)实验结论表述一:当穿过线圈的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场的方向相反;当穿过线圈的磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场的方向相同。表述二:当磁铁靠近线圈时,两者相斥;当磁铁远离线圈时,两者相吸。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阻碍引起感应电流的磁通
3、量的变化。二、右手定则1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。如图所示。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。1自主思考判一判(1)感应电流的磁场总与原磁场方向相反。()(2)感应电流的磁场总是阻碍原磁场的磁通量。()(3)感应电流的磁场有可能阻止原磁通量的变化。()(4)导体棒不垂直切割磁感线时,也可以用右手定则判断感应电流方向。()(5)凡可以用右手定则判断感应电流方向的,均能用楞次定律判断。()(6)右手定则即右手螺旋定则。()2合作探究议一议(1)
4、楞次定律中“阻碍”与“阻止”有何区别?提示:阻碍不是阻止,阻碍只是延缓了磁通量的变化,但这种变化仍将继续进行。(2)当线圈和磁场发生相对运动而引起感应电流时,感应电流的效果是阻碍线圈或磁场的运动吗?提示:感应电流阻碍线圈与磁场间的相对运动。(3)左手定则和右手定则中“四指所指的方向”表示的物理意义一样吗?提示:左手定则中“四指所指的方向”为已知电流的方向,右手定则中“四指所指的方向”表示感应电流的方向。- 3 -用楞次定律判断感应电流的方向1因果关系闭合导体回路中原磁通量的变化是产生感应电流的原因,而感应电流的磁场的产生是感应电流存在的结果,即只有当闭合导体回路中的磁通量发生变化时,才会有感应
5、电流的磁场出现。2楞次定律中“阻碍”的含义典例 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,下极板带正电思路点拨 明 确 穿 过 线 圈 的 磁通 量 及 其 变 化 情 况 楞 次 定 律 判 断 线 圈 中 感 应电 流 的 磁 场 方 向 安 培 定 则 判 断 线 圈 中 感应 电 流 的 方 向解析 在磁铁自由下落,N 极
6、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,利用安培定则可判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。答案 D- 4 -楞次定律的使用步骤1多选如图是验证楞次定律实验的示意图,竖直放置的线圈固定不动,将磁铁从线圈上方插入或拔出,线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流,各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况,其中表示正确的是( )解析:选 CD 根据楞次定律可以判断,A、B 线圈的上端为 N 极,C、D
7、线圈的上端为 S极,再根据安培定则可以判断线圈中感应电流的方向正确的是 C、D 选项。2.多选如图所示,足够长的通电导线旁边同一平面有矩形线圈abcd,则( )A若线圈向右平动,其中感应电流方向是 a b c dB若线圈竖直向下平动,无感应电流产生C当线圈以 ad 边为轴转动时(转动角度小于 90),其中感应电流方向是 a b c dD当线圈向导线靠近时,其中感应电流方向是 a b c d解析:选 BD 根据安培定则知,线圈所在处的磁场垂直纸面向里,当线圈向右平动、以ad 边为轴转动时,磁通量减少,感应电流产生的磁场与原磁场同向,感应电流方向为a d c b,A、C 错误;若线圈竖直向下平动,
8、无感应电流产生,B 正确;若线圈向导线靠近时,磁通量增加,感应电流产生的磁场与原磁场反向,垂直纸面向外,感应电流方向为a b c d,D 正确。3.如图所示,当磁场的磁感应强度 B 增强时,内、外金属环上的感应电流的方向应为( )A内环顺时针,外环逆时针B外环顺时针,内环逆时针C内、外环均为顺时针D内、外环均为逆时针解析:选 A 当磁场增强时,根据楞次定律,感应电流的磁场要阻碍原磁场的增强,其方向必然与正在增强的磁场方向相反,即垂直纸面向外,再应用安培定则可得,回路中的感- 5 -应电流方向为:外环逆时针,内环顺时针,正确选项为 A。右手定则的应用典例 多选如图所示,光滑平行金属导轨 PP和
9、QQ处于同一水平面内, P 和 Q 之间连接一电阻 R,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中。现垂直于导轨放置一根导体棒 MN,用一水平向右的力 F 拉动导体棒 MN,下列关于导体棒 MN 中感应电流的方向和它所受安培力的方向的说法正确的是( )A感应电流的方向是 N MB感应电流的方向是 M NC安培力水平向左D安培力水平向右思路点拨 本题可按以下思路进行分析:Error! 右 手 定 则 感 应 电 流的 方 向 左 手 定 则 安 培 力的 方 向解析 以导体棒为研究对象,导体棒所处位置磁场的方向向下,运动方向向右,根据右手定则可知,导体棒中感应电流的方向是 N M,再根据左手定则可知,导体
10、棒所受安培力的方向水平向左,选项 A、C 正确。答案 AC1楞次定律与右手定则的比较规律比较内容楞次定律 右手定则研究对象 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区别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的电磁感应现象较方便联系 右手定则是楞次定律的特例2右手定则与左手定则的比较- 6 -比较项目 右手定则 左手定则作用 判断感应电流方向 判断通电导体所受磁场力的方向已知条件 已知导体运动方向和磁场方向 已知电流方向和磁场方向图例因果关系 运动电流 电流运动应用实
11、例 发电机 电动机1.多选如图所示,导体 ab、 cd 可在水平轨道上自由滑动,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( )A ab 中感应电流的方向为 a 到 bB ab 中感应电流的方向为 b 到 aC cd 向左移动D cd 向右移动解析:选 AD 由右手定则可判断 ab 中感应电流方向为从 a 到 b,从而 cd 中电流方向为从 c 到 d,根据左手定则可判定导体 cd 中安培力方向水平向右,即向右移动,A、D 正确。2.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,环上无感应电流产生B整个环中
12、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解析:选 D 由右手定则知 ef 上的电流由 e f,故右侧的电流方向为逆时针,左侧的电流方向为顺时针,选 D。1根据楞次定律知,感应电流的磁场一定是( )A阻碍引起感应电流的磁通量B与引起感应电流的磁场方向相反C阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化- 7 -D与引起感应电流的磁场方向相同解析:选 C 由楞次定律可知,感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化,并不是阻碍原磁场的磁通量,感应电流的磁场可能与原磁场的方向相同,也可与原磁场方向相反,故选项 C 正确。2(2016上海高
13、考)磁铁在线圈中心上方开始运动时,线圈中产生如图方向的感应电流,则磁铁( )A向上运动B向下运动C向左运动D向右运动解析:选 B 据题意,从题图中可以看出磁铁提供的穿过线圈原磁场的磁通量方向向下,由安培定则可知线圈中感应电流激发的感应磁场方向向上,即两个磁场的方向相反,则由楞次定律可知原磁场通过线圈的磁通量的大小在增加,故选项 B 正确。3.(2017全国卷)如图,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一 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 突然向右运动,在运动开始
14、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 中沿顺时针方向解析:选 D 金属杆 PQ 向右切割磁感线,根据右手定则可知 PQRS 中感应电流沿逆时针方向;原来 T 中的磁场方向垂直于纸面向里,闭合回路 PQRS 中的感应电流产生的磁场方向垂直于纸面向外,使得穿过 T 的磁通量减小,根据楞次定律可知 T 中产生顺时针方向的感应电流,综上所述,可知 A、B、C 项错误,D 项正确。4多选两根互相平行的金属导轨
15、水平放置于如图所示的匀强磁场中, 在导轨上导体棒 ab 和 cd 可以自由滑动。当 ab 在外力 F 作用下向右运动时, 下列说法正确的是( )A cd 内有电流通过,方向是 d cB cd 向左运动C磁场对 cd 作用力向左D磁场对 ab 作用力向左解析:选 AD 为了判断 cd 内电流方向,首先判断 ab 内的电流方向,因为 ab 在外力 F- 8 -作用下向右做切割磁感线运动,根据右手定则判断可知电流的方向是 b a, ab 起着电源作用,电流从 a 端流出,回路的电流方向是 b a d c b,所以 A 是对的。由左手定则可知D 是正确的。5多选信用卡的磁条中有一个个连续的相反极性的磁
16、化区 如图所示。刷卡时,当磁条以某一速度拉过信用卡阅读器的检测头时, 在检测头的线圈中产生感应电流,那么下列说法正确的是( )A a、 b、 c 三位置经过检测头时,线圈中有感应电流产生B a、 b、 c 三位置经过检测头时,线圈中无感应电流产生C a、 c 两位置经过检测头时,线圈中感应电流方向相同D a、 c 两位置经过检测头时,线圈中感应电流方向相反解析:选 AD a、 b、 c 三位置处于磁性过渡区,经过检测头时,引起线圈中磁通量变化,有感应电流产生,A 对 B 错。 a、 c 两位置磁性变化规律不同,经过检测头时引起线圈中磁通量变化情况相反,感应电流方向相反,C 错 D 对。6(20
17、16海南高考)如图,一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直平面内,环的圆心与两导线距离相等,环的直径小于两导线间距。两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流。若( )A金属环向上运动,则环上的感应电流方向为顺时针方向B金属环向下运动,则环上的感应电流方向为顺时针方向C金属环向左侧直导线靠近,则环上的感应电流方向为逆时针方向D金属环向右侧直导线靠近,则环上的感应电流方向为逆时针方向解析:选 D 当金属环上下移动时,穿过环的磁通量不发生变化,根据楞次定律,没有感应电流产生,选项 A、B 错误;当金属环向左移动时,穿过环的磁通量垂直纸面向外且增强,根据楞次定律可知,环上产生顺时针方向的感应电流
18、,故选项 C 错误;当金属环向右移动时,穿过环的磁通量垂直纸面向里且增强,根据楞次定律可知,环上产生逆时针方向的感应电流,故选项 D 正确。7.如图所示,一个 U 形金属导轨水平放置,其上放有一个金属导 体棒 ab,有一个磁感应强度为 B 的匀强磁场斜向上穿过轨道平面,且与 竖直方向的夹角为 。在下列各过程中,一定能在轨道回路里产生感应 电流的是( )A ab 向右运动,同时使 减小B使磁感应强度 B 减小, 角同时也减小C ab 向左运动,同时增大磁感应强度 BD ab 向右运动,同时增大磁感应强度 B 和 角(0 90)- 9 -解析:选 A 依题意,磁通量 BS cos ,对于 A 选项
19、,棒向右运动, S 增大,同时 减小,cos 增大,则 一定增大,回路中有感应电流;对于 B 选项, B 减小,同时 减小,cos 增大, 可能不变,不一定产生感应电流;对于 C 选项,棒向左运动, S减小,同时 B 增大, 可能不变,也不一定产生感应电流;对于 D 选项,棒向右运动, S 增大,同时 B 增大, 增大即 cos 减小, 可能不变,也不一定产生感应电流。8.多选如图所示,矩形闭合线圈放置在水平薄板上,有一块蹄 形磁铁置于薄板的正下方(磁极间距略大于矩形线圈的宽度)。当磁铁匀 速向右通过线圈正下方时,线圈仍静止不动,那么线圈受到薄板的摩擦 力方向和线圈中产生的感应电流的方向(从上
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