2020版高中物理 第1章 电磁感应与现代生活 1

2020版高中物理 第1章 电磁感应与现代生活 1

‎1.2　探究感应电流的方向 ‎[目标定位] 1.正确理解楞次定律的内容及其本质.2.掌握右手定则，并理解右手定则实际上为楞次定律的一种具体表现形式.3.能够熟练运用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向.‎ 一、探究感应电流的方向 ‎1.用如图1所示的装置探究感应电流的方向.‎ 图1‎ ‎(1)当磁铁的N极移近铝环时，观察到的现象是什么？磁铁的S极远离铝环时，观察到的现象是什么？‎ ‎(2)铝环是非铁磁性物体，它怎么会被磁铁排斥和吸引呢？‎ 答案　(1)移近时，铝环被排斥；远离时，铝环被吸引.‎ ‎(2)磁铁相对铝环运动的过程中，穿过铝环的磁通量发生了变化，铝环中产生了感应电流.感应电流也会产生磁场.磁铁和铝环之间的排斥和吸引，都是缘于感应电流磁场对磁铁的作用.‎ ‎2.如图2所示，思考并回答下列问题，‎ 7‎ 图2‎ ‎(1)N极移近铝环时穿过铝环的磁通量是增加还是减少？铝环中感应电流的磁场方向与磁铁的磁场方向相同还是相反？环中感应电流方向如何？‎ ‎(2)N极远离铝环时穿过铝环的磁通量如何变化？环中感应电流的磁场方向与磁铁磁场方向相同还是相反？环中感应电流如何？‎ ‎(3)铝环中产生的感应电流的磁场对原磁通量的变化有什么影响？‎ 答案　(1)N极移近铝环时穿过铝环的磁通量增加，环中感应电流的磁场与原磁场方向相反.环中感应电流从左侧看为逆时针.(2)N极远离铝环时穿过铝环的磁通量减小，环中感应电流的磁场与原磁场方向相同，环中感应电流从左侧看为顺时针.‎ ‎(3)原磁通量增加时，两种磁场方向相反，感应电流的磁场阻碍原磁通量的增加；原磁通量减少时，两种磁场方向相同，感应电流的磁场阻碍原磁通量的减少.‎ ‎[要点总结]‎ ‎1.楞次定律：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.楞次定律中“阻碍”的含义：‎ ‎(1)谁在阻碍——感应电流的磁场.‎ ‎(2)阻碍什么——阻碍的是穿过回路的磁通量的变化，而不是磁通量本身.‎ ‎(3)如何阻碍——当原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当原磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，“阻碍”不一定是感应电流的磁场与原磁场的方向相反，而是“增反减同”.‎ ‎(4)阻碍效果——阻碍并不是阻止，最终增加的还增加，减少的还减少，只是延缓了原磁场的磁通量的变化.‎ ‎3.从相对运动的角度看，感应电流的磁场总是阻碍相对运动(来拒去留).‎ 例1　(多选)关于楞次定律，下列说法正确的是(　　)‎ A.感应电流的磁场总与引起感应电流的磁场方向相反 B.感应电流的磁场可能与引起感应电流的磁场方向相同 C.感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化 D.感应电流的磁场可以阻止引起感应电流的磁通量的变化 答案　BC 7‎ 解析　根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，表现为“增反减同”，但不能阻止变化.选项B、C正确.‎ 二、楞次定律的应用 在长直通电导线附近有一闭合线圈abcd，如图3所示.当直导线中的电流I逐渐减小时，试判断线圈中感应电流的方向.‎ 图3‎ 请从解答此题的实践中，体会用楞次定律判定感应电流方向的具体思路.‎ 答案　线圈abcd中感应电流方向为顺时针.‎ 若要判定感应电流方向，需先弄清楚感应电流的磁场方向.根据楞次定律“阻碍”的含义，则要先明确原磁场的方向及其磁通量的变化情况.‎ ‎[要点总结]‎ 应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.‎ 例2　(多选)如图4所示，通电长直导线旁边同一平面有矩形线圈abcd，ab边与导线平行，则(　　)‎ 图4‎ A.若线圈向右平动，其中感应电流方向是a→b→c→d→a B.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→d→a D.当线圈向导线靠近时，其中感应电流方向是a→b→c→d→a 答案　BD 解析　先由右手螺旋定则判断出导线产生的原磁场在线圈处垂直线圈向里，当线圈向右平动时，通过线圈的磁通量减小，感应电流的磁场与原磁场方向相同，感应电流的方向为 7‎ a→d→c→b→a，A错.若线圈竖直向下平动时，磁通量不变，无感应电流产生，B正确.当线圈以ad边为轴转动时，感应电流方向是a→d→c→b→a，C错.当线圈向导线靠近时，磁通量增大，感应电流的磁场与原磁场的方向相反，感应电流的方向是a→b→c→d→a，D正确，故选B、D.‎ 针对训练1　如图5所示，在一水平、固定的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁(N极朝上，S极朝下)由静止开始下落，磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触.关于圆环中感应电流的方向(从上向下看)，下列说法正确的是(　　)‎ 图5‎ A.总是顺时针 B.总是逆时针 C.先顺时针后逆时针 D.先逆时针后顺时针 答案　C 解析　磁铁下落过程中原磁场是向上的，穿过圆环的磁通量先增大后减小，由楞次定律可判断出选项C正确.‎ 针对训练2　如图6所示，闭合金属圆环垂直于磁场方向放置在匀强磁场中，现将它从匀强磁场中匀速拉出，以下各种说法中正确的是(　　)‎ 图6‎ A.向左和向右拉出时，环中感应电流方向相反 B.向左和向右拉出时，环中感应电流方向都是沿顺时针方向 C.向左和向右拉出时，环中感应电流方向都是沿逆时针方向 D.将圆环拉出磁场的过程中，当环全部处在磁场中运动时，也有感应电流产生 答案　B 解析　圆环中感应电流的方向，取决于圆环中磁通量的变化情况，向左或向右将圆环拉出磁场的过程中，圆环中垂直纸面向里的磁感线的条数都要减少，根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场的方向与原磁场方向相同，即都垂直纸面向里，应用安培定则可以判断出感应电流的方向沿顺时针方向.圆环全部处在磁场中运动时，虽然做切割磁感线运动，但环中磁通量不变，只有圆环离开磁场，环的一部分在磁场中，另一部分在磁场外时，环中磁通量才发生变化，环中才有感应电流.B选项正确.‎ 7‎ 三、右手定则 如图7所示，导体棒ab向右做切割磁感线运动.‎ 图7‎ ‎(1)请用楞次定律判断感应电流的方向.‎ ‎(2)能否找到一种更简单的方法来判断闭合回路中部分导体切割磁感线产生的电流的方向呢？(提示：研究电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向三者之间的关系)‎ 答案　(1)感应电流的方向a→d→c→b→a.‎ ‎(2)可以用右手定则来判断.‎ ‎[要点总结]‎ ‎1.内容：伸开右手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内，让磁感线垂直从手心进入，拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向.‎ ‎2.右手定则是楞次定律的特例.‎ ‎(1)楞次定律适用于各种电磁感应现象，对于磁感应强度B随时间t变化而产生的电磁感应现象较方便.‎ ‎(2)右手定则只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况.‎ ‎3.当导体切割磁感线时四指的指向就是感应电流的方向，即感应电动势的方向(在等效电源内，从负极指向正极).‎ 例3　下列图中表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景，导体ab上的感应电流方向为a→b的是(　　)‎ 答案　A 7‎ 解析　题中四图都属于闭合电路的一部分导体切割磁感线，应用右手定则判断可得：A中电流方向为a→b，B中电流方向为b→a，C中电流沿a→d→c→b→a方向，D中电流方向为b→a.故选A. ‎ ‎1.(对楞次定律的理解)关于楞次定律，下列说法正确的是 (　　)‎ A.感应电流的磁场总是能阻止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，不一定受磁场阻碍作用 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 答案　B 解析　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，选项A错误；闭合电路的一部分导体在磁场中平行磁感线运动时，不受磁场阻碍作用，选项B正确；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反向，选项C错误；感应电流的磁场当原磁场增强时跟原磁场反向，当原磁场减弱时跟原磁场同向，选项D错误.‎ ‎2.(楞次定律的应用)某磁场磁感线如图8所示，有一铜线圈自图中A处落至B处，在下落过程中，自上向下看，线圈中的感应电流方向是(　　)‎ 图8‎ A.始终顺时针 B.始终逆时针 C.先顺时针再逆时针 D.先逆时针再顺时针 答案　C 解析　自A处落至题图虚线所示位置的过程中，穿过线圈的磁通量增加，由楞次定律知线圈中感应电流方向为顺时针，从题图虚线所示位置落至B处的过程中，穿过线圈的磁通量减少，由楞次定律知，线圈中感应电流方向为逆时针，C项正确.‎ ‎3.(楞次定律的应用)(多选)如图9所示，在水平面上有一个闭合的线圈，将一根条形磁铁从线圈的上方插入线圈中，在磁铁进入线圈的过程中，线圈中会产生感应电流，磁铁会受到线圈中电流的作用力，若从线圈上方俯视，关于感应电流和作用力的方向，以下判断正确的是 (　　)‎ 7‎ 图9‎ A.若磁铁的N极向下插入，线圈中产生顺时针方向的感应电流 B.若磁铁的S极向下插入，线圈中产生顺时针方向的感应电流 C.无论N极向下插入还是S极向下插入，磁铁都受到向下的引力 D.无论N极向下插入还是S极向下插入，磁铁都受到向上的斥力 答案　BD 解析　若磁铁的N极向下插入，穿过线圈的磁通量增加，磁场方向向下，根据楞次定律可知，感应磁场方向向上，由右手螺旋定则知，线圈中产生逆时针方向的感应电流，故A错误；若磁铁的S极向下插入，穿过线圈的磁通量增加，磁场方向向上，根据楞次定律可知，感应磁场方向向下，由右手螺旋定则知，线圈中产生顺时针方向的感应电流，故B正确；通电线圈的磁场与条形磁铁相似，根据安培定则判断可知，当N极向下插入时，线圈上端相当于N极，当S极向下插入时，线圈上端相当于S极，存在斥力，导体与磁体的作用力也可以根据楞次定律的另一种表述判断：感应电流的磁场总要阻碍导体与磁体间的相对运动，无论N极向下插入还是S极向下插入，磁体与线圈的相对位置都在减小，故磁体与线圈之间存在斥力，故C错误，D正确.‎ ‎4.(右手定则的应用)(多选)闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，如图所示，能正确表示磁感应强度B的方向、导体运动速度方向与产生的感应电流方向间关系的是(　　)‎ 答案　BC 解析　图A中导体不切割磁感线，导体中无电流；由右手定则可以判断B、C正确；D图中感应电流方向应垂直纸面向外.‎ 7‎