【推荐】专题33 楞次定律-2017-2018学年高二物理专题提升之电学

【推荐】专题33 楞次定律-2017-2018学年高二物理专题提升之电学

一：专题概述 对楞次定律中“阻碍”的理解　　　 ‎ ‎1. 阻碍原磁场的变化.“阻碍”不是阻止,而是“延缓”,感应电流的磁场不会阻止原磁场的变化,只能使原磁场的变化延缓,原磁场的变化趋势不会改变,不会发生逆转.‎ ‎2. 阻碍的是磁通量的变化而不是磁通量本身.如果原磁场不变化,即使它再强,也不会产生感应电流.‎ ‎3. 阻碍不是相反.当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,以阻碍其增加;当磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,以阻碍其减少.‎ ‎4. 由于“阻碍”,为了维持原磁场的变化,必须有外力克服这一“阻碍”而做功,从而导致其他形式的能转化为电能.因此楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现.‎ 楞次定律推论的灵活应用 楞次定律的另一种表述:感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因.‎ 这里产生感应电流的原因,既可以是磁通量的变化,也可以是引起磁通量变化的相对运动或回路的形变.‎ ‎(1) 当电路的磁通量发生变化时,感应电流的效果就阻碍变化阻碍原磁通量的变化.‎ ‎(2) 当出现引起磁通量变化的相对运动时,感应电流的效果就阻碍变化阻碍(导体间的)相对运动,即“来时拒,去时留”.‎ ‎(3) 当回路发生形变时,感应电流的效果就阻碍回路发生形变.‎ ‎(4) 当线圈自身的电流发生变化时,感应电流的效果就阻碍原来的电流发生变化.‎ 总之,如果问题不涉及感应电流的方向,则从楞次定律的另类表述出发的分析方法较为简便.‎ 二：典例精讲 典例1：如图所示,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,且该平面垂直纸面.则线框中感应电流的方向是(　　)‎ 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 ‎【答案】B 典例2：如图所示，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(右)。则(　　)‎ A．导线框进入磁场时，感应电流方向：a→b→c→d→a B．导线框离开磁场时，感应电流方向：a→d→c→b→a 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 ‎【答案】D ‎【解析】由楞次定律可知，导线框进入磁场时，感应电流磁场垂直纸面向里，由安培定则知，感应电流方向为a→d→c→b→a，故A项错。同理可判断导线框离开磁场时感应电流方向为a→b→c→d→a，故B项错。由楞次定律的“阻碍”含义，阻碍相对运动，故无论进入还是离开磁场，安培力方向都是水平向左的。‎ 典例3：如图所示，光滑固定的金属导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放置在导轨上，形成一个闭合回路。当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将互相远离 C．磁铁的加速度仍为g D．磁铁的加速度小于g ‎【答案】AD 方法二：根据楞次定律的另一表述——感应电流的效果，总要反抗产生感应电流的原因。本题中“原因”是回路中磁通量的增加，归根结底是磁铁靠近回路，“效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近，所以，‎ P、Q将互相靠近且磁铁的加速度小于g。应选AD。‎ 三 总结提升 ‎1．判断电磁感应现象是否发生的一般流程 ‎2．感应电流方向判断的两种方法 方法一：用楞次定律判断 方法二：用右手定则判断 该方法适用于部分导体切割磁感线。判断时注意掌心、四指、拇指的方向：‎ ‎(1)掌心——磁感线垂直穿入；‎ ‎(2)拇指——指向导体运动的方向；‎ ‎(3)四指——指向感应电流的方向。‎ 对楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原因：‎ ‎(1)阻碍原磁通量的变化——“增反减同”；‎ ‎(2)阻碍相对运动——“来拒去留”；‎ ‎(3)使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”；‎ ‎(4)阻碍原电流的变化(自感现象)——“增反减同”。‎ 四 提升专练 ‎1.(多选)磁悬浮高速列车在我国上海已投入正式运行。如图所示就是磁悬浮的原理，图中A是圆柱形磁铁，B是用超导材料制成的超导圆环，将超导圆环B水平放在磁铁A上，它就能在磁力的作用下悬浮在磁铁A的上方空中，则(　　)‎ A．在B放入磁场的过程中，B中将产生感应电流；当稳定后，感应电流消失 B．在B放入磁场的过程中，B中将产生感应电流；当稳定后，感应电流仍存在 C．若A的N极朝上，B中感应电流的方向为顺时针方向(俯视)‎ D．若A的N极朝上，B中感应电流的方向为逆时针方向(俯视)‎ ‎【答案】BC ‎2.如图所示，甲是闭合铜线框，乙是有缺口的铜线框，丙是闭合的塑料线框，它们的正下方都放置一薄强磁铁，现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放(各线框下落过程中不翻转)，则以下说法正确的是(　　)‎ A．三者同时落地 B．甲、乙同时落地，丙后落地 C．甲、丙同时落地，乙后落地 D．乙、丙同时落地，甲后落地 ‎【答案】D ‎3.北半球地磁场的竖直分量向下。如图所示，在北京某中学实验室的水平桌面上，放置着边长为L的正方形闭合导体线圈abcd，线圈的ab边沿南北方向，ad边沿东西方向。下列说法正确的是(　　)‎ A．若使线圈向东平动，则a点的电势比b点的电势高 B．若使线圈向北平动，则a点的电势比b点的电势低 C．若以ab边为轴将线圈向上翻转，则线圈中的感应电流方向为a→b→c→d→a D．若以ab边为轴将线圈向上翻转，则线圈中的感应电流方向为a→d→c→b→a ‎【答案】C ‎【解析】线圈向东平动时，ab和cd两边切割磁感线，且两边切割磁感线产生的感应电动势大小相等，a点电势比b点电势低，A错误；同理，线圈向北平动，则a、b两点的电势相等，高于c、d两点的电势，B错误；以ab边为轴将线圈向上翻转，向下的磁通量减小，感应电流的磁场方向应该向下，再由安培定则知，感应电流的方向为a→b→c→d→a，则C正确，D错误。‎ ‎4.在水平面内有一固定的U形裸金属框架，框架上静止放置一根粗糙的金属杆ab，整个装置放在竖直方向的匀强磁场中，如图所示。下列说法正确的是(　　)‎ A．只有当磁场方向向上且增强，ab杆才可能向左移动 B．只有当磁场方向向下且减弱，ab杆才可能向右移动 C．无论磁场方向如何，只要磁场减弱，ab杆就可能向右移动 D．当磁场变化时，ab杆中一定有电流产生，且一定会移动 ‎【答案】C ‎5.如图所示,a、b两个闭合正方形线圈用同样的导线制成,匝数均为10匝,边长la=3lb,图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场,且磁感应强度随时间均匀增大,不考虑线圈之间的相互影响,则 (　　)‎ A. 两线圈内产生顺时针方向的感应电流 B. a、b线圈中感应电动势之比为9∶1‎ C. a、b线圈中感应电流之比为3∶4‎ D. a、b线圈中电功率之比为3∶1‎ ‎【答案】B ‎【解析】由楞次定律可判断,两线圈中产生的感应电流均沿逆时针方向,选项A错误;由 E=nS,S=l2,R=ρ,I=,P=,可知Ea∶Eb=9∶1,Ia∶Ib=3∶1,Pa∶Pb=27∶1,选项B正确,选项C、D错误.‎ ‎6.如图所示,一个闭合三角形导线框位于竖直平面内,其下方固定一根与线框所在的竖直平面平行且很靠近(但不重叠)的水平直导线,导线中通以图示方向的恒定电流.线框从实线位置由静止释放,在其后的运动过程中 (　　)‎ A. 线框中的磁通量为零时其感应电流也为零 B. 线框中感应电流方向为先顺时针后逆时针 C. 线框受到安培力的合力方向竖直向上 D. 线框所受的安培力先为阻力,后为动力 ‎【答案】C ‎7.(多选)如图所示是某次创意物理实验设计作品《小熊荡秋千》的原理图.两根彼此靠近且相互绝缘的金属棒C、D固定在铁架台上,漆包线绕成的两个线圈P、Q与其组成闭合回路.两个磁性很强的条形磁铁如图放置,当用手左右摆动线圈P时,线圈Q也会跟着摆动,仿佛小熊在荡秋千.下列说法中正确的是 (　　)‎ A. P向右摆动的过程中,P中的电流方向为顺时针方向(从右向左看)‎ B. P向右摆动的过程中,Q会向右摆动 C. P向右摆动的过程中,Q会向左摆动 D. 若使Q左右摆动,P会始终保持静止 ‎【答案】AB ‎【解析】根据楞次定律得出P向右摆动过程中,P中电流为顺时针方向,A项正确;根据左手定则判断出Q的下端受安培力方向向右,B项正确,C项错误;Q左右摆动,P受安培力作用,不可能保持静止,D项错误.‎ ‎8. 如图，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈。当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是(　　)‎ A．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向左 B．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向左 C．FN先小于mg后大于mg，运动趋势向右 D．FN先大于mg后小于mg，运动趋势向右 ‎【答案】D ‎9.如图所示，导线框abcd与直导线在同一平面内，直导线通有恒定电流I ‎，在线框由左向右匀速通过直导线的过程中，线框中感应电流的方向是(　　)‎ A．先abcd，后dcba，再abcd B．先abcd，后dcba C．始终dcba D．先dcba，后abcd，再dcba ‎【答案】D ‎【解析】如图所示为通电直导线的磁场分布图，可用两种方法判定：‎ ‎(1)用磁通量变化来判定。在线框跨越导线过程中，线框左边部分磁感线穿出，而右边部分则穿入，我们用合磁通量来判定。当跨在导线左边的线框面积大于右边面积时，合磁通量是向外的且逐渐减小，为阻碍这个方向的磁通量减小，感应电流方向沿abcd；当跨在导线右边的线框面积大于左边面积时，合磁通量向内逐渐增大，为阻碍向内的磁通量增大，感应电流方向也为沿abcd。‎ ‎(2)用切割磁感线来判定。在线框跨越导线的过程中，用右手定则可得，cd边的感应电动势向上，ab边的感应电动势向下，而ad、bc边不切割磁感线，没有感应电动势产生，因此cd和ab边产生的感应电动势叠加起来使线框的感应电流的方向沿abcd。‎ 另由楞次定律可判定线框跨越导线前的感应电流方向为dcba，离开导线后感应电流的方向也为dcba。应选D。‎ ‎10.(多选) 如图甲所示,MN是一个螺线管,A是在MN的正下方放置在绝缘水平桌面上的金属圆环.现在a、b 两端接入如图乙所示的正弦式交变电流,设电流从a端流入为正方向,下列说法中正确的是 (　　)‎ ‎ ‎ 甲 乙 A. 0t1时间内A环对桌面的压力不断增大 B. 0t1时间内A环对桌面的压力先增大后减小 C. t1t2和t2t3时间内A环中的电流方向相同 D. t3t4时间内A环对桌面的压力大于A环的重力 ‎【答案】BC