人教版物理选修3-2 第4章第3节 楞次定律

人教版物理选修3-2 第4章第3节 楞次定律

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.