4.3 楞次定律 學(xué)案(人教版選修3-2)

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4.3 楞次定律 學(xué)案(人教版選修3-2)


1.楞 次定律:感應(yīng)電流具有這樣的方向,即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化.
2.右手定則:伸開(kāi)右手,使拇指與其余四個(gè)手指垂直,并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi);讓磁感線垂直從掌心進(jìn)入,并使拇指指向?qū)Ь運(yùn)動(dòng)的方向,這時(shí)四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向.
3.下列說(shuō)法正確的是(  )
A.感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向總是與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相反
B.感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向可能相同,也可能相反
C.楞次定律只能判定閉合回路中感應(yīng)電流的方向
D.楞次定律可以判定不閉合的回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向
答案 BD
解析 本題的關(guān)鍵是理解楞次定律,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化.如果是因磁通量的減小而引起的感應(yīng)電流,則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相同,阻礙磁通量的減;如果是因磁通量的增大而引起的感應(yīng)電流,則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相反,阻礙磁通量的增大,故A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;楞次定律既可以判定閉合回路中感應(yīng)電流的方向,還可以判定不閉合回路中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向.C項(xiàng)錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確.
4.如圖1所示,一線圈用細(xì)桿懸于P點(diǎn),開(kāi)始時(shí)細(xì)桿處于水平位置,釋放后讓它在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng),已知線圈平面始終與紙面垂直,當(dāng)線圈第一次通過(guò)位置Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ時(shí)(位置Ⅱ正好是細(xì)桿豎直位置),線圈內(nèi)的感應(yīng)電流方向(順著磁場(chǎng)方向看去)是(  )

圖1
A.Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ位置均是順時(shí)針?lè)较?br />B.Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ位置均是逆時(shí)針?lè)较?br />C.Ⅰ位置是順時(shí)針?lè)较颍蛭恢脼榱,Ⅲ位置是逆時(shí)針?lè)较?br />D.Ⅰ位置是逆時(shí)針?lè)较,Ⅱ位置為零,Ⅲ位置是順時(shí)針?lè)较?br />答案 D
解析 本題關(guān)鍵是判定出Ⅰ,Ⅱ位置時(shí)磁通量的變化情況,線圈由初始位置向Ⅰ位置運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,沿磁場(chǎng)方向的磁通量逐漸增大,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反,從右向左穿過(guò)線圈,根據(jù)安培定則,Ⅰ位置時(shí)感應(yīng)電流的方向(沿磁感線 方向看去)是逆時(shí)針?lè)较颍辉冖蛭恢脮r(shí)由左向右穿過(guò)線圈的磁通量最大,由Ⅱ位置向Ⅲ位置運(yùn)動(dòng)時(shí),向右穿過(guò)線圈的磁通量減少,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向右,阻礙它的減少,根據(jù)安培定則可判定Ⅲ位置的電流方向(沿磁感線方向看去)是順時(shí)針?lè)较,且知Ⅱ位置時(shí)感應(yīng)電流為零.故選D.
5. 如圖2所示,當(dāng)導(dǎo)體棒N在外力作用下沿導(dǎo)軌向右運(yùn)動(dòng)時(shí),流過(guò)R的電流方向是(  )

圖2
A. 由A→B?
? B. 由B→A?
C.無(wú)感應(yīng)電流
D.無(wú)法確定
答案 A,則通過(guò)R的電流為A→,則通過(guò)R的電流為A→B.


【概念規(guī)律練】
知識(shí)點(diǎn)一 楞次定律的基本理解
1.如圖3所示為一種早期發(fā)電機(jī)原理示意圖 ,該發(fā)電機(jī)由固定的圓形線圈和一對(duì)用鐵芯連接的圓柱形磁鐵構(gòu)成,兩磁極相對(duì)于線圈平面對(duì)稱 ,在磁極繞轉(zhuǎn)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中,磁極中心在線圈平面上的投影沿圓弧XOY運(yùn)動(dòng)(O是線圈中心),則(  )

圖3
A.從X到O,電流由E經(jīng)G流向F,先增大再減小
B.從X到O,電流由F經(jīng)G流向E,先減小再增大
C .從O到Y(jié),電流由F經(jīng)G流向E,先減小再增大
D.從O到Y(jié),電流由E經(jīng)G流向F,先增大再減小
答案 D
解析 S,方向向上.當(dāng)磁極由X到O時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量增加.根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)應(yīng)向下,再根據(jù)安培定則可知電流由F經(jīng)G流向E,當(dāng)磁極在圓形線圈正上方時(shí),磁通量的變化率最小,故電流先增大后減。(dāng)磁極從O到Y(jié)時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量減少,可判斷電流方向由E經(jīng)G流向F.再根據(jù)磁通量最大時(shí),磁通量的變化率最小,則感應(yīng)電流最小,故電流先增大后減。蔬x項(xiàng)D正確.→S,方向向上.當(dāng)磁極由X到O時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量增加.根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)應(yīng)向下,再根據(jù)安培定則可知電流由F經(jīng)G流向E,當(dāng)磁極在圓形線圈正上方時(shí),磁通量的變化率最小,故電流先增大后減。(dāng)磁極從O到Y(jié)時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量減少,可判斷電流方向由E經(jīng)G流向F.再根據(jù)磁通量最大時(shí),磁通量的變化率最小,則感應(yīng)電流最小,故電流先增大后 減小.故選項(xiàng)D正確.
點(diǎn)評(píng) 應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的一般步驟:
原磁場(chǎng)方向及穿過(guò)回路的磁通量的增減情況??→楞次定律感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向??→安培定則感應(yīng)電流的方向
2.如圖4所示,一均勻的扁平條形磁鐵的軸線與圓形線圈在同一平面內(nèi),磁鐵中心與圓心重合,為了在磁鐵開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)線圈中能得到逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流,磁鐵的運(yùn)動(dòng)方式應(yīng)是(  )

圖4
A.N極向紙內(nèi),S極向紙外,使磁鐵繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)
B.N極向紙外,S極向紙內(nèi),使磁鐵繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)
C.磁鐵在線圈平面內(nèi)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)
D.磁鐵在線圈平面內(nèi)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)
答案 A
解析 當(dāng)N極向紙內(nèi),S極向紙外轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),穿過(guò)線圈的磁場(chǎng)由無(wú)到有并向里,感應(yīng)電流的磁場(chǎng)應(yīng)向外,電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針,A選項(xiàng)正確;當(dāng)N極向紙外,S極向紙內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),穿過(guò)線圈的磁場(chǎng)向外并增加,感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針,B選項(xiàng)錯(cuò)誤;當(dāng)磁鐵在線圈平面內(nèi)繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量始終為零,因而不產(chǎn)生感應(yīng)電流,C、D選項(xiàng)錯(cuò)誤.
點(diǎn)評(píng) 此題是“逆方向”應(yīng)用楞次定律,只需把一般步驟“逆向”即可
感應(yīng)電流的方向??→安培定則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向??→楞次定律穿過(guò)回路的磁通量的增減情況 
知識(shí)點(diǎn)二 右手定則
3. 如圖表示閉合電路中的一部分導(dǎo)體ab在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情景,導(dǎo)體ab上的感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b的是( )?

答案 Ab,B中電流由b→b,B中電流由b→a,C中電流沿a→c→b→a方向,D中電流由b→a.故選A.
點(diǎn)評(píng) 判別導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向時(shí),采用右手定則更有針對(duì)性,當(dāng)然用楞次定律也可以判別.
4.如圖5所示,導(dǎo)線框abcd與通電直導(dǎo)線在同一平面內(nèi),直導(dǎo)線通有恒定電流并通過(guò)ad和bc的中點(diǎn),當(dāng)線框向右運(yùn)動(dòng)的瞬間,則(  )

圖5
A.線框中有感應(yīng)電流,且按順時(shí)針?lè)较?br />B.線框中有感應(yīng)電流,且按逆時(shí)針?lè)较?br />C.線框中有感應(yīng)電流,但方向難以判斷
D.由于穿過(guò)線框的磁通量為零,所以線框中沒(méi)有感應(yīng)電流
答案 B
解析 此題可用兩種方法求解,借此感受右手定則和楞次定律分別在哪種情況下更便捷.
方法一:首先由安培定則判斷通電直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)方向(如下圖所示),因ab導(dǎo)線向右做切割磁感線運(yùn)動(dòng),由右手定則判斷感應(yīng)電流由a→b,同理可判斷cd導(dǎo)線中的感應(yīng)電流方向由c→d,ad、bc兩邊不做切割磁感線運(yùn)動(dòng),所以整個(gè)線框中的感應(yīng)電流是逆時(shí)針?lè)较虻?

方法二:首先由安培定則判斷通電直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)方向(如右圖所示),由對(duì)稱性可知合磁通量Φ=0;其次當(dāng)導(dǎo)線框向右運(yùn)動(dòng)時(shí),穿過(guò)線框的磁通量增大(方向垂直向里),由楞次定律可知感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外,最后由安培定則判斷感應(yīng)電流按逆時(shí)針?lè)较,故B選項(xiàng)正確.
點(diǎn)評(píng) 右手定則在判斷由于部分導(dǎo)體切割磁感線的感應(yīng)電流方向時(shí)針對(duì)性強(qiáng),若電路中非一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),應(yīng)用楞次定律更輕松一些.
【方法技巧練】
一、增反減同法
5.某磁場(chǎng)磁感線如圖6所示,有一銅線圈自圖示A處落至B處,在下落過(guò)程中,自上向下看,線圈中的感應(yīng)電流方向是(  )

圖6
A.始終順時(shí)針
B.始終逆時(shí)針
C.先順時(shí)針再逆時(shí)針
D.先逆時(shí)針再順時(shí)針
答案 C
解析 自A落至圖示位置時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量增加,磁場(chǎng)方向向上,則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與之相反,即向下,故可由安培定則判斷線圈中的感應(yīng)電流為順時(shí)針;自圖示位置落至B點(diǎn)時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量減少,磁場(chǎng)方向向上,則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與之相同即向上,故可由安培定則判斷線圈中的感應(yīng)電流為逆時(shí)針,選C.
方法總結(jié) 此題中的“增反減同”為:當(dāng)回路中的磁通量增加(減少)時(shí)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反(相同).
6.電阻R、電容C與一線圈連成閉合回路,條形磁鐵靜止于線圈的正上方,N極朝下,如圖7所示,現(xiàn)使磁鐵開(kāi)始自由下落,在N極接近線圈上端的過(guò)程中,流過(guò)R的電流方向和電容器極板的帶電情況是(  )[:Zxxk]

圖7
A.從a到b,上極板帶正電
B.從a到b,下極板帶正電
C.從b到a,上極板帶正電
D.從b到a, 下極板帶正電
答案 D
解析 在N極接近線圈上端的過(guò)程,穿過(guò)線圈的磁通量向下增加,則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向上.由安培定則可判定電路中的電流為順時(shí)針?lè)较颍释ㄟ^(guò)R的電流由b到a,電容器下極板帶正電.
方法總結(jié) 應(yīng)用增反減同法時(shí),特別要注意原磁場(chǎng)的方向,才能根據(jù)增反減同判斷出感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向.
二、拒去留法
7.如圖8所示,當(dāng)磁鐵突然向銅環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí),銅環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是(  )

圖8
A.向右擺動(dòng)
B.向左擺動(dòng)
C.靜止
D.無(wú)法判定
答案 A
解析 此題可由兩種方法解決
方法1:畫出磁鐵磁感線分布,如圖甲所示,當(dāng)磁鐵向環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí),穿過(guò)環(huán)的磁通量增加,由楞次定律判斷出銅環(huán)中的感應(yīng)電流方向如圖甲 所示.銅環(huán)中有感應(yīng)電流時(shí)銅環(huán)又要受到安培力的作用,分析銅環(huán)受安培力作用而運(yùn)動(dòng)時(shí),可把銅環(huán)中的電流等效為多段直線電流元.取上、下兩小段電流研究,由左手定則確定兩段電流受力,由此可聯(lián)想到整個(gè)銅環(huán)所受合力向右,則A選項(xiàng)正確.


甲           乙
方法2(等效法):磁鐵向右運(yùn)動(dòng),使銅環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流可等效為圖乙所示的條形磁鐵,則兩磁鐵有排斥作用,故A正確.[:學(xué)科網(wǎng)]
方法總結(jié) 此題中若磁鐵遠(yuǎn)離銅環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí),同樣可分析出銅環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況為向左擺動(dòng),故可歸納出:感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受力時(shí)有“拒去留”的特點(diǎn).
8.如圖9所示,蹄形磁鐵的兩極間,放置一個(gè)線圈abcd,磁鐵和線圈都可以繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng),磁鐵如圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),線圈的運(yùn)動(dòng)情況是(  )

圖9
A.俯視,線圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速與磁鐵相同
B.俯視,線圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速與磁鐵相同
C.線圈與磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同,但轉(zhuǎn)速小于磁鐵轉(zhuǎn)速
D.線圈靜止不動(dòng)
答案 C
解析 本題“原因”是磁鐵有相對(duì)線圈的運(yùn)動(dòng),“效果”便是線圈要阻礙兩者的相對(duì)運(yùn)動(dòng),線圈阻止不了磁鐵的運(yùn)動(dòng),由“拒去留”線圈只好跟著磁鐵同向轉(zhuǎn)動(dòng);如果二者轉(zhuǎn)速相同,就沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng),線圈就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng),故答案為C.
方法總結(jié) 感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受力,用“拒去留”直接判斷既快又準(zhǔn),此法也可理解為感應(yīng)電流在磁場(chǎng)中受力總是“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”.
三、增縮減擴(kuò)法
9.如圖10所示,光滑固定導(dǎo)軌、N水平放置,兩根導(dǎo)體 棒P、Q平行放置于導(dǎo)軌上 ,形成一個(gè)閉合回路,一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)(  )

圖10
A.P、Q將相互靠攏
B.P、Q將相互遠(yuǎn)離
C.磁鐵的加速度仍為g
D.磁鐵的加速度小于g
答案 AD
解析 根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的效果是總要阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因,本題中“ 原因”是回路中磁通量的增加,P、Q可通過(guò)縮小面積的方式進(jìn)行阻礙,故可得A正確.由“拒去留”得回路電流受到向下的力的作用,由牛頓第三定律知磁鐵受向上的作用力,所以磁鐵的加速度小于g,選A、D.
方 法總結(jié) 增縮減擴(kuò)法,就閉合電路的面積而言,致使電路的面積有收縮或擴(kuò)張的趨勢(shì).
10.如圖11(a)所示,兩個(gè)閉合圓形線圈A、B的圓心重合,放在同一水平面內(nèi),線圈A中通以如圖11(b)所示的交變電流,t=0時(shí)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針(如圖箭頭所示),在t1~t2時(shí)間段內(nèi),對(duì)于線圈B,下列說(shuō)法中正確的是(  )

圖11
A.線圈B內(nèi)有順時(shí)針?lè)较虻碾娏,線圈有擴(kuò)張的趨勢(shì)
B.線圈B內(nèi)有順時(shí)針?lè)较虻碾娏鳎圈有收縮的趨勢(shì)
C.線圈B內(nèi)有逆時(shí)針?lè)较虻碾娏,線圈有擴(kuò)張的趨勢(shì)
D.線圈B內(nèi)有逆時(shí)針?lè)较虻碾娏,線圈有收縮的趨勢(shì)
答案 A
解析 在t1~t2時(shí)間段內(nèi),A線圈的電流為逆時(shí)針?lè)较颍a(chǎn)生的磁場(chǎng)垂直紙面向外且是增加的,由此可判定B線圈中的電流為順時(shí)針?lè)较,線圈的擴(kuò)張與收縮可用阻礙Φ變化的觀點(diǎn)去判定.在t1~t2時(shí)間段內(nèi)B線圈內(nèi)的Φ增強(qiáng),根據(jù)楞次定律,只有B線圈增大面積,才能阻礙Φ的增加,故選A.
方法總結(jié) 注意B線圈內(nèi)的磁通量是穿進(jìn)穿出兩部分抵消后的磁通量.




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