2017_2018学年高中物理第四章电磁感应习题课楞次定律的应用学案新人教版选修3_2

习题课楞次定律的应用

[目标定位] 1.应用楞次定律判断感应电流的方向.2.理解安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律的区别.

一、楞次定律的基本应用

1.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量的变化. 2.应用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤

(1)明确所研究的闭合电路，判断原磁场的方向；

(2)判断闭合电路内原磁场的磁通量的变化情况；

(3)由楞次定律判断感应电流的磁场方向；

(4)由安培定则根据感应电流的磁场方向，判断出感应电流的方向.

例1如图1所示，一水平放置的矩形闭合线框abcd在细长磁铁的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ，这个过程中线框的感应电流( )

图1

A.沿abcd流动

B.沿dcba流动

C.先沿abcd流动，后沿dcba流动

D.先沿dcba流动，后沿abcd流动

解析由条形磁铁的磁场可知，线框在位置Ⅱ时穿过闭合线框的磁通量最少，为零，线框从位置Ⅰ到位置Ⅱ，从下向上穿过线框的磁通量在减少，线框从位置Ⅱ到位置Ⅲ，从上向下穿过线框的磁通量在增加，根据楞次定律可知感应电流的方向是abcd.

答案 A

感应电流的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量(原磁场磁通量)的变化.

(1)当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反.

(2)当原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同.口诀记为“增反减同”.

二、楞次定律的拓展应用

例2如图2所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是( )

图2

A.向右摆动

B.向左摆动

C.静止

D.无法判定

解析本题可用两种方法来解决：

方法1：画出磁铁的磁感线分布，如图甲所示，当磁铁向铜环运动时，穿过铜环的磁通量增加，由楞次定律判断出铜环中的感应电流方向如图甲所示.分析铜环受安培力作用而运动时，可把铜环中的电流等效为多段直线电流元.取上、下两小段电流元作为研究对象.由左手定则确定两段电流元的受力，由此可推断出整个铜环所受合力向右，则A选项正确.

方法2(等效法)：磁铁向右运动，使铜环产生的感应电流可等效为图乙所示的条形磁铁，两磁铁有排斥作用，故A正确.

答案 A

导体与磁场相对运动产生电磁感应现象时，产生的感应电流的导体受到磁场的安培力，这个安培力会“阻碍”相对运动，口诀记为“来拒去留”.

例3如图3所示，在载流直导线近旁固定有两平行光滑导轨A、B，导轨与直导线平行且在同一水平面内，在导轨上有两可自由滑动的导体ab和cd.当载流直导线中的电流逐渐增强时，导体ab和cd的运动情况是( )

图3

A.一起向左运动

B.一起向右运动

C.ab和cd相向运动，相互靠近

D.ab和cd相背运动，相互远离

解析由于ab和cd电流方向相反，所以两导体运动方向一定相反，排除选项A、B；当载流直导线中的电流逐渐增强时，穿过闭合回路的磁通量增加，根据楞次定律，感应电流总是阻碍穿过回路磁通量的变化，所以两导体相互靠近，减小面积，达到阻碍磁通量增加的目的，故选C.

答案 C

当闭合电路中有感应电流产生时，闭合电路的各部分导体就会受到安培力作用，会使闭合电路的面积有变化(或有变化趋势).

(1)若原磁通量增加，则通过减小有效面积起到阻碍的作用.

(2)若原磁通量减少，则通过增大有效面积起到阻碍的作用.

口诀记为“增缩减扩”.

温馨提示：本方法适用于磁感线单方向穿过闭合回路的情况.

例4一长直铁芯上绕有一固定线圈M，铁芯右端与一木质圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合金属环N，N可在木质圆柱上无摩擦移动，M连接在如图4所示的电路中，其中R为滑动变阻器，E1和E2为直流电源，S为单刀双掷开关，下列情况中，可观测到N向左运动的是( )

图4

A.在S断开的情况下，S向a闭合的瞬间

B.在S断开的情况下，S向b闭合的瞬间

C.在S已向a闭合的情况下，将R的滑片向c端移动时

D.在S已向a闭合的情况下，将R的滑片向d端移动时

解析金属环N向左运动，说明穿过N的磁通量在减少，说明线圈M中的电流在减少，只有选项C符合.

答案 C

发生电磁感应现象时，通过什么方式来“阻碍”原磁通量的变化要根据具体情况而定.可能是阻碍导体的相对运动，也可能是改变线圈的有效面积，还可能是通过远离或靠近变化的磁场源来阻碍原磁通量的变化，即：

(1)若原磁通量增加，则通过远离磁场源起到阻碍的作用.

(2)若原磁通量减少，则通过靠近磁场源起到阻碍的作用.

口诀记为“增离减靠”.

三、安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的区别

例5如图5所示装置中，cd杆光滑且原来静止.当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动(导体棒切割磁感线速度越大，感应电流越大)( )

图5

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

解析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杆保持静止，A不正确；ab向右加速运动时，L2中的磁通量向下增加，由楞次定律知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；同理可得C错误，D正确.

答案BD

右手定则是楞次定律的特殊情况：

①楞次定律的研究对象为整个闭合导体回路，适用于磁通量变化引起感应电流的所有情况.

②右手定则的研究对象为闭合导体回路的一部分，仅适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动.

(2)区别安培定则、左手定则、右手定则的关键是抓住因果关系：

①因电而生磁(I→B)→安培定则.(判断电流周围磁感线的方向)

②因动而生电(v、B→I感)→右手定则.(导体切割磁感线产生感应电流)

③因电而受力(I、B→F安)→左手定则.(磁场对电流有作用力)

1.(楞次定律的基本应用)如图6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6

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

解析取导体圆环为研究对象，磁铁下落过程中原磁场方向是向上的，穿过圆环的磁通量先增加后减少，由楞次定律可判断出选项C正确.

2.(楞次定律的拓展应用)如图7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、丙移至相同高度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( )

图7