2021-2022版高中物理-第四章-电磁感应-3-楞次定律学案-新人教版选修3-2.doc
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1、2021-2022版高中物理 第四章 电磁感应 3 楞次定律学案 新人教版选修3-22021-2022版高中物理 第四章 电磁感应 3 楞次定律学案 新人教版选修3-2年级:姓名:- 17 -楞次定律目 标 导 航思 维 脉 图1.通过实验归纳得出楞次定律。(科学探究)2.理解楞次定律和右手定则的内容。(物理观念)3.理解楞次定律中“阻碍”的含义。(科学思维)4.理解楞次定律符合能量守恒定律。(物理观念)必备知识自主学习一、探究感应电流的方向1.实验探究:将螺线管与电流表组成闭合电路,分别将N极、S极插入、抽出线圈,如图所示,记录感应电流方向如下。2.分析:(1)线圈内磁通量增加时的情况(表内
2、选填“向上”或“向下”)图序磁场方向感应电流的方向(俯视)感应电流的磁场方向甲向下逆时针向上乙向上顺时针向下(2)线圈内磁通量减少时的情况(表内选填“向上”或“向下”)图序磁场方向感应电流的方向(俯视)感应电流的磁场方向丙向下顺时针向下丁向上逆时针向上3.实验结论:(1)当线圈内磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相反,阻碍磁通量的增加。(2)当线圈内磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向相同,阻碍磁通量的减少。二、楞次定律及其应用1.内容: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步骤:(1)明确所研究的闭合电路,判断
3、原磁场方向。(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)根据感应电流的磁场方向,由安培定则判断出感应电流的方向。三、右手定则内容:伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内,让磁感线从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。(1)感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。()(2)电路不闭合,穿过回路的磁通量变化时,也会产生“阻碍”作用。()(3)引起感应电流的磁场变化很快时,感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相反。()(4)感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化。()关键能力合作学习
4、知识点一感应电流的方向角度1利用楞次定律判断感应电流的方向1.因果关系:楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系,磁通量发生变化是原因,产生感应电流是结果,原因产生结果,结果反过来影响原因。2.“阻碍”的理解:问题结论谁阻碍谁是感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化为何阻碍(原)磁场的磁通量发生了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原磁场磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反;当原磁场磁通量减少时,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,这种变化将继续进行,最终结果不受影响提
5、醒:“阻碍”不是“阻止”。引起感应电流的磁场仍然变化了,是阻而未止。“阻碍”并不意味着“相反”,当磁通量减少时,“阻碍”意味着相同。如图表示一对同轴螺线管,图中线圈A中的电流方向用“”和“”表示,请画出线圈A的磁感线,再分析如果线圈A中的电流增大,则线圈B中的感应电流是什么方向。(模型建构)提示:A产生的磁场方向如图,如果线圈A中的电流增大,则B中产生的电流的方向上边向里,下边向外。 【典例1】在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中,用灵敏电流计和线圈组成闭合回路,通过“插入”和“拔出”磁铁,使线圈中产生感应电流,记录实验过程中的相关信息,就可以分析得出感应电流方向遵循的规律。如图为某同学的
6、部分实验记录,在图1中,电流计指针向左偏转。以下说法正确的是()A.在图2所示实验过程中,电流计指针应该向左偏转B.在图3所示实验过程中,电流计指针应该向左偏转C.这组实验可以说明,感应电流的磁场方向与线圈的绕向有关D.这组实验可以说明,感应电流的磁场方向与磁铁的磁场方向有关【解题指南】如图1所示,当磁铁的N极向下运动时,根据楞次定律可知,感应电流的磁场的方向向上,由安培定则可知感应电流的方向螺旋向下,此时电流从下向上流过电流计,发现电流计指针向左偏转,可知电流计指针偏转方向与电流方向间的关系:电流从下向上流过电流计,电流计指针向左偏转,电流从上向下流过电流计,则电流计指针向右偏转。【解析】选
7、D。在图2所示实验过程中,磁铁的S极向下运动时,穿过螺线管向上的磁通量增大,根据楞次定律可知,感应电流的磁场的方向向下,由安培定则可知感应电流的方向螺旋向上,此时电流从上向下流过电流计,电流计指针应该向右偏转,故A错误;在图3所示的实验过程中,磁铁的N极向上运动时,穿过螺线管向下的磁通量减小,根据楞次定律可知,感应电流的磁场的方向向下,由安培定则可知感应电流的方向螺旋向上,此时电流从上向下流过电流计,电流计指针应该向右偏转,故B错误;同理可知图4穿过螺线管向上的磁通量减小,根据楞次定律可知,感应电流的磁场的方向向上,由安培定则可知感应电流的方向螺旋向下,此时电流从下向上流过电流计,电流计指针应
8、该向左偏转,所以这组实验可以说明,感应电流的磁场方向与磁铁的磁场方向、磁铁运动的方向有关,而实验中线圈缠绕方向一致,所以不能研究感应电流的磁场方向与线圈绕向的关系,故C错误,D正确。故选D。应用楞次定律判断感应电流方向的步骤角度2利用右手定则判断感应电流的方向1.楞次定律与右手定则的比较:比较内容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部分导体在磁场中做切割磁感线运动的情况联系右手定则是楞次定律的特例提醒:注意楞次定律与右手定则的适用范围。2.右手定则、右手螺旋定则和左手定则的区别:(1)右手定则判断的是导体切割磁感线时
9、产生的感应电动势方向与磁场方向、导体运动方向三者之间的关系,应用时右手呈伸直状。(2)右手螺旋定则判断的是电流方向与它产生的磁场方向之间的关系,右手必须呈螺旋状,对直电流和环形电流大拇指和四指所代表的对象不一样。(3)左手定则判断的是磁场对电流的安培力方向或对带电粒子的洛伦兹力方向与磁场方向、电流或带电粒子运动方向之间的关系,应用时左手呈伸直状。【典例2】(2017全国卷)如图,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间
10、,关于感应电流的方向,下列说法正确的是()A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向【解题探究】(1)如何确定PQRS中电流的方向?提示:用右手定则判断。(2)如何确定T中电流的方向?提示:用楞次定律判断。【解析】选D。因为PQ突然向右运动,由右手定则可知,PQRS中的感应电流方向为逆时针,穿过T中的磁通量减小,由楞次定律可知,T中的感应电流方向为顺时针,故A、B、C错误,D正确。1.如图,a、b、c三个上下平行的圆形线圈同轴水平放置,现闭合b线圈中的电键S,则
11、在闭合S的瞬间,由上向下观察()A.a、c线圈中无感应电流B.a、c线圈中的感应电流都沿顺时针方向C.a、c线圈中的感应电流都沿逆时针方向D.a、c线圈中感应电流的方向相反【解析】选B。闭合S时,b线圈中电流沿逆时针方向,根据安培定则,穿过a线圈的磁场方向向上,磁通量增大,根据楞次定律,感应电流的磁场方向向下,由安培定则判断感应电流为顺时针方向,同理c线圈中的感应电流也为顺时针方向。故B正确,A、C、D错误。2.(多选)如图所示,两个线圈套在同一个铁芯上,线圈的绕向在图中已经标出。左线圈连着平行导轨M和N,导轨电阻不计,在导轨垂直方向上放着金属棒ab,金属棒处在垂直于纸面向外的匀强磁场中,下列
12、说法中正确的是()A.当金属棒ab向右匀速运动时,a点电势高于b点,c点电势高于d点B.当金属棒ab向右匀速运动时,b点电势高于a点,c点与d点等电势C.当金属棒ab向右加速运动时,b点电势高于a点,c点电势高于d点D.当金属棒ab向右加速运动时,b点电势高于a点,d点电势高于c点【解析】选B、D。当金属棒向右匀速运动切割磁感线时,金属棒产生恒定的感应电动势,由右手定则判断电流方向为ab。根据电流从电源(ab相当于电源)正极流出沿外电路回到电源负极的特点,可以判断b点电势高于a点。又因为左线圈中的感应电动势恒定,则感应电流也恒定,所以穿过右线圈的磁通量保持不变,不产生感应电流,c点与d点等电势
13、;当ab向右做加速运动时,由右手定则可推断ba,电流沿逆时针方向。ab导体两端的电动势不断增大,那么左边电路中的感应电流也不断增大,由安培定则可判断它在铁芯中的磁感线方向是沿逆时针方向的,并且磁感应强度不断增强,所以右边电路线圈中向上的磁通量不断增加。由楞次定律可判断右边电路的感应电流方向应沿逆时针,而在右线圈组成的电路中,感应电动势仅产生在绕在铁芯上的那部分线圈上。把这个线圈看成电源,由于电流是从c沿内电路(即右线圈)流向d,因此d点电势高于c点,综上可得,选项B、D正确,A、C错误。故选B、D。【加固训练】1.如图所示,一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管,则电路中()A.始终有自a向b
14、的感应电流流过电流表GB.始终有自b向a的感应电流流过电流表GC.先有aGb方向的感应电流,后有bGa方向的感应电流D.将不会产生感应电流【解析】选C。条形磁铁内部磁场的方向是从S极指向N极,可知条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管的过程中磁场的方向都是向右的,当条形磁铁进入螺线管的时候,闭合线圈中的磁通量增加;当条形磁铁穿出螺线管时,闭合线圈中的磁通量减少,根据楞次定律判断条形磁铁进入和穿出螺线管的过程中,感应电流的磁场分别是向左和向右的,再由右手定则可以判断出,先有aGb方向的感应电流,后有bGa方向的感应电流,选项C正确,A、B、D错误。2.如图,导体棒MN垂直放置在光滑水平导轨ad和bc
15、上,与电阻R形成闭合回路。垂直导轨平面仅在abcd区域存在竖直向下的匀强磁场,以下有关感应电流的说法正确的是()A.若导体棒MN水平向左运动,通过电阻R电流方向为dRcB.若导体棒MN水平向右运动,通过电阻R电流方向为dRcC.当导体棒MN绕其中点O顺时针方向转动,通过电阻R电流方向为cRdD.当导体棒MN绕其中点O顺时针方向转动,电阻R没有感应电流通过【解析】选C。由右手定则可知,若导体棒MN水平向左运动,通过电阻R电流方向从cRd,选项A错误;若导体棒MN水平向右运动,由于导体棒不切割磁感线,故不产生感应电流,选项B错误;当导体棒MN绕其中点O顺时针方向转动,由右手定则可知,通过电阻R电流
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