2013高考物理一轮复习之名师解疑课件 《楞次定律》

3楞次定律1．理解楞次定律的内容．2．应用楞次定律判定有关感应电流的方向．3．会用右手定则及楞次定律解答有关问题．一、探究感应电流的方向实验探究将螺线管与电流表组成闭合回路，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向下逆时针(俯视)向上乙向上顺时针(俯视)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向下顺时针(俯视)向下丁向上逆时针(俯视)向上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．二、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引起感应电流的磁通量的．阻碍阻碍阻碍变化三、右手定则使用范围：判定导线时感应电流的方向．使用方法：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；让磁感线从进入，并使拇指指向的方向，这时所指的方向就是感应电流的方向．切割磁感线运动垂直掌心导线运动四指温馨提示楞次定律中阻碍的含义理解：(1)“阻碍”不是“方向相反”：原磁通量增加时，方向相反，而原磁通量减少时，感应磁场与原磁场方向相同．(2)“阻碍”不是“阻止”：电路中的磁通量还是变化的，只是由于这种阻碍作用使原磁场变化延缓．一、楞次定律的应用应用楞次定律的一般步骤运用楞次定律判定感应电流的思路，可以概括为以下方框图：上图描述了磁通量变化、磁场方向、感应电流方向三个因素的关系，只要知道了其中任意两个因素，就可以确定第三个因素．电磁感应现象中“阻碍”作用的拓展电磁感应现象中，感应电流产生的“效果”总要“反抗”(或“阻碍”)引起感应电流的“原因”．常见的“阻碍”现象有以下几种：引起感应电流的原因感应电流产生的效果如何“阻碍”口诀原磁通量变化产生磁场产生的磁场方向在磁通量增加时与原磁场方向相反，反之相同增反减同导体相对运动产生磁场力产生的磁场力总是阻碍导体的相对运动来拒去留原磁通量变化产生安培力使线圈面积变化线圈面积在磁通量增加时收缩，反之扩大增缩减扩楞次定律中的能量守恒楞次定律中的“阻碍”作用正是能量转化和守恒定律的反映．电磁感应现象中，产生感应电流即产生电能的同时，由于“阻碍”作用的存在，在克服“阻碍”的过程中，必然伴随着其他能量的减少．所以，楞次定律是能量转化和守恒定律的必然结果．如图4-3-2所示，将条形磁铁插入或拔出螺线管的过程中，线圈中产生感应电流，感应电流的磁场阻碍磁铁与线圈的相对运动，在这个过程中，外力克服磁场力做功，把其他形式的能转化为电能．在条形磁铁从某一高度落入闭合螺线管内的过程中，若产生的感应电流的磁场对条形磁铁的下落有吸引作用，则磁铁的机械能会增加，同时电路中又产生电能，这样就凭空产生了增加的机械能和电能，违背了能量转化和守恒定律．图4-3-2二、右手定则及应用楞次定律和右手定则的比较(1)从研究对象来说：楞次定律研究的是闭合回路，右手定则研究的是闭合回路的一部分，即切割磁感线的那一段导体．(2)从适用范围来说：楞次定律适用各种电磁感应现象中感应电流方向的判断．而右手定则只适用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象中感应电流方向的判断．(3)从实际应用来看：对于由于导体切割磁感线产生的电磁感应的问题，应用右手定则判断较方便；对于由于磁感应强度随时间变化产生的电磁感应的问题，应用楞次定律判断较方便．右手定则与左手定则的对照比较项目右手定则左手定则作用判断感应电流方向判断通电导体所受磁场力的方向已知条件已知切割运动方向和磁场方向已知电流方向和磁场方向图例因果关系运动电流电流运动应用实例发电机电动机使用时左手定则和右手定则很容易混淆，为了便于区分，可把两个定则简单地总结为“通电受力用左手，运动生电用右手”，简称为“通电左，生电右”．教材资料分析思考与讨论教材P11]提示将条形磁铁的一个磁极靠近闭合线圈，线圈中产生感应电流，感应电流的磁场阻碍磁铁靠近线圈，这个过程中，我们要克服磁场力做功，将其他形式的能转化为电能．[教材P12]提示1.我们研究的是ABEF回路．2．当导体棒AB向右运动时，穿过这个闭合电路的磁通量增大．3．由楞次定律可知，感应电流的磁场方向垂直纸面向外．4．由右手定则可判断，导体棒AB中感应电流方向是A→B.【典例1】如图4-3-3所示，试判定当开关S闭合和断开瞬间，线圈ABCD中的电流方向．思路点拨根据电流的方向，由安培定则判断出原磁场的方向．再根据磁场的强弱变化用楞次定律判断．楞次定律的应用图4-3-3解析当S闭合时：(1)研究的回路是ABCD，穿过回路的磁场是电流I产生的磁场，方向(由安培定则判知)指向读者(如题图所示)，且磁通量增大；(2)由楞次定律得知感应电流磁场方向应和B原相反，即离开读者指向纸面内；(3)由安培定则判知线圈ABCD中感应电流方向是A→D→C→B→A.当S断开时：①研究的回路仍是线圈ABCD，穿过回路的原磁场仍是电流I产生的磁场，方向(由安培定则判知)指向读者，且磁通量减小；②由楞次定律得知感应电流磁场方向应和B原相同，即指向读者；③由安培定则判知感应电流方向是A→B→C→D→A答案S闭合时，感应电流方向为A→D→C→B→A；S断开时，感应电流方向为A→B→C→D→A.借题发挥应用楞次定律的思路【变式1】如图4-3-4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．始终有感应电流自a向b流过电流表GB．始终有感应电流自b向a流过电流表GC．先有a→G→b方向的感应电流，后有b→G→a方向的感应电流D．将不会产生感应电流图4-3-4解析条形磁铁从左边进入螺线管的过程中，在螺线管内产生的磁场方向向右，穿过螺线管的磁通量不断增加，根据楞次定律，感应电流的方向是a→G→b.条形磁铁从螺线管中向右穿出的过程中，在螺线管中产生的磁场方向仍向右，穿过螺线管的磁通量不断减小，根据楞次定律，感应电流的方向是b→G→a，故C正确．答案C【典例2】如图4-3-5所示，匀强磁场与圆形导体环平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时()．A．圆环中磁通量不变，环中无感应电流产生B．整个环中有顺时针方向的电流C．整个环中有逆时针方向的电流D．环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流右手定则的应用图4-3-5思路点拨电路中的一部分导体做切割磁感线运动时，先用右手定则判断导体中的电流方向，再根据电路组成判断其余各部分的电流方向．解析导体ef向右切割磁感线，由右手定则可判断导体ef中感应电流由e→f.而导体ef分别与导体环的左右两部分构成两个闭合回路．故环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流．答案D借题发挥部分导体切割磁感线运动产生感应电流时，要明确内外电路，切割磁感线的部分导体是内电路，利用右手定则就是判断内电路中感应电流的方向．【变式2】下图表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景，其中能产生由a到b的感应电流的是()．解析由右手定则判知，A中感应电流方向a→b，C、D中均为b→a.B中无感应电流产生．答案A【典例3】如图4-3-6所示，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，当滑动变阻器R的滑片自左向右滑动时，线框ab的运动情况是()．A．保持静止不动B．逆时针转动C．顺时针转动D．发生转动，但电源极性不明，无法确定转动的方向楞次定律的拓展应用图4-3-6解析根据图示电路，线框ab所处位置的磁场为水平方向的，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，电路中电阻增大，电流减小，则穿过闭合导线框ab的磁通量减少．Φ＝BSsinθ，θ为线圈平面与磁场方向的夹角，根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍原来磁场磁通量的变化，则线框ab只有顺时针旋转使θ角有增大的趋势，而使穿过线圈的磁通量增加，则C正确．注意此题并不需要明确电源的极性．答案C借题发挥对于感应电流产生运动效果的题目可利用“感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因”来判断，此方法直观、简单，能很快得出正确结论．可以归纳为“来拒去留”、“增反减同”和“增缩减扩”等．【变式3】如图4-3-7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gD．磁铁的加速度小于g图4-3-7解析根据楞次定律，感应电流的效果是总要阻碍产生感应电流的原因，本题中“原因”是回路中磁通量的增加，P、Q可通过缩小面积的方式进行阻碍，故可得A正确．由“来拒去留”得回路电流受到向下的力的作用，由牛顿第三定律知磁铁受向上的作用力，所以磁铁的加速度小于g，选A、D.答案AD楞次定律的应用1．如图4-3-8所示，一线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平位置，释放后让它在匀强磁场中运动，已知线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过位置Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ时(位置Ⅱ正好是细杆竖直位置)，线圈内的感应电流方向(顺着磁场方向看去)是()．图4-3-8A．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位置均是顺时针方向B．Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ位置均是逆时针方向C．Ⅰ位置是顺时针方向，Ⅱ位置为零，Ⅲ位置是逆时针方向D．Ⅰ位置是逆时针方向，Ⅱ位置为零，Ⅲ位置是顺时针方向解析本题关键是判定出Ⅰ、Ⅱ位置时磁通量的变化情况，线圈由初始位置向Ⅰ位置运动过程中，沿磁场方向的磁通量逐渐增大，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，从右向左穿过线圈，根据安培定则，Ⅰ位置时感应电流的方向(沿磁感线方向看去)是逆时针方向；在Ⅱ位置时由左向右穿过线圈的磁通量最大，由Ⅱ位置向Ⅲ位置运动时，向右穿过线圈的磁通量减少，根据楞次定律，感应电流的磁场方向向右，阻碍它的减少，根据安培定则可判定Ⅲ位置的电流方向(沿磁感线方向看去)是顺时针方向，且知Ⅱ位置时感应电流为零．故选D.答案D2.如图4-3-9所示，一均匀的扁平条形磁铁的轴线与圆形线圈在同一平面内，磁铁中心与圆心重合，为了在磁铁开始运动时线圈中能得到逆时针方向的感应电流，磁铁的运动方式应是()．A．N极向纸内，S极向纸外，使磁铁绕O点转动B．N极向纸外，S极向纸内，使磁铁绕O点转动C．磁铁在线圈平面内顺时针转动D．磁铁在线圈平面内逆时针转动图4-3-9解析当N极向纸内，S极向纸外转动时，穿过线圈的磁场由无到有并向里，感应电流的磁场应向外，电流方向为逆时针，A选项正确；当N极向纸外，S极向纸内转动时，穿过线圈的磁场向外并增加，感应电流方向为顺时针，B选项错误；当磁铁在线圈平面内绕O点转动时，穿过线圈的磁通量始终为零，因而不产生感应电流，C、D选项错误．答案A右手定则的应用3.如图4-3-10所示，同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好，匀强磁场的方向垂直纸面向里．导体棒的电阻可忽略，当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是()．A．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由b到aB．流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到aC．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由a到bD．流过R的电流为由c到d，流动r的电流为由a到b图4-3-10解析根据磁场方向和导体棒的运动方向，用右手定则可以判断出在PQ中产生的感应电动势的方向由P指向Q，即导体棒下端电势高、上端电势低，所以在接入R的闭合电路中，电流由c流向d，在接入r的闭合电路中，电流由b流向a.答案B4．在北半球上，地磁场竖直分量向下．飞机在我国上空匀速巡航，机翼保持水平，飞行高度不变．由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差，设飞行员左方机翼末端处的电势为φ1，右方机翼末端处电势为φ2则()．A．若飞机从西往东飞，φ1比φ2高B．若飞机从东往西飞，φ2比φ1高C．若飞机从南往北飞，φ1比φ2高D．若飞机从北往南飞，φ2比φ1高解析这是一道考查右手定则的题目，要解答好这道题，首先要明确用哪只手判断，其次要明确磁场的方向、手的放法，最后要明确拇指、四指所指的方向应各指什么，四指所指的方向是正电荷积累的方向，该端电势高于另一