沪科版高中物理选修(32)第1章第3节《习题课：楞次定律的应用》word学案

学案3 习题课：楞次定律的应用

[学习目标定位] 1.学习应用楞次定律的推论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．

1．应用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤是： (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． 2．安培定则(右手螺旋定则)、右手定则、左手定则 (1)判断电流产生的磁场方向用安培定则．

(2)判断磁场对通电导体及运动电荷的作用力方向用左手定则． (3)判断导体做切割磁感线运动产生的感应电流方向用右手定则.

一、“增反减同”法

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，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反； (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”．

例1 如图1所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁的N极附近竖直下落，保持bc边在纸处，ab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，这个过程中线圈的感应电流 ( )

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 本题考查用楞次定律判断感应电流的方向，关键要分析清楚矩形线圈由位置Ⅰ到位置Ⅱ和由位置Ⅱ到位置Ⅲ两过程中，穿过线圈的磁感线方向相反．由条形磁铁的磁场可知，线圈在位置Ⅱ时穿过闭合线圈的磁通量最小为零，线圈从位置Ⅰ到位置Ⅱ，从下向上穿过线圈的磁通量在减少，线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ，从上向下穿过线圈的磁通量在增加，根据楞次定律可知感应电流的方向是abcd.

答案 A

二、“来拒去留”法

由于磁场与导体的相对运动产生电磁感应现象时，产生的感应电流与磁场间有力的作用，这种力的作用会“阻碍”相对运动，简称口诀“来拒去留”．

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 C．静止

B．向左摆动 D．无法判定

解析 本题可由两种方法来解决：

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，故A正确．

甲 乙

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

三、“增缩减扩”法

当闭合电路中有感应电流产生时，电路的各部分导线就会受到安培力作用，会使电路的面积有变化(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)若原磁通量减小，则通过增大有效面积起到阻碍的作用． 口诀记为“增缩减扩”．

例3 如图3所示，在载流直导线旁固定有两平行光滑金属导轨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 由于在闭合回路abcd中，ab和cd电流方向相反，所以两导体运动方向一定相反，排除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大，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，达到阻碍磁通量增大的目的．故选C.

答案 C

四、“增离减靠”法

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)若原磁通量减小，则通过靠近磁场源起到阻碍的作用．

口诀记为“增离减靠”．

例4 一长直铁心上绕有一固定线圈M，铁心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的磁通量在减小，说明线圈M中的电流在减小，只有选项C符合题意．

答案 C

五、安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的区别应用 1．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各种情况． (2)右手定则的研究对象为闭合导体回路的一部分，适用于一段导线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)

例5 如图5所示，导轨间的匀强磁场方向垂直于纸面向里．圆形金属环B正对磁铁A，当导线MN在导轨上向右加速滑动时，(说明：导体棒切割磁感线速度越大，感应电流越大) 下列说法正确的是( )

图5

A．MN中电流方向N→M，B被A吸引 B．MN中电流方向N→M，B被A排斥 C．MN中电流方向M→N，B被A吸引 D．MN中电流方向M→N，B被A排斥

解析 MN向右加速滑动，根据右手定则，MN中的电流方向从N→M，且大小在逐渐变大，根据安培定则知，磁铁A的磁场方向向左，且逐渐增强，根据楞次定律知，B环中的感应电流产生的磁场在轴线上方向向右，B被A排斥，B正确，A、C、D错误．

答案 B

1．(来拒去留法)如图6所示，螺线管CD的导线绕法不明，当磁铁AB插入螺线管时，闭合电路中有图示方向的感应电流产生，下列关于螺线管磁场极性的判断，正确的是( )

A．C端一定是N极 B．D端一定是N极

C．C端的极性一定与磁铁B端的极性相同

图6

D．因螺线管的绕法不明，故无法判断极性 答案 C

解析 由“来拒去留”得磁铁与螺线管之间产生相斥的作用，即螺线管的C端一定与磁铁的B端极性相同，与螺线管的绕法无关．但因为磁铁AB的N、S极性不明，所以螺线管C、D两端的极性也不能确定，所以A、B、D错，C对．

2．(增缩减扩法及来拒去留法)如图7所示，水平桌面上放有一个闭合铝环，在铝环轴线上方有一个条形磁铁．当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时，下列判断正确的是 ( )

图7

A．铝环有收缩趋势，对桌面压力减小 B．铝环有收缩趋势，对桌面压力增大 C．铝环有扩张趋势，对桌面压力减小 D．铝环有扩张趋势，对桌面压力增大 答案 B

解析 根据楞次定律可知：当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时，闭合铝环内的磁通量增大，因此铝环面积应有收缩的趋势，同时有远离磁铁的趋势，故增大了和桌面的挤压程度，从而使铝环对桌面压力增大，故B项正确．

3．(增离减靠法)如图8是某电磁冲击钻的原理图，若突然发现钻头M向右运动，则可能是( )