（新課標）2022高考物理 主題三 電磁感應(yīng)及其應(yīng)用 3.1 電磁感應(yīng) 3.1.3 第2課時 楞次定律的拓展應(yīng)用學(xué)案 新人教版選修3-2

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1、（新課標）2022高考物理 主題三 電磁感應(yīng)及其應(yīng)用 3.1 電磁感應(yīng) 3.1.3 第2課時 楞次定律的拓展應(yīng)用學(xué)案 新人教版選修3-2 1.增縮減擴 當(dāng)閉合電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生時，電路的各部分導(dǎo)線就會受到安培力作用，會使電路的面積有變化(或有變化趨勢)。 (1)若原磁通量增加，則通過減小有效面積起到阻礙的作用。 (2)若原磁通量減小，則通過增大有效面積起到阻礙的作用?？谠E記為“增縮減擴”。 注意：本方法適用于磁感線單方向穿過閉合回路的情況。 [例1] (多選)(2017·臨沂一中高二檢測)如圖1所示，勻強磁場垂直于軟導(dǎo)線回路平面，由于磁場發(fā)生變化，回路變?yōu)閳A形，則磁場(　　)

2、 圖1 A.逐漸增強，方向向外 B.逐漸增強，方向向里 C.逐漸減弱，方向向外 D.逐漸減弱，方向向里 解析　對于線圈來說，圓形面積最大，即由于磁場變化，導(dǎo)致線圈面積變大，根據(jù)楞次定律的推論增縮減擴，可判斷磁場在減弱，可能是方向向外的磁場逐漸減弱，也可能是方向向里的磁場逐漸減弱，選項C、D正確。 答案　CD 2.來拒去留 由于磁場與導(dǎo)體的相對運動產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時，產(chǎn)生的感應(yīng)電流受到磁場的安培力，這種安培力會“阻礙”相對運動，口訣記為“來拒去留”。 [例2] (多選)如圖2所示，光滑固定導(dǎo)軌m、n水平放置，兩根導(dǎo)體棒p、q平行放于導(dǎo)軌上，形成一個閉合回路。當(dāng)一條形磁鐵從高處

3、下落接近回路時(　　) 圖2 A.p、q將互相靠攏 B.p、q將互相遠離 C.磁鐵的加速度仍為g D.磁鐵的加速度小于g 解析　根據(jù)楞次定律的另一表述——感應(yīng)電流的效果總是要反抗產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，本題中的“原因”是回路中的磁通量增加，歸根結(jié)底是磁鐵靠近回路，“效果”便是阻礙磁通量的增加和磁鐵的靠近，即來拒去留，所以p、q將相互靠近且磁鐵的加速度小于g，故選項A、D正確。 答案　AD 3.增遠減靠 (1)若原磁通量增加，則通過遠離磁場源起到阻礙的作用。 (2)若原磁通量減小，則通過靠近磁場源起到阻礙的作用?？谠E記為“增遠減靠”。 [例3] 如圖3所示，通電螺線管兩側(cè)各

4、懸掛一個小銅環(huán)，銅環(huán)平面與螺線管截面平行，當(dāng)開關(guān)S接通瞬間，兩銅環(huán)的運動情況是(　　) 圖3 A.同時向兩側(cè)推開 B.同時向螺線管靠攏 C.一個被推開，一個被吸引，但因電源正負極未知，無法具體判斷 D.同時被推開或同時向螺線管靠攏，但因電源正負極未知，無法具體判斷 解析　開關(guān)S接通瞬間，小銅環(huán)中磁通量從無到有增加，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場要阻礙磁通量的增加，則兩環(huán)將同時向兩側(cè)運動，故選項A正確。 答案　A 　三定則一定律的區(qū)別與應(yīng)用 　安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律綜合應(yīng)用的比較 基本現(xiàn)象 應(yīng)用的定則或定律 運動電荷、電流產(chǎn)生磁場 安培定則 磁場對運

5、動電荷、電流有作用力 左手定則 電磁感應(yīng) 部分導(dǎo)體做切割磁感線運動 右手定則 閉合回路磁通量變化 楞次定律 [例4] (多選)如圖4所示裝置中，金屬桿cd光滑且原來靜止在金屬導(dǎo)軌上。當(dāng)金屬桿ab做如下哪些運動時，金屬桿cd將向右移動(導(dǎo)體棒切割磁感線速度越大，感應(yīng)電流越大)(　　) 圖4 A.向右勻速運動 B.向右加速運動 C.向左加速運動 D.向左減速運動 解析　ab勻速運動時，ab中感應(yīng)電流恒定，L1中磁通量不變，穿過L2的磁通量不變，L2中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，cd桿保持靜止，選項A錯誤；ab向右加速運動時，L2中的磁場方向向下，磁通量增加，由楞次定律知L2中感應(yīng)

6、電流產(chǎn)生的磁場方向向上，故通過cd的電流方向向下，cd向右移動，選項B正確；同理可得選項C錯誤，選項D正確。 答案　BD [例5] (多選)如圖5所示，甲圖中線圈A的a、b端加上如圖乙所示的電壓時，在0～t0時間內(nèi)，線圈B中感應(yīng)電流的方向及線圈B的受力方向情況是(　　) 圖5 A.感應(yīng)電流方向不變 B.受力方向不變 C.感應(yīng)電流方向改變 D.受力方向改變 解析　根據(jù)題意可知，當(dāng)Uab＞0時，電流是從a流向b，由右手螺旋定則可知，磁場方向水平向右，由于電壓減小，所以磁通量變小，根據(jù)楞次定律可得，線圈B的感應(yīng)電流順時針(從左向右看)。當(dāng)Uab＜0時，電流是從b流向a，由右手螺旋

7、定則可知，磁場方向水平向左，電壓增大，則磁通量變大，根據(jù)楞次定律可得，線圈B的感應(yīng)電流順時針(從左向右看)。故電流方向不變，選項A正確，C錯誤；由“增遠減靠”可知受安培力的方向改變，選項D正確，B錯誤。 答案　AD 三定則一定律的應(yīng)用技巧 (1)應(yīng)用楞次定律時，一般要用到安培定則。 (2)研究感應(yīng)電流受到的安培力時，一般先用右手定則確定電流方向，再用左手定則確定安培力方向，有時也可以直接應(yīng)用楞次定律的推論確定。 　從能量的角度理解楞次定律 感應(yīng)電流的產(chǎn)生并不是創(chuàng)造了能量。導(dǎo)體做切割磁感線運動時，產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流受到安培力作用，導(dǎo)體克服安培力做功從而實現(xiàn)其他形式能向電能的轉(zhuǎn)

8、化，所以楞次定律的“阻礙”是能量轉(zhuǎn)化和守恒的體現(xiàn)。 [例6] 如圖6所示，上下開口、內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置，小磁塊先后在兩管中從相同高度處由靜止釋放，并落至底部，則小磁塊(　　) 圖6 A.在P和Q中都做自由落體運動 B.在兩個下落過程中的機械能都守恒 C.在P中的下落時間比在Q中的長 D.落至底部時在P中的速度比在Q中的大 解析　小磁塊下落過程中，在銅管P中產(chǎn)生感應(yīng)電流，小磁塊受到向上的磁場力，不做自由落體運動，而在塑料管Q中只受到重力，在Q中做自由落體運動，故選項A錯誤；根據(jù)功能關(guān)系知，在P中下落時，小磁塊機械能減少，在Q中下落時，小磁塊機械能守恒，故選項B錯

9、誤；在P中加速度較小，在P中下落時間較長，選項C正確；由于在P中下落時要克服磁場力做功，機械能有損失，故可知落到底部時在P中的速度比在Q中的小，選項D錯誤。 答案　C 1.(增反減同)1931年，英國物理學(xué)家狄拉克從理論上預(yù)言：存在只有一個磁極的粒子，即“磁單極子”。1982年，美國物理學(xué)家卡布萊設(shè)計了一個尋找磁單極子的實驗。他設(shè)想，如果一個只有N極的磁單極子從上向下穿過如圖7所示的超導(dǎo)線圈，那么，從上向下看，超導(dǎo)線圈將出現(xiàn)(　　) 圖7 A.先有逆時針方向的感應(yīng)電流，然后有順時針方向的感應(yīng)電流 B.先有順時針方向的感應(yīng)電流，然后有逆時針方向的感應(yīng)電流 C.始終有順時針方向

10、持續(xù)流動的感應(yīng)電流 D.始終有逆時針方向持續(xù)流動的感應(yīng)電流 解析　在磁單極子運動的過程中，當(dāng)磁單極子位于超導(dǎo)線圈上方時，原磁場的方向向下，磁通量增加，則感應(yīng)電流的磁場方向向上，由安培定則可知，產(chǎn)生逆時針(俯視)方向的感應(yīng)電流；當(dāng)磁單極子位于超導(dǎo)線圈下方時，原磁場的方向向上，磁通量減小，則感應(yīng)電流的磁場方向向上，由安培定則可知，產(chǎn)生逆時針(俯視)方向的感應(yīng)電流，故選項D正確。 答案　D 2.(增縮減擴)如圖8所示，一個有彈性的金屬圓環(huán)被一根橡皮繩吊于通電直導(dǎo)線的正下方，直導(dǎo)線與圓環(huán)在同一豎直面內(nèi)，當(dāng)通電直導(dǎo)線中電流增大時，彈性圓環(huán)的面積S和橡皮繩的長度l將(　　) 圖8 A.S增

11、大，l變長 B.S減小，l變短 C.S增大，l變短 D.S減小，l變長 解析　當(dāng)通電直導(dǎo)線中電流增大時，穿過金屬圓環(huán)的磁通量增大，金屬圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流要阻礙磁通量的增大，一是用縮小面積的方式進行阻礙；二是用遠離直導(dǎo)線的方法進行阻礙，故選項D正確。 答案　D 3.(來拒去留)如圖9所示，金屬環(huán)水平固定放置，現(xiàn)將一豎直的條形磁鐵在圓環(huán)上方沿圓環(huán)軸線從靜止開始釋放，在條形磁鐵穿過圓環(huán)的過程中，條形磁鐵與圓環(huán)(　　) 圖9 A.始終相互吸引 B.始終相互排斥 C.先相互吸引，后相互排斥 D.先相互排斥，后相互吸引 解析　磁鐵靠近圓環(huán)的過程中

12、，穿過圓環(huán)的磁通量增加，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場阻礙穿過圓環(huán)的原磁通量的增加，與原磁場方向相反，如圖甲所示，二者之間是斥力；當(dāng)磁鐵穿過圓環(huán)下降離開圓環(huán)時，穿過圓環(huán)的磁通量減小，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場阻礙穿過圓環(huán)的磁通量的減小，二者方向相同，如圖乙所示，磁鐵與圓環(huán)之間是引力，因此選項D正確。 答案　D 4.(增遠減靠)(多選)如圖10所示，導(dǎo)軌間的磁場方向垂直于紙面向里，當(dāng)導(dǎo)線MN在導(dǎo)軌上向右加速滑動時，正對電磁鐵A的圓形金屬環(huán)B中(說明：導(dǎo)體棒切割磁感線速度越大，感應(yīng)電流越大)(　　) 圖10 A.MN受到的安培力方向水平向左 B.MN受到的安培力方向水平向

13、右 C.有感應(yīng)電流，且B被A吸引 D.有感應(yīng)電流，且B被A排斥 解析　MN向右加速滑動，根據(jù)右手定則，MN中的電流方向從N→M，且大小在逐漸變大，根據(jù)左手定則知MN受到的安培力方向水平向左，故選項A正確，B錯誤；根據(jù)安培定則知，電磁鐵A內(nèi)部的磁場方向向左，且大小逐漸增強，根據(jù)楞次定律知，B環(huán)中的感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向向右，B被A排斥，選項D正確，C錯誤。 答案　AD 5.(與楞次定律相結(jié)合的綜合應(yīng)用)如圖11所示，固定的水平長直導(dǎo)線中通有電流I，矩形線框與導(dǎo)線在同一豎直平面內(nèi)，且一邊與導(dǎo)線平行。線框由靜止釋放，在下落過程中(　　) 圖11 A.穿過線框的磁通量保持不變 B.

14、線框中感應(yīng)電流方向保持不變 C.線框所受安培力的合力為零 D.線框的機械能不斷增大 解析　線框在下落過程中，所在位置磁場減弱，穿過線框的磁感線的條數(shù)減少，磁通量減小，故選項A錯誤；下落過程中，因為磁通量隨線框下落而減小，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相同，所以感應(yīng)電流的方向不變，故選項B正確；線框左右兩邊受到的安培力互相抵消，上邊受到的安培力大于下邊受到的安培力，安培力合力不為零，故選項C錯誤；線框中產(chǎn)生電能，機械能減小，故選項D錯誤。 答案　B 基礎(chǔ)過關(guān) 1.如圖1所示，絕緣水平面上有兩個離得很近的導(dǎo)體環(huán)a、b。將條形磁鐵沿它們的正中向下移動(不到達該平面)，a、b

15、將如何移動(　　) 圖1 A.a、b將相互遠離 B.a、b將相互靠近 C.a、b將不動 D.無法判斷 解析　根據(jù)Φ＝BS，磁鐵向下移動過程中B增大，所以穿過每個環(huán)中的磁通量都有增大的趨勢，由于S不可改變，為阻礙磁通量增大，導(dǎo)體環(huán)應(yīng)該盡量遠離磁鐵，所以a、b將相互遠離，選項A正確。 答案　A 2.如圖2所示，在磁感應(yīng)強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中，有一質(zhì)量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質(zhì)細桿懸掛在O點，并可繞O點擺動。金屬線框從右側(cè)某一位置由靜止開始釋放，在擺動到左側(cè)最高點的過程中，細桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面。則線框中感應(yīng)電流的方

16、向是(　　) 圖2 A.a→b→c→d→a B.d→c→b→a→d C.先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→a D.先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d 解析　線框從右側(cè)開始由靜止釋放，穿過線框平面的磁通量逐漸減少，由楞次定律可得感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同，根據(jù)安培定則，感應(yīng)電流的方向為d→c→b→a→d；過O點后線框繼續(xù)向左擺動過程中，磁感線從反面穿入線框，穿過線框平面的磁通量逐漸增大，由楞次定律可得感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反，由安培定則可知感應(yīng)電流的方向仍為d→c→b→a→d，故選項B正確。 答案　B 3.如圖3所示，銅質(zhì)金屬環(huán)從條形磁

17、鐵的正上方由靜止開始下落，在下落過程中，下列判斷正確的是(　　) 圖3 A.金屬環(huán)在下落過程中的機械能守恒 B.金屬環(huán)在下落過程中動能的增加量小于其重力勢能的減少量 C.金屬環(huán)的機械能先減小后增大 D.磁鐵對桌面的壓力始終大于其自身的重力 解析　金屬環(huán)下落過程中，產(chǎn)生感應(yīng)電流，故機械能不守恒，選項A錯誤；且減少的重力勢能有一部分轉(zhuǎn)化為電能，選項B正確，C錯誤；在金屬環(huán)下落過程中，磁鐵與環(huán)產(chǎn)生相互作用，在磁鐵中心位置時，無相互作用力，此時磁鐵對桌面壓力等于自身重力，故選項D錯誤。 答案　B 4.如圖4所示，條形磁鐵從高h處自由下落，中途穿過一個固定的空心線圈，開關(guān)S斷開時，至

18、落地用時t1，落地時速度為v1；S閉合時，至落地用時t2，落地時速度為v2。則它們的大小關(guān)系正確的是(　　) 圖4 A.t1>t2，v1＞v2 B.t1＝t2，v1＝v2 C.t1＜t2，v1＜v2 D.t1＜t2，v1＞v2 解析　開關(guān)S斷開時，線圈中無感應(yīng)電流，對磁鐵無阻礙作用，故磁鐵自由下落，a＝g；當(dāng)S閉合時，線圈中有感應(yīng)電流，對磁鐵有阻礙作用，故a＜g。所以t1＜t2，v1＞v2，選項D正確。 答案　D 5.已知北半球地磁場的豎直分量向下。如圖5所示，在北京某中學(xué)實驗室的水平桌面上，放置邊長為L的正方形閉合導(dǎo)體線圈abcd，線圈的ab邊沿南北方向，ad邊沿東西方向

19、。下列說法正確的是(　　) 圖5 A.若使線圈向東平動，則b點的電勢比a點的電勢低 B.若使線圈向北平動，則a點的電勢比d點的電勢低 C.若以ab為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn)，則線圈中感應(yīng)電流方向為a→b→c→d→a D.若以ab為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn)，則線圈中感應(yīng)電流方向為a→d→c→b→a 解析　若使線圈向東平動，線圈的ab邊和cd邊切割磁感線，由右手定則知b(c)點電勢高于a(d)點電勢，選項A錯誤，同理知選項B錯誤；若以ab為軸將線圈向上翻轉(zhuǎn)，穿過線圈平面的磁通量變小，由楞次定律可知線圈中感應(yīng)電流方向為a→b→c→d→a，選項C正確，D錯誤。 答案　C 6.如圖6所示，兩個相同的

20、輕質(zhì)鋁環(huán)套在一根水平光滑絕緣桿上，當(dāng)一條形磁鐵向左運動靠近兩環(huán)時，兩環(huán)的運動情況是(　　) 圖6 A.同時向左運動，間距變大 B.同時向左運動，間距變小 C.同時向右運動，間距變小 D.同時向右運動，間距變大 解析　磁鐵向左運動，穿過兩環(huán)的磁通量都增加。根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場將阻礙原磁通量增加，所以兩者都向左運動。另外，兩環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相同，依據(jù)安培定則和左手定則可以判斷兩個環(huán)之間是相互吸引的，間距變小，所以選項A、C、D錯誤，B正確。 答案　B 能力提升 7.如圖7所示，勻強磁場垂直于豎直放置的金屬框abcd，若ab邊受豎直向上的磁場力作用，則線框可能的運動

21、情況是(　　) 圖7 A.向左平移進入磁場 B.向右平移離開磁場 C.沿豎直方向向上平移 D.沿豎直方向向下平移 解析　ab邊受豎直向上的磁場力的作用，根據(jù)左手定則判斷出ab邊中感應(yīng)電流的方向是a→b，再根據(jù)右手定則判斷線框ad邊向左平移切割磁感線，選項A正確。 答案　A 8.如圖8，通電導(dǎo)線MN與單匝矩形線圈abcd共面，位置靠近ab且相互絕緣。當(dāng)MN中電流突然減小時，線圈所受安培力的合力方向(　　) 圖8 A.向左 B.向右 C.垂直紙面向外 D.垂直紙面向里 解析　因為導(dǎo)線MN靠近ab，由圖可知，線圈中等效合磁場為垂直紙面向里，當(dāng)MN中電流減小時，由楞

22、次定律可知感應(yīng)電流的磁場阻礙磁通量的減小，故線圈向右運動，所受安培力的合力向右，故只有B項正確。 答案　B 9.如圖所9示，在載流直導(dǎo)線附近固定有兩平行光滑導(dǎo)軌A、B，導(dǎo)軌與直導(dǎo)線平行且在同一水平面內(nèi)，在導(dǎo)軌上有兩條可自由滑動的導(dǎo)體棒ab和cd。載流直導(dǎo)線中的電流逐漸增強時，導(dǎo)體棒ab和cd的運動情況是(　　) 圖9 A.一起向左運動 B.一起向右運動 C.ab和cd相向運動，相互靠近 D.ab和cd相背運動，相互遠離 解析　法一　電流增強時，電流在abdc回路中產(chǎn)生的垂直向里的磁場增強，回路磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知，回路產(chǎn)生逆時針方向電流；ab邊電流方向a→b，所

23、受安培力向右，cd邊電流方向d→c，所受安培力向左，故ab和cd相向運動，選項C正確。 法二　電流增強時，電流在abdc回路中產(chǎn)生的垂直向里的磁場增強，回路磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知，回路要減小面積以阻礙磁通量的增加(增縮減擴)，因此，兩導(dǎo)體棒要相向運動，相互靠攏，選項C正確。 答案　C 10.如圖10所示，A為水平放置的膠木圓盤，在其側(cè)面均勻分布著負電荷，在A的正上方用絕緣絲線懸掛一個金屬環(huán)B，使B的環(huán)面水平且與圓盤面平行，其軸線與膠木圓盤A的軸線OO′重合，現(xiàn)使膠木圓盤A由靜止開始繞其軸線OO′按箭頭所示方向加速轉(zhuǎn)動，則(　　) 圖10 A.金屬環(huán)B的面積有擴大的趨勢，絲線

24、受到的拉力增大 B.金屬環(huán)B的面積有縮小的趨勢，絲線受到的拉力減小 C.金屬環(huán)B的面積有擴大的趨勢，絲線受到的拉力減小 D.金屬環(huán)B的面積有縮小的趨勢，絲線受到的拉力增大 解析　膠木圓盤A由靜止開始繞其軸線OO′按箭頭所示方向加速轉(zhuǎn)動，形成環(huán)形電流，環(huán)形電流的大小增大，根據(jù)右手螺旋定則知，通過B的磁場方向向下，磁通量增大，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流引起的效果阻礙原磁通量的增大，知金屬環(huán)的面積有縮小的趨勢，且有向上的運動趨勢，所以絲線的拉力減小，故選項B正確，A、C、D錯誤。 答案　B 11.為了測量列車運行的速度和加速度大小，可采用如圖11甲所示的裝置，它由一塊安裝在列車車頭底部的強磁體和埋設(shè)在軌道地面的一組線圈及電流測量記錄儀組成(電流測量記錄儀未畫出)。當(dāng)列車經(jīng)過線圈上方時，線圈中產(chǎn)生的電流被記錄下來，P、Q為接測量儀器的端口。若俯視軌道平面磁場垂直地面向里(如圖乙)，則在列車經(jīng)過測量線圈的過程中，流經(jīng)線圈的電流方向為(　　) 圖11 A.始終逆時針方向 B.先順時針，再逆時針方向 C.先逆時針，再順時針方向 D.始終順時針方向 解析　在列車經(jīng)過線圈的上方時，由于列車上的磁場的方向向下，所以線圈內(nèi)的磁通量先增大后減小，根據(jù)楞次定律可知，線圈中的感應(yīng)電流的方向為先逆時針，再順時針方向，選項C正確。 答案　C