2018版高中物理第2章楞次定律和自感現(xiàn)象2.1感應(yīng)電流的方向?qū)W案魯科版選修.docx

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第1講　感應(yīng)電流的方向 [目標(biāo)定位]　1.理解楞次定律的內(nèi)容，應(yīng)用楞次定律判定感應(yīng)電流的方向.2.通過實(shí)驗(yàn)，感受楞次定律的實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)過程，逐漸培養(yǎng)自己的觀察實(shí)驗(yàn)、分析、歸納、總結(jié)物理規(guī)律的能力.3.掌握右手定則，知道右手定則實(shí)際上是楞次定律的一種表現(xiàn)形式． 一、探究感應(yīng)電流的方向 1．實(shí)驗(yàn)探究 如圖1(a)所示，將螺線管與電流表組成閉合回路，分別將N極、S極插入、抽出線圈，記錄感應(yīng)電流方向如下，如圖1(b)所示 圖1 2．分析 操作方法 填寫內(nèi)容　　 甲 乙 丙 丁 N極插入線圈 N極拔出線圈 S極插入線圈 S極拔出線圈 原來磁場(chǎng)的方向 向下 向下 向上 向上 原來磁場(chǎng)的磁通量變化 增大 減小 增大 減小 感應(yīng)電流方向 逆時(shí)針(俯視) 順時(shí)針(俯視) 順時(shí)針(俯視) 逆時(shí)針(俯視) 感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向 向上 向下 向下 向上 原磁場(chǎng)與感應(yīng)磁場(chǎng)方向的關(guān)系 相反 相同 相反 相同 想一想　比較甲、丙兩種情況說明什么？比較乙、丁兩種情況說明什么？什么情況下感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)的方向相反？什么情況下相同？ 答案　甲、丙兩種情況下，磁通量都增大，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反；乙、丁兩種情況下，磁通量都減小，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同． 二、楞次定律 當(dāng)線圈內(nèi)磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反，阻礙磁通量的增加；當(dāng)線圈內(nèi)磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同，阻礙磁通量的減少．感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化． 三、右手定則 1．使用范圍：判定導(dǎo)線切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)感應(yīng)電流的方向． 2．使用方法：伸出右手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使拇指指向?qū)Ь€運(yùn)動(dòng)的方向，這時(shí)四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向. 一、楞次定律中阻礙的含義 1．因果關(guān)系 閉合導(dǎo)體回路中原磁通量的變化是產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，而感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的出現(xiàn)是感應(yīng)電流存在的結(jié)果． 2．對(duì)“阻礙”的理解 3．“阻礙”的表現(xiàn)形式 (1)就磁通量而言，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙原磁場(chǎng)磁通量的變化(增反減同)． (2)由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的電磁感應(yīng)現(xiàn)象，感應(yīng)電流的效果是阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)(來拒去留)． (3)電磁感應(yīng)致使回路面積有變化趨勢(shì)時(shí)，則面積收縮或擴(kuò)張是為了阻礙回路磁通量的變化(增縮減擴(kuò))． 例1　如圖2所示，磁場(chǎng)垂直于紙面，磁感應(yīng)強(qiáng)度在豎直方向均勻分布，水平方向非均勻分布．一銅制圓環(huán)用絲線懸掛于O點(diǎn)，將圓環(huán)拉至位置a后無初速度釋放，在圓環(huán)從a擺向b的過程中(　　) 圖2 A．感應(yīng)電流方向先逆時(shí)針后順時(shí)針再逆時(shí)針 B．感應(yīng)電流方向一直是逆時(shí)針 C．感應(yīng)電流方向先順時(shí)針后逆時(shí)針再順時(shí)針 D．感應(yīng)電流方向一直是順時(shí)針 答案　A 解析　在豎直虛線左側(cè)，圓環(huán)向右擺時(shí)磁通量增加，由楞次定律可判斷，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相反，由安培定則可知感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向；擺過豎直虛線時(shí)，環(huán)中磁通量左減右增相當(dāng)于方向向外的增大，因此感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向；在豎直虛線右側(cè)向右擺動(dòng)時(shí)，環(huán)中磁通量減小，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)同向，可知感應(yīng)電流為逆時(shí)針方向，因此只有A項(xiàng)正確． 二、楞次定律的應(yīng)用 楞次定律的應(yīng)用步驟如下： 例2　如圖3所示，一對(duì)大磁極，中間處可視為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，上、下邊緣處為非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，一矩形導(dǎo)線框abcd保持水平，從兩磁極間中心上方某處開始下落，并穿過磁場(chǎng)，則(　　) 圖3 A．線框中有感應(yīng)電流，方向是先沿a→b→c→d→a方向后沿d→c→b→a→d方向 B．線框中有感應(yīng)電流，方向是先沿d→c→b→a→d方向后沿a→b→c→d→a方向 C．受磁場(chǎng)的作用，線框要發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng) D．線框中始終沒有感應(yīng)電流 答案　D 解析　由于線框從兩極間中心上方某處開始下落，根據(jù)對(duì)稱性知，下落過程中穿過線框abcd的磁通量始終是零，沒有變化，所以始終沒有感應(yīng)電流，因此不會(huì)受磁場(chǎng)的作用，故選項(xiàng)D正確． 針對(duì)訓(xùn)練1　某磁場(chǎng)磁感線如圖4所示，有一銅線圈自圖示A處落至B處，在下落過程中，自上向下看，線圈中感應(yīng)電流的方向是(　　) 圖4 A．始終順時(shí)針 B．始終逆時(shí)針 C．先順時(shí)針再逆時(shí)針 D．先逆時(shí)針再順時(shí)針 答案　C 解析　自A落至圖示位置時(shí)，穿過線圈的磁通量增加，磁場(chǎng)方向向上，則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與之相反，即向下，故可由安培定則判斷線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)轫槙r(shí)針；自圖示位置落至B點(diǎn)時(shí)，穿過線圈的磁通量減少，磁場(chǎng)方向向上，則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與之相同，即向上，故可由安培定則判斷線圈中感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針，選C. 三、右手定則的應(yīng)用 1．導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電流是磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電流的特例，所以右手定則是楞次定律的特例． (1)楞次定律研究對(duì)象是整個(gè)回路，適用于各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象，對(duì)于磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間t變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象較方便． (2)右手定則研究對(duì)象是閉合電路的部分導(dǎo)體，只適用于導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情況． 2．當(dāng)切割磁感線時(shí)四指的指向就是感應(yīng)電流的方向，即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向(在等效電源的內(nèi)部從負(fù)極指向正極)． 例3　下圖表示閉合電路中的一部分導(dǎo)體ab在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情景，其中能產(chǎn)生由a到b的感應(yīng)電流的是(　　) 答案　A 解析　由右手定則判知，A中感應(yīng)電流方向a→b，C、D中均為b→a.B中感應(yīng)電流產(chǎn)生由b→a，所以選A. 針對(duì)訓(xùn)練2　如圖5所示，一個(gè)有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)方向垂直紙面向外，一個(gè)矩形閉合導(dǎo)線框abcd，沿紙面由位置1(左)勻速運(yùn)動(dòng)到位置2(右)，則(　　) 圖5 A．導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，感應(yīng)電流的方向?yàn)閍→b→c→d→a B．導(dǎo)線框離開磁場(chǎng)時(shí)，感應(yīng)電流方向?yàn)閍→d→c→b→a C．導(dǎo)線框離開磁場(chǎng)時(shí)，受到的安培力方向水平向右 D．導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，受到的安培力方向水平向左 答案　D 解析　根據(jù)右手定則可知導(dǎo)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)，感應(yīng)電流的方向?yàn)閍→d→c→b→a，離開磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流為a→b→c→d→a，所以A、B均錯(cuò)誤；再根據(jù)左手定則知，C錯(cuò)誤，D正確. 楞次定律的應(yīng)用 1．如圖6所示，一根條形磁鐵自左向右穿過一個(gè)閉合螺線管，則流過靈敏電流計(jì)的感應(yīng)電流方向是(　　) 圖6 A．始終由a流向b B．始終由b流向a C．先由a流向b，再由b流向a D．先由b流向a，再由a流向b 答案　D 解析　條形磁鐵從左向右進(jìn)入螺線管的過程中，原磁場(chǎng)方向向左，且磁通量在增加，由楞次定律知，感應(yīng)磁場(chǎng)方向向右，由安培定則，知感應(yīng)電流的方向?yàn)閎→電流計(jì)→a；條形磁鐵從螺線管右側(cè)穿出的過程中，原磁場(chǎng)方向向左，且磁通量在減少，由楞次定律知，感應(yīng)磁場(chǎng)方向向左，由安培定則，知感應(yīng)電流的方向?yàn)閍→電流計(jì)→b，D項(xiàng)正確，A、B、C項(xiàng)錯(cuò)誤． 2．(2016北京西城月考)如圖所示，一個(gè)閉合導(dǎo)體圓環(huán)固定在水平桌面上，一根條形磁鐵沿圓環(huán)的軸線運(yùn)動(dòng)，使圓環(huán)內(nèi)產(chǎn)生了感應(yīng)電流．下列四幅圖中，產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向與條形磁鐵的運(yùn)動(dòng)情況相吻合(　　) 答案　D 解析　A項(xiàng)中S極上升，穿過圓環(huán)的原磁場(chǎng)方向向上，在磁鐵遠(yuǎn)離圓環(huán)時(shí)，穿過圓環(huán)的磁通量減少，由楞次定律知，從上向下看，圓環(huán)中的感應(yīng)電流沿逆時(shí)針方向，A項(xiàng)錯(cuò)誤；B項(xiàng)中S極下降，穿過圓環(huán)的原磁場(chǎng)方向向上，在磁鐵靠近圓環(huán)時(shí)，穿過圓環(huán)的磁通量增加，由楞次定律知，從上向下看，圓環(huán)中的感應(yīng)電流沿順時(shí)針方向，B項(xiàng)錯(cuò)誤；C項(xiàng)中N極上升，穿過圓環(huán)的原磁場(chǎng)方向向下，在磁鐵遠(yuǎn)離圓環(huán)時(shí)，穿過圓環(huán)的磁通量減少，由楞次定律知，從上向下看，圓環(huán)中的感應(yīng)電流沿順時(shí)針方向，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D項(xiàng)中N極下降，穿過圓環(huán)的原磁場(chǎng)方向向下，在磁鐵靠近圓環(huán)時(shí)，穿過圓環(huán)的磁通量增大，由楞次定律知，從上向下看，圓環(huán)中的感應(yīng)電流沿逆時(shí)針方向，D項(xiàng)正確． 右手定則的應(yīng)用 3.如圖7所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)與圓形導(dǎo)體環(huán)平面垂直，導(dǎo)體ef與環(huán)接觸良好，當(dāng)ef向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)(　　) 圖7 A．圓環(huán)中磁通量不變，環(huán)上無感應(yīng)電流產(chǎn)生 B．整個(gè)環(huán)中有順時(shí)針方向的電流 C．整個(gè)環(huán)中有逆時(shí)針方向的電流 D．環(huán)的右側(cè)有逆時(shí)針方向的電流，環(huán)的左側(cè)有順時(shí)針方向的電流 答案　D 解析　由右手定則知ef上的電流由e→f，故環(huán)的右側(cè)的電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，環(huán)的左側(cè)的電流方向?yàn)轫槙r(shí)針，選D. 4.如圖8所示，光滑平行金屬導(dǎo)軌PP′和QQ′，都處于同一水平面內(nèi)，P和Q之間連接一電阻R，整個(gè)裝置處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，現(xiàn)在垂直于導(dǎo)軌放置一根導(dǎo)體棒MN，用一水平向右的力F拉動(dòng)導(dǎo)體棒MN，以下關(guān)于導(dǎo)體棒MN中感應(yīng)電流方向和它所受安培力的方向的說法正確的是(　　) 圖8 A．感應(yīng)電流方向是N→M　　 B．感應(yīng)電流方向是M→N C．安培力水平向左 D．安培力水平向右 答案　AC 解析　方法1：由右手定則易知，MN中感應(yīng)電流方向是N→M，再由左手定則可判知，MN所受安培力方向垂直棒水平向左． 方法2：由楞次定律知，本題中感應(yīng)電流是由于MN相對(duì)于磁場(chǎng)向右運(yùn)動(dòng)引起的，則安培力必然阻礙這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由安培力方向既垂直于電流方向又垂直于磁場(chǎng)方向可判知，MN所受安培力方向必然垂直于MN水平向左，再由左手定則，容易判斷出感應(yīng)電流的方向是N→M.故選A、C.