2018版高中物理第2章楞次定律和自感現(xiàn)象2.1感應電流的方向學案魯科版選修3 .docx

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第1講　感應電流的方向 [目標定位]　1.理解楞次定律的內容，應用楞次定律判定感應電流的方向.2.通過實驗，感受楞次定律的實驗推導過程，逐漸培養(yǎng)自己的觀察實驗、分析、歸納、總結物理規(guī)律的能力.3.掌握右手定則，知道右手定則實際上是楞次定律的一種表現(xiàn)形式． 一、探究感應電流的方向 1．實驗探究 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，記錄感應電流方向如下，如圖1(b)所示 圖1 2．分析 操作方法 填寫內容　　 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 原來磁場的方向 向下 向下 向上 向上 原來磁場的磁通量變化 增大 減小 增大 減小 感應電流方向 逆時針(俯視) 順時針(俯視) 順時針(俯視) 逆時針(俯視) 感應電流的磁場方向 向上 向下 向下 向上 原磁場與感應磁場方向的關系 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？什么情況下感應電流的磁場方向與原磁場的方向相反？什么情況下相同？ 答案　甲、丙兩種情況下，磁通量都增大，感應電流的磁場方向與原磁場方向相反；乙、丁兩種情況下，磁通量都減小，感應電流的磁場方向與原磁場方向相同． 二、楞次定律 當線圈內磁通量增加時，感應電流的磁場與原磁場方向相反，阻礙磁通量的增加；當線圈內磁通量減少時，感應電流的磁場與原磁場方向相同，阻礙磁通量的減少．感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化． 三、右手定則 1．使用范圍：判定導線切割磁感線運動時感應電流的方向． 2．使用方法：伸出右手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一個平面內；讓磁感線從掌心進入，并使拇指指向導線運動的方向，這時四指所指的方向就是感應電流的方向. 一、楞次定律中阻礙的含義 1．因果關系 閉合導體回路中原磁通量的變化是產生感應電流的原因，而感應電流的磁場的出現(xiàn)是感應電流存在的結果． 2．對“阻礙”的理解 3．“阻礙”的表現(xiàn)形式 (1)就磁通量而言，感應電流的磁場總是阻礙原磁場磁通量的變化(增反減同)． (2)由于相對運動導致的電磁感應現(xiàn)象，感應電流的效果是阻礙相對運動(來拒去留)． (3)電磁感應致使回路面積有變化趨勢時，則面積收縮或擴張是為了阻礙回路磁通量的變化(增縮減擴)． 例1　如圖2所示，磁場垂直于紙面，磁感應強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，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．感應電流方向先逆時針后順時針再逆時針 B．感應電流方向一直是逆時針 C．感應電流方向先順時針后逆時針再順時針 D．感應電流方向一直是順時針 答案　A 解析　在豎直虛線左側，圓環(huán)向右擺時磁通量增加，由楞次定律可判斷，感應電流產生的磁場方向與原磁場方向相反，由安培定則可知感應電流方向為逆時針方向；擺過豎直虛線時，環(huán)中磁通量左減右增相當于方向向外的增大，因此感應電流方向為順時針方向；在豎直虛線右側向右擺動時，環(huán)中磁通量減小，感應電流的磁場與原磁場同向，可知感應電流為逆時針方向，因此只有A項正確． 二、楞次定律的應用 楞次定律的應用步驟如下： 例2　如圖3所示，一對大磁極，中間處可視為勻強磁場，上、下邊緣處為非勻強磁場，一矩形導線框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，則(　　) 圖3 A．線框中有感應電流，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．受磁場的作用，線框要發(fā)生轉動 D．線框中始終沒有感應電流 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，所以始終沒有感應電流，因此不會受磁場的作用，故選項D正確． 針對訓練1　某磁場磁感線如圖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，線圈中感應電流的方向是(　　) 圖4 A．始終順時針 B．始終逆時針 C．先順時針再逆時針 D．先逆時針再順時針 答案　C 解析　自A落至圖示位置時，穿過線圈的磁通量增加，磁場方向向上，則感應電流的磁場方向與之相反，即向下，故可由安培定則判斷線圈中感應電流的方向為順時針；自圖示位置落至B點時，穿過線圈的磁通量減少，磁場方向向上，則感應電流的磁場方向與之相同，即向上，故可由安培定則判斷線圈中感應電流的方向為逆時針，選C. 三、右手定則的應用 1．導體切割磁感線運動產生感應電流是磁通量發(fā)生變化產生感應電流的特例，所以右手定則是楞次定律的特例． (1)楞次定律研究對象是整個回路，適用于各種電磁感應現(xiàn)象，對于磁感應強度B隨時間t變化而產生的電磁感應現(xiàn)象較方便． (2)右手定則研究對象是閉合電路的部分導體，只適用于導體做切割磁感線運動的情況． 2．當切割磁感線時四指的指向就是感應電流的方向，即感應電動勢的方向(在等效電源的內部從負極指向正極)． 例3　下圖表示閉合電路中的一部分導體ab在磁場中做切割磁感線運動的情景，其中能產生由a到b的感應電流的是(　　) 答案　A 解析　由右手定則判知，A中感應電流方向a→b，C、D中均為b→a.B中感應電流產生由b→a，所以選A. 針對訓練2　如圖5所示，一個有界勻強磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向外，一個矩形閉合導線框abcd，沿紙面由位置1(左)勻速運動到位置2(右)，則(　　) 圖5 A．導線框進入磁場時，感應電流的方向為a→b→c→d→a B．導線框離開磁場時，感應電流方向為a→d→c→b→a C．導線框離開磁場時，受到的安培力方向水平向右 D．導線框進入磁場時，受到的安培力方向水平向左 答案　D 解析　根據(jù)右手定則可知導線框進入磁場時，感應電流的方向為a→d→c→b→a，離開磁場時感應電流為a→b→c→d→a，所以A、B均錯誤；再根據(jù)左手定則知，C錯誤，D正確. 楞次定律的應用 1．如圖6所示，一根條形磁鐵自左向右穿過一個閉合螺線管，則流過靈敏電流計的感應電流方向是(　　) 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入螺線管的過程中，原磁場方向向左，且磁通量在增加，由楞次定律知，感應磁場方向向右，由安培定則，知感應電流的方向為b→電流計→a；條形磁鐵從螺線管右側穿出的過程中，原磁場方向向左，且磁通量在減少，由楞次定律知，感應磁場方向向左，由安培定則，知感應電流的方向為a→電流計→b，D項正確，A、B、C項錯誤． 2．(2016北京西城月考)如圖所示，一個閉合導體圓環(huán)固定在水平桌面上，一根條形磁鐵沿圓環(huán)的軸線運動，使圓環(huán)內產生了感應電流．下列四幅圖中，產生的感應電流方向與條形磁鐵的運動情況相吻合(　　) 答案　D 解析　A項中S極上升，穿過圓環(huán)的原磁場方向向上，在磁鐵遠離圓環(huán)時，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)中的感應電流沿逆時針方向，A項錯誤；B項中S極下降，穿過圓環(huán)的原磁場方向向上，在磁鐵靠近圓環(huán)時，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)中的感應電流沿順時針方向，B項錯誤；C項中N極上升，穿過圓環(huán)的原磁場方向向下，在磁鐵遠離圓環(huán)時，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)中的感應電流沿順時針方向，C項錯誤；D項中N極下降，穿過圓環(huán)的原磁場方向向下，在磁鐵靠近圓環(huán)時，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)中的感應電流沿逆時針方向，D項正確． 右手定則的應用 3.如圖7所示，勻強磁場與圓形導體環(huán)平面垂直，導體ef與環(huán)接觸良好，當ef向右勻速運動時(　　) 圖7 A．圓環(huán)中磁通量不變，環(huán)上無感應電流產生 B．整個環(huán)中有順時針方向的電流 C．整個環(huán)中有逆時針方向的電流 D．環(huán)的右側有逆時針方向的電流，環(huán)的左側有順時針方向的電流 答案　D 解析　由右手定則知ef上的電流由e→f，故環(huán)的右側的電流方向為逆時針，環(huán)的左側的電流方向為順時針，選D. 4.如圖8所示，光滑平行金屬導軌PP′和QQ′，都處于同一水平面內，P和Q之間連接一電阻R，整個裝置處于豎直向下的勻強磁場中，現(xiàn)在垂直于導軌放置一根導體棒MN，用一水平向右的力F拉動導體棒MN，以下關于導體棒MN中感應電流方向和它所受安培力的方向的說法正確的是(　　) 圖8 A．感應電流方向是N→M　　 B．感應電流方向是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，本題中感應電流是由于MN相對于磁場向右運動引起的，則安培力必然阻礙這種相對運動，由安培力方向既垂直于電流方向又垂直于磁場方向可判知，MN所受安培力方向必然垂直于MN水平向左，再由左手定則，容易判斷出感應電流的方向是N→M.故選A、C.