教科版高中物理選修3-2學案第一章電磁感應5習題課楞次定律的應用

學案5習題課：楞次定律的應用[學習目標定位]1.學習應用楞次定律的推論判斷感應電流的方向.2.理解安培定則、左手定則、右手定則和楞次定律的區(qū)別．1．應用楞次定律判斷感應電流方向的一般步驟是：(1)明確所研究的閉合電路，判斷原磁場的方向；(2)判斷閉合電路內原磁場的磁通量的變化情況；(3)由楞次定律判斷感應電流的磁場方向；(4)由安培定則根據(jù)感應電流的磁場方向，判斷出感應電流的方向．2．安培定則(右手螺旋定則)、右手定則、左手定則(1)判斷電流產生的磁場方向用安培定則．(2)判斷磁場對通電導體及運動電荷的作用力方向用左手定則．(3)判斷導體切割磁感線運動產生的感應電流方向用右手定則.一、“增反減同”法感應電流的磁場，總是阻礙引起感應電流的磁通量(原磁場磁通量)的變化．(1)當原磁場磁通量增加時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相反，(2)當原磁場磁通量減少時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相同．口訣記為“增反減同”．例1如圖1所示，一水平放置的矩形閉合線圈abcd在細長磁鐵的N極附近豎直下落，保持bc邊在紙?zhí)?，ab邊在紙內，由圖中位置Ⅰ經過位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ，這個過程中線圈的感應電流()圖1A．沿abcd流動B．沿dcba流動C．先沿abcd流動，后沿dcba流動D．先沿dcba流動，后沿abcd流動解析本題考查用楞次定律判斷感應電流的方向，關鍵要分析清楚矩形線圈由位置Ⅰ到位置Ⅱ和由位置Ⅱ到位置Ⅲ兩過程中，穿過線圈的磁感線方向相反．由條形磁鐵的磁場可知，線圈在位置Ⅱ時穿過閉合線圈的磁通量最小為零，線圈從位置Ⅰ到位置Ⅱ，從下向上穿過線圈的磁通量在減少，線圈從位置Ⅱ到位置Ⅲ，從上向下穿過線圈的磁通量在增加，根據(jù)楞次定律可知感應電流的方向是abcd.答案A二、“來拒去留”法由于磁場與導體的相對運動產生電磁感應現(xiàn)象時，產生的感應電流與磁場間有力的作用，這種力的作用會“阻礙”相對運動，簡稱口訣“來拒去留”．例2如圖2所示，當磁鐵突然向銅環(huán)運動時，銅環(huán)的運動情況是()圖2A．向右擺動 B．向左擺動C．靜止 D．無法判定解析本題可由兩種方法來解決：方法1：畫出磁鐵的磁感線分布，如圖甲所示，當磁鐵向銅環(huán)運動時，穿過銅環(huán)的磁通量增加，由楞次定律判斷出銅環(huán)中的感應電流方向如圖甲所示．分析銅環(huán)受安培力作用而運動時，可把銅環(huán)中的電流等效為多段直線電流元．取上、下兩小段電流元作為研究對象，由左手定則確定兩段電流元的受力，由此可推斷出整個銅環(huán)所受合力向右，故A正確．甲乙方法2(等效法)：磁鐵向右運動，使銅環(huán)產生的感應電流可等效為圖乙所示的條形磁鐵，兩磁鐵有排斥作用，故A正確．答案A三、“增縮減擴”法當閉合電路中有感應電流產生時，電路的各部分導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．口訣記為“增縮減擴”．例3如圖3所示，在載流直導線旁固定有兩平行光滑導軌A、B，導軌與直導線平行且在同一水平面內，在導軌上有兩可自由滑動的導體ab和cd.當載流直導線中的電流逐漸增強時，導體ab和cd的運動情況是()圖3A．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，相互遠離解析由于在閉合回路abcd中，ab和cd電流方向相反，所以兩導體運動方向一定相反，排除A、B；當載流直導線中的電流逐漸增強時，穿過閉合回路的磁通量增大，根據(jù)楞次定律，感應電流總是阻礙穿過回路磁通量的變化，所以兩導體相互靠近，減小面積，達到阻礙磁通量增大的目的．故選C.答案C四、“增離減靠”法發(fā)生電磁感應現(xiàn)象時，通過什么方式來“阻礙”原磁通量的變化要根據(jù)具體情況而定．可能是阻礙導體的相對運動，也可能是改變線圈的有效面積，還可能是通過遠離或靠近變化的磁場源來阻礙原磁通量的變化．即：(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．口訣記為“增離減靠”．例4一長直鐵芯上繞有一固定線圈M，鐵芯右端與一木質圓柱密接，木質圓柱上套有一閉合金屬環(huán)N，N可在木質圓柱上無摩擦移動，M連接在如圖4所示的電路中，其中R為滑動變阻器，E1和E2為直流電源，S為單刀雙擲開關，下列情況中，可觀測到N向左運動的是()圖4A．在S斷開的情況下，S向a閉合的瞬間B．在S斷開的情況下，S向b閉合的瞬間C．在S已向a閉合的情況下，將R的滑片向c端移動時D．在S已向a閉合的情況下，將R的滑片向d端移動時解析金屬環(huán)N向左運動，說明穿過N的磁通量在減小，說明線圈M中的電流在減小，只有選項C符合題意．答案C五、安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的區(qū)別應用1．右手定則是楞次定律的特殊情況(1)楞次定律的研究對象為整個閉合導體回路，適用于磁通量變化引起感應電流的各種情況．(2)右手定則的研究對象為閉合導體回路的一部分，適用于一段導線在磁場中做切割磁感線運動．2．區(qū)別安培定則、左手定則、右手定則的關鍵是抓住因果關系(1)因電而生磁(I→B)→安培定則．(判斷電流周圍磁感線的方向)(2)因動而生電(v、B→I感)→右手定則．(導體切割磁感線產生感應電流)(3)因電而受力(I、B→F安)→左手定則．(磁場對電流有作用力)例5如圖5所示，導軌間的磁場方向垂直于紙面向里．圓形金屬環(huán)B正對磁鐵A當導線MN在導軌上向右加速滑動時，下列說法正確的是()圖5A．MN中電流方向N→M，B被A吸引B．MN中電流方向N→M，B被A排斥C．MN中電流方向M→N，B被A吸引D．MN中電流方向M→N，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)安培定則知，電磁鐵A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)中的感應電流產生的磁場方向向右，B被A排斥，B正確，A、C、D錯誤．答案B1．(“來拒去留”法)如圖6所示，螺線管CD的導線繞法不明，當磁鐵AB插入螺線管時，閉合電路中有圖示方向的感應電流產生，下列關于螺線管磁場極性的判斷，正確的是()圖6A．C端一定是N極B．D端一定是N極C．C端的極性一定與磁鐵B端的極性相同D．因螺線管的繞法不明，故無法判斷極性答案C解析由“來拒去留”得磁鐵與螺線管之間產生相斥的作用，即螺線管的C端一定與磁鐵的B端極性相同，與螺線管的繞法無關．但因為磁鐵AB的N、S極性不明，所以螺線管CD兩端的極性也不能確定，所以A、B、D錯，C對．2．(“增縮減擴”法及“來拒去留”法)如圖7所示，水平桌面上放有一個閉合鋁環(huán)，在鋁環(huán)軸線上方有一個條形磁鐵．當條形磁鐵沿軸線豎直向下迅速移動時，下列判斷正確的是()圖7A．鋁環(huán)有收縮趨勢，對桌面壓力減小B．鋁環(huán)有收縮趨勢，對桌面壓力增大C．鋁環(huán)有擴張趨勢，對桌面壓力減小D．鋁環(huán)有擴張趨勢，對桌面壓力增大答案B解析根據(jù)楞次定律可知：當條形磁鐵沿軸線豎直向下迅速移動時，閉合鋁環(huán)內的磁通量增大，因此鋁環(huán)面積應有收縮的趨勢，同時將遠離磁鐵，故增大了和桌面的擠壓程度，從而使鋁環(huán)對桌面壓力增大，故B項正確．3．(“增離減靠”法)如圖8是某電磁沖擊鉆的原理圖，若突然發(fā)現(xiàn)鉆頭M向右運動，則可能是()圖8A．開關S閉合瞬間B．開關S由閉合到斷開的瞬間C．開關S已經是閉合的，滑動變阻器滑片P向左迅速滑動D．開關S已經是閉合的，滑動變阻器滑片P向右迅速滑動答案AC解析當開關突然閉合時，左線圈上有了電流，產生磁場，而對于右線圈來說，磁通量增加，產生感應電流，使鉆頭M向右運動，故A項正確；當開關S已經是閉合時，只有左側線圈電流增大才會導致鉆頭M向右運動，故C項正確．4．(安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的區(qū)別運用)如圖9所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒PQ、MN，當PQ在外力的作用下運動時，MN在磁場力的作用下向右運動，則PQ所做的運動可能是()圖9A．向右加速運動 B．向左加速運動C．向右減速運動 D．向左減速運動答案BC解析當PQ向右運動時，用右手定則可判定PQ中感應電流的方向是由Q→P，由安培定則可知穿過L1的磁場方向是自下而上的；若PQ向右加速運動，則穿過L1的磁通量增加，用楞次定律可以判斷流過MN的感應電流是從N→M的，用左手定則可判定MN受到向左的安培力，將向左運動，可見選項A錯誤；若PQ向右減速運動，流過MN的感應電流方向、MN所受的安培力的方向均將反向，MN向右運動，所以選項C正確；同理可判斷選項B正確，選項D錯誤．題組一“來拒去留”法1．如圖1所示，線圈兩端與電阻相連構成閉合回路，在線圈上方有一豎直放置的條形磁鐵，磁鐵的N極朝下．在磁鐵的N極向下靠近線圈的過程中()圖1A．通過電阻的感應電流方向由a到b，線圈與磁鐵相互排斥B．通過電阻的感應電流方向由b到a，線圈與磁鐵相互排斥C．通過電阻的感應電流方向由a到b，線圈與磁鐵相互吸引D．通過電阻的感應電流方向由b到a，線圈與磁鐵相互吸引答案B解析根據(jù)楞次定律，感應電流的磁場總是阻礙磁通量的變化，因此阻礙條形磁鐵的下落，即來拒去留，同名磁極相斥，所以線圈上端為N極，根據(jù)安培定則判斷線圈電流方向向下，線圈下端為正極，上端為負極，電流方向從下端由b經電阻到a再回到線圈負極，B對．2.如圖2所示，一質量為m的條形磁鐵用細線懸掛在天花板上，細線從一水平金屬圓環(huán)中穿過．現(xiàn)將環(huán)從位置Ⅰ釋放，經過磁鐵到達位置Ⅱ，設環(huán)經過磁鐵上端和下端附近時細線的張力分別為T1和T2，重力加速度大小為g，則()圖2A．T1＞mg，T2＞mg B．T1＜mg，T2＜mgC．T1＞mg，T2＜mg D．T1＜mg，T2＞mg答案A解析當環(huán)經過磁鐵上端，穿過環(huán)的磁通量增加，圓環(huán)中的感應電流的磁場要阻礙其磁通量增加，所以磁鐵對線圈有向上的斥力作用，由牛頓第三定律，環(huán)對磁鐵有向下的斥力作用，使得細線對磁鐵的拉力大于磁鐵的重力，即T1＞mg；同理，當圓環(huán)經過磁鐵下端時，穿過環(huán)的磁通量減小，圓環(huán)中的感應電流的磁場要阻礙其磁通量減小，所以磁鐵對環(huán)有向上的吸引力作用，由牛頓第三定律，則環(huán)對磁鐵有向下的吸引力作用，使得細線對磁鐵的拉力大于磁鐵的重力，即T2＞mg，選項A正確．3．如圖3所示，粗糙水平桌面上有一質量為m的銅質矩形線圈．當一豎直放置的條形磁鐵從線圈中線AB正上方快速經過時，若線圈始終不動，則關于線圈受到的支持力N及在水平方向運動趨勢的正確判斷是()圖3A．N先小于mg后大于mg，運動趨勢向左B．N先大于mg后小于mg，運動趨勢向左C．N先小于mg后大于mg，運動趨勢向右D．N先大于mg后小于mg，運動趨勢向右答案D解析條形磁鐵從線圈正上方由左向右運動的過程中，線圈中的磁通量先增大后減小，根據(jù)楞次定律的第二種描述：“來拒去留”可知，線圈先有向下和向右的趨勢，后有向上和向右的趨勢；故線圈受到的支持力先大于重力后小于重力；運動趨勢向右．故選D.4．如圖4所示，兩個相同的輕質鋁環(huán)套在一根水平光滑絕緣桿上，當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4A．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，間距變大答案B解析磁鐵向左運動，穿過兩環(huán)的磁通量均增加．根據(jù)楞次定律，感應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)產生的感應電流方向相同，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，所以選項A、C、D錯誤，B正確．題組二“增縮減擴”法5．如圖5所示，在水平面上有一固定的導軌，導軌為U形金屬框架，框架上放置一金屬桿ab，不計摩擦，在豎直方向上有勻強磁場，則()圖5A．若磁場方向豎直向上并增強時，桿ab將向右移動B．若磁場方向豎直向上并減弱時，桿ab將向右移動C．若磁場方向豎直向下并增強時，桿ab將向右移動D．若磁場方向豎直向下并減弱時，桿ab將向右移動答案BD解析不管磁場方向豎直向上還是豎直向下，當磁感應強度增大時，回路中磁通量變大，由楞次定律知桿ab將向左移動，反之，桿ab將向右移動，選項B、D正確．6.如圖6所示，光滑固定金屬導軌M、N水平放置，兩根導體棒P、Q平行放在導軌上，形成閉合回路．當一條形磁鐵從上方向下迅速接近回路時，可動的兩導體棒P、Q將()圖6A．保持不動 B．相互遠離C．相互靠近 D．無法判斷答案C解析效果法：四根導體組成閉合回路，當磁鐵迅速接近回路時，不管是N極向下還是S極向下，穿過回路的磁通量都增加，閉合回路中產生感應電流，感應電流將“阻礙”原磁通量的增加，怎樣來阻礙增加呢？可動的兩根導體只能用減小回路面積的方法來阻礙原磁通量的增加，得到的結論是P、Q相互靠近，選項C正確．還可以用常規(guī)法，根據(jù)導體受磁場力的方向來判斷．7．如圖7所示，ab是一個可繞垂直于紙面的軸O轉動的閉合矩形導線框，當滑動變阻器R的滑片自左向右滑動時，線框ab的運動情況是()圖7A．保持靜止不動B．逆時針轉動C．順時針轉動D．發(fā)生轉動，但電源極性不明，無法確定轉動的方向答案C解析根據(jù)題圖所示電路，線框ab所處位置的磁場是水平方向的，當滑動變阻器的滑片向右滑動時，電路中電阻增大，電流減弱，則穿過閉合導線框ab的磁通量將減少．Φ＝BSsinθ，θ為線圈平面與磁場方向的夾角，根據(jù)楞次定律，感應電流的磁場將阻礙原來磁場的變化，則線框ab只有順時針旋轉使θ角增大，而使穿過線圈的磁通量增加，則C正確．注意此題并不需要明確電源的極性．題組三“增離減靠”法8.如圖8所示，一個有彈性的金屬線圈被一根橡皮繩吊于通電直導線的正下方，直導線與線圈在同一豎直面內，當通電直導線中電流增大時，彈性線圈的面積S和橡皮繩的長度l將()圖8A．S增大，l變長 B．S減小，l變短C．S增大，l變短 D．S減小，l變長答案D解析當通電直導線中電流增大時，穿過金屬線圈的磁通量增大，金屬線圈中產生感應電流，根據(jù)楞次定律，感應電流要阻礙原磁通量的增大：一是用縮小面積的方式進行阻礙；二是用遠離直導線的方法進行阻礙，故D正確．9．如圖9所示，A為水平放置的膠木圓盤，在其側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圓環(huán)B，使B的環(huán)面水平且與圓盤面平行，其軸線與膠木盤A的軸線OO′重合，現(xiàn)使膠木盤A由靜止開始繞其軸線OO′按箭頭所示方向加速轉動，則()圖9A．金屬環(huán)B的面積有擴大的趨勢，絲線受到的拉力增大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答案B解析膠木盤A由靜止開始繞其軸線OO′按箭頭所示方向加速轉動，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的磁通量向下，且增大，根據(jù)楞次定律的另一種表述，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?。蔅正確，A、C、D錯誤．10.如圖10所示，通電螺線管兩側各懸掛一個小銅環(huán)，銅環(huán)平面與螺線管截面平行，當電鍵S接通瞬間，兩銅環(huán)的運動情況是()圖10A．同時向兩側推開B．同時向螺線管靠攏C．一個被推開，一個被吸引，但因電流正負極未知，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，無法具體判斷答案A解析當電鍵S接通瞬間，小銅環(huán)中磁通量從無到有，根據(jù)楞次定律，感應電流的磁場要阻礙磁通量的增加，則兩環(huán)將向兩側運動．故A正確．題組四安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的區(qū)別運用11．如圖11所示，導