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學(xué)案5習(xí)題課:楞次定律的應(yīng)用[學(xué)習(xí)目標(biāo)定位]1.學(xué)習(xí)應(yīng)用楞次定律的推論判斷感應(yīng)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(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)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(nèi)原磁場的磁通量的變化情況;(3)由楞次定律判斷感應(yīng)電流的磁場方向;(4)由安培定則根據(jù)感應(yīng)電流的磁場方向,判斷出感應(yīng)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(chǎn)生的磁場方向用安培定則.(2)判斷磁場對通電導(dǎo)體及運動電荷的作用力方向用左手定則.(3)判斷導(dǎo)體切割磁感線運動產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向用右手定則.一、“增反減同”法感應(yīng)電流的磁場,總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量(原磁場磁通量)的變化.(1)當(dāng)原磁場磁通量增加時,感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反,(2)當(dāng)原磁場磁通量減少時,感應(yīng)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(xì)長磁鐵的N極附近豎直下落,保持bc邊在紙?zhí)?,ab邊在紙內(nèi),由圖中位置Ⅰ經(jīng)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(yīng)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(yīng)電流的方向,關(guān)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(yīng)電流的方向是abcd.答案A二、“來拒去留”法由于磁場與導(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(dāng)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(dāng)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(yīng)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(chǎn)生的感應(yīng)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(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.口訣記為“增縮減擴”.例3如圖3所示,在載流直導(dǎo)線旁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)軌上有兩可自由滑動的導(dǎo)體ab和cd.當(dāng)載流直導(dǎo)線中的電流逐漸增強時,導(dǎo)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.a(chǎn)b和cd相向運動,相互靠近D.a(chǎn)b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(dǎo)體運動方向一定相反,排除A、B;當(dāng)載流直導(dǎo)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(yīng)電流總是阻礙穿過回路磁通量的變化,所以兩導(dǎo)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(yīng)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(dǎo)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(zhì)圓柱密接,木質(zhì)圓柱上套有一閉合金屬環(huán)N,N可在木質(zhì)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(guān),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(yīng)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(dǎo)體回路,適用于磁通量變化引起感應(yīng)電流的各種情況.(2)右手定則的研究對象為閉合導(dǎo)體回路的一部分,適用于一段導(dǎo)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(guān)鍵是抓住因果關(guān)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(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)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(dǎo)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(dāng)導(dǎo)線MN在導(dǎo)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(yīng)電流產(chǎn)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(dǎo)線繞法不明,當(dāng)磁鐵AB插入螺線管時,閉合電路中有圖示方向的感應(yīng)電流產(chǎn)生,下列關(guān)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(chǎn)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(guān).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(dāng)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(dāng)條形磁鐵沿軸線豎直向下迅速移動時,閉合鋁環(huán)內(nèi)的磁通量增大,因此鋁環(huán)面積應(yīng)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(guān)S閉合瞬間B.開關(guān)S由閉合到斷開的瞬間C.開關(guān)S已經(jīng)是閉合的,滑動變阻器滑片P向左迅速滑動D.開關(guān)S已經(jīng)是閉合的,滑動變阻器滑片P向右迅速滑動答案AC解析當(dāng)開關(guān)突然閉合時,左線圈上有了電流,產(chǎn)生磁場,而對于右線圈來說,磁通量增加,產(chǎn)生感應(yīng)電流,使鉆頭M向右運動,故A項正確;當(dāng)開關(guān)S已經(jīng)是閉合時,只有左側(cè)線圈電流增大才會導(dǎo)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(dāng)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(dāng)PQ向右運動時,用右手定則可判定PQ中感應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(gòu)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(fù)極,電流方向從下端由b經(jīng)電阻到a再回到線圈負(fù)極,B對.2.如圖2所示,一質(zhì)量為m的條形磁鐵用細(xì)線懸掛在天花板上,細(xì)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(jīng)過磁鐵到達位置Ⅱ,設(shè)環(huán)經(jīng)過磁鐵上端和下端附近時細(xì)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(dāng)環(huán)經(jīng)過磁鐵上端,穿過環(huán)的磁通量增加,圓環(huán)中的感應(yīng)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(xì)線對磁鐵的拉力大于磁鐵的重力,即T1>mg;同理,當(dāng)圓環(huán)經(jīng)過磁鐵下端時,穿過環(huán)的磁通量減小,圓環(huán)中的感應(yīng)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(xì)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(zhì)量為m的銅質(zhì)矩形線圈.當(dāng)一豎直放置的條形磁鐵從線圈中線AB正上方快速經(jīng)過時,若線圈始終不動,則關(guān)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(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(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,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(dǎo)軌,導(dǎo)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(dāng)磁感應(yīng)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(dǎo)軌M、N水平放置,兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放在導(dǎo)軌上,形成閉合回路.當(dāng)一條形磁鐵從上方向下迅速接近回路時,可動的兩導(dǎo)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(dǎo)體組成閉合回路,當(dāng)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(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)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(dǎo)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(jié)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(dǎo)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(zhuǎn)動的閉合矩形導(dǎo)線框,當(dāng)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(zhuǎn)動C.順時針轉(zhuǎn)動D.發(fā)生轉(zhuǎn)動,但電源極性不明,無法確定轉(zhuǎn)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(dāng)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(dǎo)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(yīng)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(zhuǎn)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(dǎo)線的正下方,直導(dǎo)線與線圈在同一豎直面內(nèi),當(dāng)通電直導(dǎo)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(dāng)通電直導(dǎo)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(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)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(dǎo)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(cè)面均勻分布著負(fù)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(zhuǎn)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(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(cè)各懸掛一個小銅環(huán),銅環(huán)平面與螺線管截面平行,當(dāng)電鍵S接通瞬間,兩銅環(huán)的運動情況是()圖10A.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,但因電流正負(fù)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(fù)極未知,無法具體判斷答案A解析當(dāng)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(yīng)電流的磁場要阻礙磁通量的增加,則兩環(huán)將向兩側(cè)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(dǎo)
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