人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學(xué)案：2 1 第2課時(shí) 楞次定律

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE1第2課時(shí)楞次定律學(xué)習(xí)目標(biāo)要求核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力1.理解楞次定律中“阻礙”的含義，能熟練運(yùn)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。2.能熟練運(yùn)用右手定則判斷感應(yīng)電流的方向。3.能應(yīng)用楞次定律的推論判斷感應(yīng)電流的方向。1.科學(xué)探究探究影響感應(yīng)電流方向的因素。2.科學(xué)推理根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象歸納推理，得出結(jié)論。3.關(guān)鍵能力實(shí)驗(yàn)探究能力和歸納推理能力。一、楞次定律1．內(nèi)容：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。2．從能量角度理解楞次定律感應(yīng)電流沿著楞次定律所述的方向，是能量守恒定律的必然結(jié)果，當(dāng)磁極插入線圈或從線圈內(nèi)抽出時(shí)，推力或拉力做功，使機(jī)械能轉(zhuǎn)化為感應(yīng)電流的電能。〖想一想〗教材P25“思考與討論”，當(dāng)磁體靠近或移開(kāi)鋁環(huán)時(shí)會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？環(huán)中的磁通量如何變化？由此對(duì)楞次定律的理解可以得出什么結(jié)論？〖答案〗當(dāng)靠近時(shí)阻礙靠近，當(dāng)遠(yuǎn)離時(shí)阻礙遠(yuǎn)離；磁通量在靠近時(shí)增大，反之減?。豢梢詮淖璧K相對(duì)運(yùn)動(dòng)的角度理解楞次定律。二、右手定則1．內(nèi)容：伸開(kāi)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。2．適用范圍：閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流方向的判斷?！寂幸慌小?1)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相反。(×)(2)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)可能與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相同。(√)(3)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻止引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。(×)(4)右手定則和楞次定律都適用于所有電磁感應(yīng)現(xiàn)象中感應(yīng)電流方向的判斷。(×)(5)感應(yīng)電流沿楞次定律所描述的電流方向，說(shuō)明電磁感應(yīng)現(xiàn)象遵守能量守恒定律。(√)探究1從阻礙磁通量變化的角度理解楞次定律1．楞次定律中的因果關(guān)系楞次定律反映了電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的因果關(guān)系，磁通量發(fā)生變化是原因，產(chǎn)生感應(yīng)電流是結(jié)果。2．對(duì)“阻礙”的理解問(wèn)題結(jié)論誰(shuí)阻礙誰(shuí)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)(原磁場(chǎng))的磁通量的變化為何阻礙(原)磁場(chǎng)的磁通量發(fā)生了變化阻礙什么阻礙的是磁通量的變化，而不是阻礙磁通量本身如何阻礙當(dāng)原磁場(chǎng)磁通量增大時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)的方向相反；當(dāng)原磁場(chǎng)磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)的方向相同，即“增反減同”結(jié)果如何阻礙并不是阻止，只是延緩了磁通量的變化，這種變化將繼續(xù)進(jìn)行，最終結(jié)果不受影響3.楞次定律的能量本質(zhì)楞次定律的“阻礙”作用，正是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的反映，在克服這種阻礙的過(guò)程中把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，在轉(zhuǎn)化的過(guò)程中總能量是守恒的。4．應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的步驟(1)明確所研究的閉合回路，判斷原磁場(chǎng)方向。(2)判斷閉合回路內(nèi)原磁場(chǎng)的磁通量變化。(3)依據(jù)楞次定律判斷感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向。(4)利用右手螺旋定則(安培定則)判斷感應(yīng)電流的方向。〖例1〗(2021·山西晉城市高二期末)如圖所示，鐵芯上繞有L1和L2兩個(gè)線圈，鐵芯左邊掛一個(gè)輕小金屬環(huán)，小磁針在導(dǎo)線AB的正下方，則當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)()A．小金屬環(huán)仍保持靜止B．小金屬環(huán)將向右運(yùn)動(dòng)C．小磁針仍保持靜止D．從上往下看小磁針順時(shí)針轉(zhuǎn)〖答案〗D〖解析〗開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，L1線圈通電，由右手螺旋定則可得電流I1產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向右穿過(guò)螺旋管，如圖所示穿過(guò)小金屬環(huán)的磁通量向右增大，由楞次定律可得感應(yīng)電流I3的方向，從而使得小金屬環(huán)在原磁場(chǎng)中受安培力而阻礙磁通量的增大，故小金屬環(huán)有縮小的趨勢(shì)和向左擺動(dòng)，故A、B錯(cuò)誤；線圈L2的磁通量向右增多，由楞次定律可得感應(yīng)電流I2的方向，在通電導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向由右手螺旋定則可知上方垂直紙面向里下方垂直紙面向外，小磁針受安培力而轉(zhuǎn)動(dòng)，故N極向紙面外轉(zhuǎn)動(dòng)，S極向紙面里轉(zhuǎn)動(dòng)，則從上往下看小磁針順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，故C錯(cuò)誤，D正確?！坚槍?duì)訓(xùn)練1〗(2021·湖南株洲市高二期末)矩形線圈abcd位于通電長(zhǎng)導(dǎo)線附近，線圈與導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，線圈的兩個(gè)邊與導(dǎo)線平行，長(zhǎng)導(dǎo)線中已通如圖所示電流，使線圈中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流，可采用的措施是()A．將線圈水平向右移動(dòng)B．將線圈豎直向上移動(dòng)C．增大導(dǎo)線中的電流D．以ab為軸線圈轉(zhuǎn)動(dòng)90°的過(guò)程中〖答案〗C〖解析〗根據(jù)安培定則，直導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)如圖。將線圈水平向右移動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通量減小，根據(jù)楞次定律，線圈中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流，A錯(cuò)誤；將線圈豎直向上移動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通量不變化，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，B錯(cuò)誤；增大導(dǎo)線中的電流，穿過(guò)線圈的磁通量增大，根據(jù)楞次定律，線圈中產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流，C正確；以ab為軸線圈轉(zhuǎn)動(dòng)90°的過(guò)程中，穿過(guò)線圈的磁通量減小，根據(jù)楞次定律，線圈中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流，D錯(cuò)誤。探究2從阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的角度理解楞次定律1．阻礙導(dǎo)體與磁體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)——“來(lái)拒去留”，如圖甲所示，條形磁體靠近線圈時(shí)，受到的是斥力；如圖乙所示，條形磁體遠(yuǎn)離線圈時(shí)，受到的是引力。2．引起感應(yīng)電流的原因：導(dǎo)體相對(duì)運(yùn)動(dòng)。3．感應(yīng)電流產(chǎn)生的結(jié)果：受到安培力。4．結(jié)論：來(lái)拒去留?！祭?〗(2021·四川南充市川綿外國(guó)語(yǔ)高二期末)據(jù)新聞報(bào)道：2020年5月16日，廣西玉林一在建工地發(fā)生了一起事故，一施工電梯突然失控從高處墜落，此次電梯墜落事故導(dǎo)致了人員傷亡。為了防止類似意外發(fā)生，某課外研究性學(xué)習(xí)小組積極投入到如何防止電梯墜落的設(shè)計(jì)研究中，所設(shè)計(jì)的防止電梯墜落的應(yīng)急安全裝置如圖所示，在電梯轎廂上安裝上永久磁鐵，電梯的井壁上鋪設(shè)線圈，該學(xué)習(xí)小組認(rèn)為能在電梯突然墜落時(shí)減小對(duì)人員的傷害。關(guān)于該裝置，下列說(shuō)法正確的是()A．當(dāng)電梯墜落至永久磁鐵在圖示位置時(shí)，裝置已經(jīng)不能起到阻礙電梯下落的作用B．當(dāng)電梯墜落至永久磁鐵在圖示位置時(shí)，線圈A、B中電流方向相反C．當(dāng)電梯墜落至永久磁鐵在圖示位置時(shí)，線圈A、B對(duì)電梯的作用力方向相反D．當(dāng)電梯突然墜落時(shí)，該裝置可使電梯做減速運(yùn)動(dòng)并最終停在空中〖答案〗B〖解析〗若電梯突然墜落時(shí)，線圈內(nèi)的磁通量發(fā)生變化，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流會(huì)阻礙磁鐵的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可起到應(yīng)急避險(xiǎn)作用，但不能阻止磁鐵的運(yùn)動(dòng)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；當(dāng)電梯墜落至如圖位置時(shí)，閉合線圈A中向上的磁場(chǎng)減弱，感應(yīng)電流的方向從上向下看是逆時(shí)針?lè)较颍珺中向上的磁場(chǎng)增強(qiáng)，感應(yīng)電流的方向從上向下看是順時(shí)針?lè)较颍芍狝與B中感應(yīng)電流方向相反，但閉合線圈A、B都在阻礙電梯下落，對(duì)電梯的作用力方向相同，選項(xiàng)B正確，A、C錯(cuò)誤。〖針對(duì)訓(xùn)練2〗(多選)(2021·河北保定高二上聯(lián)考)如圖所示，在一固定水平放置的閉合導(dǎo)體圓環(huán)上方，有一條形磁體，從離地面高h(yuǎn)處由靜止開(kāi)始下落，最后落在水平地面上。磁體下落過(guò)程中始終保持豎直方向，并從圓環(huán)中心穿過(guò)圓環(huán)，而不與圓環(huán)接觸。若不計(jì)空氣阻力，重力加速度為g，下列說(shuō)法中正確的是()A．在磁體下落的整個(gè)過(guò)程中，從上向下看圓環(huán)，圓環(huán)中的感應(yīng)電流方向始終為逆時(shí)針B．在磁體下落的整個(gè)過(guò)程中，從上向下看圓環(huán)，圓環(huán)中的感應(yīng)電流方向先逆時(shí)針后順時(shí)針C．磁體在整個(gè)下落過(guò)程中，圓環(huán)對(duì)它的作用力方向始終豎直向上D．磁體落地時(shí)的速率一定等于eq\r(2gh)〖答案〗BC〖解析〗由楞次定律分析感應(yīng)電流的方向，當(dāng)磁體靠近圓環(huán)時(shí)，取圓環(huán)為研究對(duì)象，原磁場(chǎng)方向向下，磁通量增大，為阻礙磁通量增大，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向上，由安培定則可判斷感應(yīng)電流為逆時(shí)針?lè)较?從上向下看)。同理分析，當(dāng)磁體遠(yuǎn)離圓環(huán)時(shí)，感應(yīng)電流為順時(shí)針?lè)较?從上向下看)，故A錯(cuò)誤，B正確；磁體在整個(gè)下落過(guò)程中，根據(jù)“來(lái)拒去留”可知圓環(huán)對(duì)它的作用力的方向始終豎直向上，圓環(huán)對(duì)磁體的作用力做負(fù)功，磁體的機(jī)械能減少，所以落地時(shí)的速率小于eq\r(2gh)，故C正確，D錯(cuò)誤。探究3“三定則一定律”的綜合應(yīng)用安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的比較比較項(xiàng)目安培定則左手定則右手定則楞次定律適用場(chǎng)合判斷電流周圍的磁感線方向判斷通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的安培力方向判斷導(dǎo)體切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向判斷回路中磁通量變化時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向因果關(guān)系因電而生磁(I→B)因電而受力(I、B→F安)因動(dòng)而生電(v、B→I感)因磁通量變化而生電(ΔΦ→I感)〖例3〗(多選)如圖所示裝置中，cd桿光滑且靜止。當(dāng)ab桿做如下哪些運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd桿將向右移動(dòng)(導(dǎo)體棒切割磁感線速度越大，感應(yīng)電流越大)()A．向右勻速運(yùn)動(dòng) B．向右加速運(yùn)動(dòng)C．向左加速運(yùn)動(dòng) D．向左減速運(yùn)動(dòng)〖答案〗BD〖解析〗ab桿向右勻速運(yùn)動(dòng)，在ab桿中產(chǎn)生恒定的電流，該電流在線圈L1中產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，在L2中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以cd桿不動(dòng)，故A錯(cuò)誤；ab桿向右加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)右手定則知，在ab桿上產(chǎn)生增大的由a到b的電流，根據(jù)安培定則知，在L1中產(chǎn)生方向向上且增強(qiáng)的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)向下通過(guò)L2，根據(jù)楞次定律知，cd桿中的電流由c到d，根據(jù)左手定則知，cd桿受到向右的安培力，向右運(yùn)動(dòng)，故B正確；同理可得C錯(cuò)誤，D正確。1．(從阻礙磁通量變化的角度理解楞次定律)(2021·四川廣元市高二期末)廣元市某屆科創(chuàng)大賽中，一學(xué)生設(shè)計(jì)的電磁彈射裝置的簡(jiǎn)化模型如圖所示，線圈固定在水平放置的光滑絕緣桿上，將金屬環(huán)放在線圈左側(cè)。閉合開(kāi)關(guān)時(shí)金屬環(huán)被彈射出去，則()A．從右向左看，金屬環(huán)中感應(yīng)電流沿順時(shí)針?lè)较駼．將電源正負(fù)極調(diào)換，閉合開(kāi)關(guān)時(shí)金屬環(huán)將向右靠近線圈C．將金屬環(huán)放置在線圈右側(cè)，閉合開(kāi)關(guān)時(shí)金屬環(huán)將向右彈射出去D．金屬環(huán)不閉合，則閉合開(kāi)關(guān)時(shí)金屬環(huán)依然會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流〖答案〗C〖解析〗閉合開(kāi)關(guān)后，由右手定則可知線圈的左邊為N極，故穿過(guò)圓環(huán)的磁場(chǎng)方向向左，由于圓環(huán)中磁通量變大，由楞次定律可知，圓環(huán)中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向右，故從右向左看，圓環(huán)中電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針，故A錯(cuò)誤；將電源正負(fù)極對(duì)調(diào)，閉合開(kāi)關(guān)時(shí)，圓環(huán)中的磁通量仍然增大，由楞次定律可知，圓環(huán)仍然向左運(yùn)動(dòng)，故B錯(cuò)誤；金屬環(huán)放置在右側(cè)時(shí)，閉合開(kāi)關(guān)，圓環(huán)中磁通量增大，由楞次定律可知，它將向右運(yùn)動(dòng)，故C正確；金屬環(huán)不閉合，磁通量變化時(shí)不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，故D錯(cuò)誤。2．(從阻礙磁通量變化的角度理解楞次定律)(多選)(2021·河南許昌市高二期末)如圖所示，兩勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B1和B2大小相等、方向相反。金屬圓環(huán)所在的平面和兩磁場(chǎng)方向垂直，金屬圓環(huán)的直徑與兩磁場(chǎng)的邊界重合。下列變化一定會(huì)在金屬圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()A．保持B1和B2方向不變，同時(shí)增大B1和B2B．保持B1和B2方向不變，同時(shí)減小B1和B2C．使B1方向突然反向，其他條件不變D．使B2突然消失，其他條件不變〖答案〗CD〖解析〗保持B1和B2方向不變，同時(shí)增大或減小B1和B2，金屬圓環(huán)中的磁通量始終為零，并沒(méi)有發(fā)生變化，由楞次定律可知，圓環(huán)中不會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電流，故A、B錯(cuò)誤；使B1方向突然反向，其他條件不變，則圓環(huán)中的磁通量增大，由楞次定律可知，圓環(huán)中將出現(xiàn)感應(yīng)電流，故C正確；使B2突然消失，其他條件不變，則圓環(huán)中的磁通量增大，由楞次定律可知，圓環(huán)中將出現(xiàn)感應(yīng)電流，故D正確。3．(從阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的角度理解楞次定律)如圖所示，一條形磁體從高h(yuǎn)處自由下落，中途穿過(guò)一個(gè)固定的空心線圈，開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，由開(kāi)始下落至落地用時(shí)t1，落地時(shí)速度為v1；S閉合時(shí)，由開(kāi)始下落至落地用時(shí)t2，落地時(shí)速度為v2。則它們的大小關(guān)系正確的是()A．t1＞t2，v1＞v2 B．t1＝t2，v1＝v2C．t1＜t2，v1＜v2 D．t1＜t2，v1＞v2〖答案〗D〖解析〗開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，線圈中無(wú)感應(yīng)電流，對(duì)磁體無(wú)阻礙作用，故磁體自由下落，a1＝g；當(dāng)S閉合時(shí)，線圈中有感應(yīng)電流，對(duì)磁體有阻礙作用，故a2＜g，且磁體的機(jī)械能減小，所以t1＜t2，v1＞v2，故D正確。4．(“三定則一定律”的應(yīng)用)(多選)(2021·柳林縣聯(lián)盛中學(xué)高二期末)如圖所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動(dòng)的金屬棒PQ、MN，當(dāng)PQ在外力的作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，MN在磁場(chǎng)的作用下向右運(yùn)動(dòng)，則PQ所做的運(yùn)動(dòng)可能是()A．向右加速運(yùn)動(dòng) B．向左加速運(yùn)動(dòng)C．向右減速運(yùn)動(dòng) D．向左減速運(yùn)動(dòng)〖答案〗BC〖解析〗若PQ向右加速運(yùn)動(dòng)，由右手定則可知PQ中感應(yīng)電流的方向由Q到P，由安培定則可判斷出L1、L2所在處的磁場(chǎng)方向是自下而上的；穿過(guò)L1的磁通量增大，由楞次定律可知流過(guò)MN的感應(yīng)電流方向由N到M，由左手定則可判斷出MN受到向左的安培力，將向左運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；若PQ向左加速運(yùn)動(dòng)，由右手定則可知PQ中感應(yīng)電流的方向由P到Q，由安培定則可判斷出L1、L2所在處的磁場(chǎng)方向是自上而下的；穿過(guò)L1的磁通量增大，由楞次定律可知流過(guò)MN的感應(yīng)電流方向由M到N，由左手定則