楞次定律 学案

每天发布最有价值的高考资源4.3 楞次定律【自主学习】1. 电流的磁场:电流(包括直线电流、环形电流和通电螺线管)周围的磁感线方向与电流方向的关系,可由 来判定。2. 感应电流的磁场方向特点：当穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场跟回路内部的外磁场方向 ，当穿过闭合回路的磁通量减少时，感应电流的磁场跟回路内部的外磁场方向 （填相同或相反）。3. 楞次定律：楞次定律解决的主要问题是 ，它的基本内容是 。4感应电动势的方向：感应电动势的方向跟 的方向相同，在产生感应电动势的那部分导体上，从电势 的点指向电势 的点。5右手定则定则：导体切割磁感线时产生的 可用右手定则来判定，右手定则的基本内容是 。【课堂探究】1在课本图4.41的实验中，为什么必须弄清线圈导线的绕向、电流方向与电流表指针偏转方向的关系？提示：为了确定感应电流的方向和线圈中感应电流的磁场方向。2感应电流产生的磁场与引起感应电流的磁场二者之间的方向有何关系？提示：从引起感应电流的磁通量的增加和减少两种情况说明。3感应电流产生的磁场是怎样阻碍引起感应电流的磁场的变化的？提示：从引起感应电流的磁通量的增加和减少两种情况下，感应电流的磁场所起的作用进行说明。永磁体超导线圈液氮图4304右手定则和楞次定律的区别与联系是什么？提示：从作用、研究对象和适用范围三个方面思考。5如图430所示，用一种新材料制成一个闭合线圈，当它进入液态氮中时，这时手拿一永磁体，使任一极向下放在线圈的正上方，永磁体便处于悬浮状态，这种现象叫超导磁悬浮。这是什么原因？提示：闭合线圈中产生的感应电流与永磁体之间有力的作用。【教师点拨】1对右手定则的理解（1）研究对象：在磁场中做切割磁感线运动的闭合回路的一部分导体。（2）适用范围：导体和磁场发生相对运动，部分导体切割磁感线运动的情况。（3）研究的内容：磁场方向是指导体所在处的磁场方向，不是感应电流产生的磁场方向。大拇指所指的是导体切割磁感线的方向，不一定是导体运动的方向。所判断出的导体中的电流方向从低电势点指向高电势点。2对楞次定律的理解（1）研究对象：磁通量发生变化的回路。（2）适用范围：回路发生磁通量变化的任何情况。（3）对“阻碍”的理解：谁起阻碍作用？要明确起阻碍作用的是“感应电流的磁场”。阻碍什么？感应电流的磁场阻碍的是“引起感应电流的磁通量的变化”，即原磁通量的变化，不是阻碍原磁通量本身。怎样阻碍？当引起感应电流的磁通量（原磁通量）增加时，感应电流的磁场就与原磁场方向相反，感应电流的磁场“反抗” 原磁通量的增加；当原磁通量减少时，感应电流的磁场就与原磁场方向相同，感应电流的磁场“补偿” 原磁通量的减少。“阻碍”不是“阻止”。当原磁通量增加时，感应电流的磁场就与原磁场方向相反，其作用仅使闭合回路的磁通量的增加变慢了，但磁通量仍在增加；当原磁通量减少时，感应电流的磁场就与原磁场方向相同，其作用仅使闭合回路的磁通量的减少变慢，但磁通量仍在减少。3用楞次定律判定感应电流方向的一般步骤(1)首先，要明确原磁场的方向；(2)其次，要明确原磁通量的变化情况；(3)然后，根据楞次定律确定感应电流的磁场方向；(4)最后，根据安培定则确定感应电流的方向。4磁场对感应电流的作用效果的理解磁场对感应电流的作用能使导体运动或回路的形状、面积发生改变，其效果总是阻碍原磁场磁通量的变化，反抗引起感应电流的原因，具体有以下两种情况：（1）磁体和导体由于发生相对运动而产生的感应电流所受的安培力，总阻碍磁体和导体间的相对运动，其作用可表述为“来拒去留”，或“你跑我追”。（2）由于磁体本身的磁场突然变化而产生的感应电流所受的安培力，可使导体和磁体发生相对运动，磁场增强导体远离磁体运动，磁场减弱导靠近离磁体运动。【课堂达标】1.下列关于楞次定律的说法中，正确的是（ ）A感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量B感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化图431C感应电流的磁场的方向总与引起感应电流的磁场方向相反D感应电流的磁场的方向可以与引起感应电流的磁场方向相同2如图431所示，水平桌面上放一闭合铝环，在铝环轴线上放有一条形磁铁，当条形磁铁沿轴竖直向下迅速运动时，下列判断正确的是（ ）A铝环有收缩的趋势，对桌面的压力减小B铝环有收缩的趋势，对桌面的压力增大C铝环有扩张的趋势，对桌面的压力减小abI图432D铝环有扩张的趋势，对桌面的压力增大3如图432所示，两线圈在同一平面内同心放置，a中有电流I通过，在下列哪些情况中，线圈b有向外扩张的趋势？（ ）Aa中电流沿顺时针方向并逐渐增大Ba中电流沿顺时针方向并逐渐减小Ca中电流沿逆时针方向并逐渐减小NN图433D无论a中电流方向如何，只要逐渐增大41931年英国物理学家狄拉克从理论上预言：存在只有一个磁极的粒子.即“磁单极子”，1982年2月，美国物理学家卡布莱拉设计了一个寻找磁单极子的试验，他设想，如果一个只有N极的磁单极子从上向下穿过如图433所示的超导线圈，那么从上向下看，超导线圈上将出现：（ ）A逆时针方向持续流动的感应电流B顺时针方向持续流动的感应电流PS图434C先是逆时针，后是顺时针方向的感应电流D先是顺时针，后是逆时针方向的感应电流5如图434所示，弹性金属线圈和螺线管共轴，要得到图示方向的电流，下列方法中可行的是（ ） AS闭合的瞬间 BS闭合后触头向右滑动的过程CS断开的瞬间 abcdI图435DS闭合后触头向左滑动的过程6当一块磁体靠近闭合超导体时，超导体会产生强大的电流，对磁体产生排斥作用，这种斥力可使磁体悬浮在空中，磁悬浮列车采用了这种技术，以下说法正确的是（ ）A超导体电流的磁场方向与磁体的磁场方向相同B超导体电流的磁场方向与磁体的磁场方向相反C一定是磁体的北极离闭合超导体较近D一定是磁体的南极离闭合超导体较近MNPQ图4367如图435所示，是一根固定的通电长直导线，电流方向向上今将一金属线框abcd放在导线上，让线框的位置偏向导线的左边，两者彼此绝缘当导线中的电流突然增大时，线框整体受磁场力的合力情况为（ ）A受力向右 B受力向左C受力向上 D受力为零8如图436所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放于导轨上，形成一个闭合回路当一条形磁铁从高处下落接近回路时( )图437AP、Q将相互靠拢BP、Q将相互远离C磁铁的加速度大于为gD磁铁的加速度小于g9如图437所示，导线框abcd固定在竖直平面内，dc段的电阻为R，其它电阻均可忽略ef是一电阻可忽略的水平放置的导体杆，杆长为l，质量为m，杆的两端分别与ab和cd保持良好接触，又能沿它们无摩擦地滑动整个装置放在磁感强度为B的匀强磁场中，磁场方向与框面垂直现用一恒力F竖直向上拉ef，当ef匀速上升时，其速度的大小为多少？图43810固定在匀强磁场中的正方形导线框abcd，各边长为L，其中ab是一段电阻为R的均匀电阻丝，其余三边均为电阻可忽略的铜线，磁场的磁感强度为B，方向垂直纸面向里现有一与ab段的材料、粗细、长度都相同的电阻丝PQ架在导线框上，如图438所示，以恒定的速度从ad滑向bc当PQ滑过L/3的距离时，通过aP段电阻丝的电流强度是多大？方向如何？ 【案例精讲】ABCDFESI图439例1如图439所示，试判定当开关S闭合和断开的瞬间，线圈ABCD中的电流方向。点拨：要熟练掌握用楞次定律判定感应电流方向的一般步骤。解：当S闭合时(1)研究的回路是线圈ABCD，其原磁场是电流I产生的磁场，方向由安培定则判定，是垂直纸面向外。（2）原磁场由无到有，磁通量增大；(3)由楞次定律知，感应电流的方向与原磁场方相反，即垂直纸面向里；(4)由安培定则判知感应电流的方向是ADCBA图440RabS12 当S断开时，请同学们自己判定举一反三1如图440所示，当开关S由1搬至2，通过电阻R的感应电流的方向（ ） A由ab B由baC先由ab，后由ba D先由ba，后由ab例2如图441所示，当条形磁铁突然向闭合铜环运动时，铜环的运动情况是（）FFS N图4 41A向右摆动 B向左摆动C静止不动D可能向左运动也可能向右运动点拨：解感应电流引起的机械效果问题有多种思路，多角度思考可以达到事半功倍的效果。解法1：电流元受力分析法.画出磁铁的磁感线分布,如图427所示，当磁铁向铜环运动时，由楞次定律判断出感应电流方向如图所示把铜环的电流等效为多段直线电流元，取上下两小段研究，由左手定则判断出两段电流受力，如图所示，由图可联想到整个铜环所受合力向右，即A选项正确图4 42S NSN解法2：等效法磁铁向右运动，使铜环产生的电流可等效为图4 42中的小磁针，显然，由于两磁体间的排斥作用，铜环将向右运动，即A选项正确解法3：利用效果法. 由于磁铁相对原环向右运动，感应电流产生的效果阻碍二者的相对运动，使铜环将向右躲闪阻碍二者的相对运动. 即A选项正确图443Rbac举一反三2如图443所示，通电螺线管左侧和内部分别静止吊一环a和b，当变阻器R的滑动头c向左滑动时（ ）Aa向左摆，b有收缩趋势Ba向右摆，b有扩张趋势Ca向左摆，b有扩张趋势Da向右摆，b有收缩趋势【综合跃升】 OO/BRbb/图4 441如图444所示，铝盘可绕OO/ 轴转动，垂直盘面有一匀强磁场，从盘的圆心引出导线，通过电阻R和铝盘边缘的电刷相连，则当铝盘按图示方向转动时，（ ）A盘中的感应电流从bOB盘中的感应电流从ObC整个盘面都有磁场通过，磁通量不变，盘中无感应电流D与b在同一直径上的另一端b/与b间的电势差不为零P图4 452一平面线圈用细杆悬于P点,开始时细杆处于水平位置，释放后让它在如图4 45所示的匀强磁场中运动. 已知线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过位置和位置时，顺着磁场的方向看去，线圈中感应电流的方向分别为（ ）位置 位置A逆时针方向 逆时针方向B逆时针方向 顺时针方向C顺时针方向 顺时针方向D顺时针方向 逆时针方向图4463如图4 46甲所示，圆形线圈P静止在水平桌面上，其正上方悬挂一相同的线圈Q，P和Q共轴，Q中通有变化电流，电流随时间变化的规律如图4 47乙所示，P所受的重力为G，桌面对P的支持力为F，则 ( ) Atl时刻FG Bt2时刻FG Ct3时刻FG Dt4时刻FG4. 如图447所示，有一个U型导线框MNQP，水平放置在磁感应强度B=0.2 T的匀强磁场中，磁感线与线框平面垂直，导线MN和PQ足够长，间距为0.5 m，横跨导线框的导体棒ab的质量是100 g，电阻为1，接在线框中的电阻R=4，其部分电阻不计，若导体棒ab在外力作用下以速度=10 m/s向左做匀速运动（不考虑摩擦）。求：（1）通过电阻R的电流方向如何?图4 47 （2）电压表的示数是多少?（3）若某时刻撤去外力，则从撤去外力到导体棒ab停止运动，电路中能产生的热量是多少? 图4 485.如图4 48所示，处于匀强磁场中的两根足够长、电阻不计的平行金属导轨相距L，导轨平面与水平面成角，下端连接阻值为R的电阻。匀强磁场方向与导轨平面垂直。质量为m，电阻不计的金属棒放在两导轨上，棒与导轨垂直并保持良好接触，它们之间的动摩擦因数为，求：（1）金属棒沿导轨由静止开始下滑过程中，加速度的最大值。（2）当金属棒下滑速度达到稳定时，电阻R消耗的功率为P，求磁感应强度的大小。【延伸阅读】磁悬浮列车悬浮导向超导磁体磁悬浮推进图449磁悬浮列车的特点：磁悬浮列车是一种采用无接触的电磁悬浮、导向和驱动系统的磁悬浮高速列车系统。它的时速可达到500公里以上，是当今世界最快的地面客运交通工具，有阻力小、速度快、爬坡能力强、能耗低运行时噪音小、安全舒适、不燃油，污染少等优点。并且它采用采用高架方式，占用的耕地很少。磁悬浮列车意味着这些火车利用磁的基本原理悬浮在导轨上来代替旧的钢轮和轨道列车。磁悬浮技术利用电磁力将整个列车车厢托起，摆脱了讨厌的摩擦力和令人不快的锵锵声，实现与地面无接触、无燃料的快速“飞行”。磁悬浮列车的电磁学原理：在电磁学里，当两个互相平行的线圈中通过的电流同向时就互相吸引，反之互相排斥。磁悬浮列车就是根据这一简单的电磁学原理设计而成的。若将上述线圈改用超导线圈，就得到一种能耗小、功率大的超导磁悬浮列车了。磁悬浮列车的主要结构及工作原理：新型磁悬浮列车主要由悬浮系统、推进系统和导向系统三大部分组成。如图4 49所示。磁悬