新教材2023年秋高中物理第2章电磁感应素养提升课4楞次定律的应用教师用书含答案新人教版选择性必修第二册

素养提升课(四)楞次定律的应用1．理解电磁感应中的“增反减同”，能利用“增离减靠”法判断导体受力或运动方向。2．理解电磁感应中的“来拒去留”，能利用“来拒去留”法判断导体所受安培力的方向。3．理解电磁感应中的“增缩减扩”，能利用“增缩减扩”法判断闭合线圈面积的变化趋势。4．理解安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律的区别，知道它们的适用范围。“增离减靠”法的应用1．若原磁通量增加，则通过远离磁场源起到阻碍的作用(“增离”)。2．若原磁通量减小，则通过靠近磁场源起到阻碍的作用(“减靠”)。【典例1】如图所示，一水平放置的矩形闭合线框abcd，在细长磁铁的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内。如图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近Ⅱ，在这个过程中，线圈中感应电流()A．沿abcd流动B．沿dcba流动C．由Ⅰ到Ⅱ是沿abcd流动，由Ⅱ到Ⅲ是沿dcba流动D．由Ⅰ到Ⅱ是沿dcba流动，由Ⅱ到Ⅲ是沿abcd流动A[线圈从位置Ⅰ到位置Ⅱ的过程中，穿过线圈的向上的磁通量减小，根据楞次定律可知，产生感应电流的磁场方向向上，由右手定则知电流沿abcd方向；线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ的过程中，线圈内穿过的向下的磁通量增加，则感应电流的磁场方向向上，由右手定则知感应电流方向沿abcd方向。故选A。][跟进训练]1．如图所示，ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈，在滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动过程中，线圈ab将()A．静止不动B．逆时针转动C．顺时针转动D．发生转动，但因电源的极性不明，无法确定转动的方向C[当P向右滑动时，电路中电阻减小，电流增大，穿过线圈ab的磁通量增大，根据楞次定律判断，线圈ab将顺时针转动，C正确。]“来拒去留”法的应用由于磁场与导体的相对运动产生电磁感应现象时，产生感应电流的导体受到磁场的安培力，这种安培力会“阻碍”相对运动，用一句口诀就是“来拒去留”。【典例2】如图所示，一个闭合矩形金属线框abcd与一根绝缘轻杆相连，轻杆上端O点是一个固定转动轴，转动轴与线框平面垂直，线框静止时恰位于蹄形磁铁的正中间，线框平面与磁感线垂直。现将线框从左侧某一高度处由静止释放，在线框左右摆动过程中，线框受到磁场力的方向是()A．向左摆动的过程中，受力方向向左；向右摆动的过程中，受力方向向右B．向左摆动的过程中，受力方向向右；向右摆动的过程中，受力方向向左C．向左摆动的过程中，受力方向先向左后向右；向右摆动的过程中，受力方向先向右后向左D．向左、向右摆动过程中始终不受力B[从阻碍相对运动的角度来看，由于磁通量的变化是线框相对磁场运动引起的，因此感应电流的磁场总是阻碍线框相对磁场的运动。要阻碍相对运动，磁场对线框中感应电流的作用力一定和相对运动的方向相反，即线框向左摆动时受力方向向右，线框向右摆动时受力方向向左，故B正确，A、C、D错误。][跟进训练]2．(2022·吉林高二期末)如图所示，在一固定水平放置的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁，从离地面高h处，由静止开始下落，最后落在水平地面上。磁铁下落过程中始终保持竖直方向，并从圆环中心穿过圆环，而不与圆环接触。若不计空气阻力，重力加速度为g，下列说法正确的是()A．磁铁在整个下落过程中，它的机械能不变B．磁铁落地时的速率一定等于2ghC．磁铁在整个下落过程中，所受线圈对它的作用力先竖直向上后竖直向下D．在磁铁下落的整个过程中，圆环中的感应电流方向先逆时针后顺时针(从上向下看圆环)D[磁铁在整个下落过程中，由于受到磁场力的作用，机械能不守恒，A错误；若磁铁从高度h处做自由落体运动，其落地时的速度v＝2gh，但磁铁穿过圆环的过程中要产生一部分电热，根据能量守恒定律可知，其落地速度一定小于2gh，B错误；根据楞次定律的推论“来拒去留”原则，可判断磁铁在整个下落过程中，受圆环对它的作用力始终竖直向上，C错误；当条形磁铁靠近圆环时，穿过圆环的磁通量增加，根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为逆时针(从上向下看圆环)，当条形磁铁远离圆环时，穿过圆环的磁通量减小，根据楞次定律可判断圆环中感应电流的方向为顺时针(从上向下看圆环)，D正确。故选D。]“增缩减扩”法的应用当闭合电路中有感应电流产生时，电路的各部分导线就会受到安培力作用，会使电路的面积有变化(或有变化趋势)。1．若原磁通量增加，则通过减小有效面积起到阻碍的作用(“增缩”)。2．若原磁通量减小，则通过增大有效面积起到阻碍的作用(“减扩”)。【典例3】圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向上滑动，下面说法正确的是()A．穿过线圈a的磁通量变大B．线圈a有收缩的趋势C．线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流D．线圈a对水平桌面的压力FN将增大C[P向上滑动，回路电阻增大，电流减小，磁场减弱，穿过线圈a的磁通量变小，根据楞次定律，线圈a的面积有增大趋势，A、B错误；由于线圈a中磁通量减小，根据楞次定律，线圈a中感应电流应为俯视顺时针方向，C正确；由于线圈a中磁通量减小，可以用“等效法”，即将线圈a和b看作两个条形磁铁，不难判断此时两磁铁相互吸引，故线圈a对水平桌面的压力FN减小，D错误。][跟进训练]3．(2022·河南驻马店高二期末)如图所示，通电螺线管左端外侧和内部分别静止悬吊导体环a和b，环c套在螺线管正中间，并与螺线管共轴。当滑动变阻器R的滑动触头向右滑动时，下列说法正确的是()A．a环向左摆B．b环有缩小的趋势C．c环有扩大的趋势D．三个环中感应电流方向相同D[根据右手螺旋定则，通电螺线管的左端为N级，右端为S级，穿过a环、b环、c环的净磁感线均从右到左，当滑动变阻器向右滑动时，接入电路电阻变大，电流变小，穿过a环的磁通量变小，根据楞次定律，a环将向右摆，感应电流产生的附加磁场为从右到左，b环扩张，感应电流方向产生的附加磁场为从右到左，c环收缩，产生的附加磁场为从右到左，A、B、C错误；由于a环、b环、c环的感应电流产生的附加磁场均从右到左，因此三个环中的感应电流方向相同，D正确。故选D。]“三定则一定律”的综合应用安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的适用情况如下表。比较项目安培定则左手定则右手定则楞次定律适用场合通电导线、圆环产生磁场时，磁场方向、电流方向关系通电导线在磁场中所受的安培力方向、电流方向、磁场方向的关系导体切割磁感线时速度方向、磁场方向、感应电流方向的关系回路中磁通量变化产生感应电流时，原磁场方向、感应电流磁场方向的关系综合运用这几个规律的关键是分清各个规律的适用情况，不能混淆。【典例4】(多选)如图所示装置中，cd杆光滑且原来静止。当ab杆做如下哪些运动时，cd杆将向右移动(导体棒切割磁感线速度越大，感应电流越大)()A．向右匀速运动 B．向右加速运动C．向左加速运动 D．向左减速运动BD[ab杆向右匀速运动，在ab杆中产生恒定的电流，该电流在线圈L1中产生恒定的磁场，在L2中不产生感应电流，所以cd杆不动，故A错误；ab杆向右加速运动，根据右手定则，知在ab杆上产生增大的由a到b的电流，根据安培定则，在L1中产生方向向上且增强的磁场，该磁场向下通过L2，由楞次定律，在cd杆上产生c到d的感应电流，根据左手定则，cd杆受到向右的安培力，cd杆将向右运动，故B正确；同理可得C错误，D正确。]左判“力”，右判“电”，安培定则“磁感线”。[跟进训练]4．(多选)如图所示，在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属轨道，轨道与轨道平面内的圆形线圈P相连，要使在同一平面内所包围的小闭合线圈Q内产生顺时针方向的感应电流，导线ab的运动情况可能是()A．匀速向右运动 B．加速向右运动C．减速向右运动 D．加速向左运动CD[本题关键是要弄清使Q中产生顺时针方向的电流，则穿过Q中的磁通量应如何变化。可用楞次定律步骤的逆过程来分析，要使Q中产生顺时针方向的感应电流，感应电流的磁场方向应垂直纸面指向纸内。如果穿过Q的原磁场是垂直纸面向里的，则原磁场应减弱；如果穿过Q的原磁场是垂直纸面向外的，则原磁场应增强。当ab向右运动时，根据右手定则可判定出P中产生的感应电流方向是