【讲与练】高中物理人教版(2019)选择性必修2：2.1 楞次定律第1课时楞次定律学案

第1课时楞次定律课程标准1．探究影响感应电流方向的因素，理解楞次定律。2．理解楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的反映。3．掌握右手定则，认识右手定则是楞次定律的一种具体表现形式。4．会用楞次定律和右手定则，判断感应电流的方向。素养目标1．物理观念：理解楞次定律。2．科学思维：经历推理分析得出楞次定律的过程，体会归纳推理的方法。3．科学探究：通过对实验的探究过程，可以充分地进行交流和反思，对结果进行科学解释，提高实验探究素养。4．科学态度与责任：经历实验探究得出楞次定律的过程，提升科学探究的能力。知识点1影响感应电流方向的因素1．实验探究将螺线管与电流计组成闭合回路，分别将条形磁铁的N极、S极插入、抽出线圈，如图所示，记录感应电流的方向。2．分析归纳(1)线圈内磁通量增大时(图甲、乙)图号磁场方向感应电流方向(俯视)感应电流的磁场方向归纳总结甲_向下__逆时针_向上__感应电流的磁场_阻碍__磁通量的增加乙_向上__顺时针_向下__(2)线圈中磁通量减少时(图丙、丁)图号磁场方向感应电流方向(俯视)感应电流的磁场方向归纳总结丙_向下__顺时针_向下__感应电流的磁场_阻碍__磁通量的减少丁_向上__逆时针_向上__3.实验结论当穿过线圈的磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场的方向_B__(A.相同B．相反)；当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向__A__(A．相同B．相反)。知识点2楞次定律1．内容感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要_阻碍__引起感应电流的_磁通量的变化__。2．能量转化在上述实验中，把磁极插入线圈或从线圈内抽出时，推力或拉力都必须做机械功，做功过程中消耗的_机械__能转化成感应电流的_电__能。『判一判』(1)由楞次定律知，感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。(×)(2)回路不闭合，穿过回路的磁通量变化时，也会产生“阻碍”作用。(×)(3)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。(√)(4)楞次定律表明感应电流的效果总与引起感应电流的原因对抗。(√)『选一选』(2023·新疆可克达拉市高二月考)关于电磁感应现象，下列说法中正确的是(D)A．导体在磁场中运动一定能产生感应电流B．闭合线圈整个放在变化磁场中一定能产生感应电流C．感应电流的磁场总跟原来的磁场方向相反D．感应电流的磁场总是阻碍原来的磁通量的变化解析：导体在磁场中运动，如果速度方向与磁场方向平行，就不会产生感应电动势，也不会有感应电流，所以导体在磁场中运动不一定能产生感应电流，A错误；要形成感应电流必须是闭合回路且磁通量发生改变，所以闭合线圈整个放在变化磁场中，但是线圈平面与磁场平行，磁通量一直为零时，不能产生感应电流，B错误；感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化，不一定与原磁场方向相反，故C错误，D正确。『想一想』某同学在学习了法拉第电磁感应定律之后，自己制作了一个手动手电筒。右图是手电筒的简单结构示意图，左右两端是两块完全相同的条形磁铁，中间是一根绝缘直杆，由绝缘细铜丝绕制的多匝环形线圈只可在直杆上自由滑动，线圈两端接一灯泡，晃动手电筒时线圈也来回滑动，灯泡就会发光，其中O点是两磁极连线的中点，a、b两点关于O点对称。(1)试分析其工作原理；(2)灯泡中的电流方向是否变化。答案：(1)见解析(2)变化解析：(1)线圈来回滑动时，穿过线圈的磁通量不断变化，线圈中产生感应电流，灯泡发光。(2)线圈由a滑至b过程中，磁场方向向左，穿过线圈的磁通量先减小后增加，根据楞次定律，灯泡中电流方向先由右向左，后由左向右，同样可判断线圈由b滑至a过程中，灯泡中电流方向先由右向左，后由左向右。所以线圈中电流方向不断变化。知识点3右手定则1．内容伸开右手，使拇指与其余四个手指_垂直__，并且都与手掌在同一个_平面内__。让磁感线从_手心__进入，并使拇指指向_导线运动__的方向，这时_四指所指__的方向就是感应电流的方向。2．适用情况适用于闭合电路部分导体_切割磁感线__产生感应电流的情况。『判一判』(5)因动而生电，可以用右手定则来判定感应电流的方向。(√)探究探究感应电流的方向1．实验目的探究感应电流的方向与磁通量变化及磁场方向的关系。2．实验过程(1)确定电流表指针偏转方向与电流方向及电流表红、黑接线柱的关系：①按图连接电路。②调节滑动变阻器，使接入电路的电阻最大。③迅速闭合开关，发现电流表指针偏转后立即断开开关。④记录电流方向与电流表的指针偏转方向和电流表红、黑接线柱接线情况，找出它们之间的关系。(2)观察并记录磁场方向、磁通量变化情况与感应电流方向的关系：①按图连接电路，明确螺线管的绕线方向。②按照控制变量的方法分别进行N极(S极)向下插入线圈、抽出线圈的实验。③观察并记录磁场方向、电流方向、磁通量变化情况并将结果填入表格。项目N极向下(对着线圈)S极向下原磁场B0方向磁铁运动方向感应电流方向感应电流的磁场B方向磁通量变化情况B0与B方向关系(3)归纳感应电流方向与其他因素的关系。3．注意事项(1)确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系时，要用试触法并注意减小电流，防止电流过大或通电时间过长损坏电流表。(2)电流表选用零刻度在中间的灵敏电流计。(3)实验前设计好表格，并明确线圈的绕线方向。(4)按照控制变量的思想进行实验。(5)进行一种操作后，等电流计指针回零后再进行下一步操作。4．实验探究思想(1)在分析实验现象时，研究的对象是线圈(闭合导体回路)。(2)感应电流的方向与磁通量变化不容易建立起直接的联系，可以转换一个角度来研究这一问题，即在线圈中磁通量发生变化时，对线圈中原磁场方向和感应电流的磁场方向进行分析，再通过感应电流的磁场方向来确定感应电流的方向。典|例|剖|析典例1(2023·辽宁大连高二期末)“研究电磁感应现象”的实验装置如图所示。在图甲中，不通电时电流计指针停在正中央，当闭合开关时，观察到电流计指针向左偏。现在按图乙连接方式将电流计与螺线管B连成一个闭合回路，将螺线管A与电池、滑动变阻器和开关S串联成另一个闭合回路。(1)在图乙中，开关S闭合后，将螺线管A插入螺线管B的过程中，螺线管B的_上__端(选填“上”或“下”)电势高。(2)在图乙中，螺线管A放在B中不动，开关S突然断开的瞬间，电流计的指针将_向左__(选填“向左”“向右”或“不发生”)偏转。(3)在图乙中，螺线管A放在B中不动，滑动变阻器的滑片向左滑动的过程中，电流计的指针将_向右__(选填“向左”“向右”或“不发生”)偏转。解析：(1)开关S闭合后，根据安培定则可知螺线管A的下端为S极，将螺线管A插入螺线管B的过程中，穿过螺线管B的磁通量向上增大，根据楞次定律可知此时螺线管B产生的感应电流将从上端流出、下端流入，所以上端电势高。(2)螺线管A放在B中不动，开关S突然断开的瞬间，穿过螺线管B的磁通量向上减小，根据楞次定律可知此时螺线管B产生的感应电流将从上端流入、下端流出，即电流从电流计的正接线柱流入、负接线柱流出，与甲图中通过电流计的电流方向相同，所以此时电流计的指针将向左偏转。(3)螺线管A放在B中不动，滑动变阻器的滑片向左滑动的过程中，通过螺线管A的电流增大，螺线管A产生的磁场增强，则螺线管B中的磁通量向上增大，根据楞次定律可知螺线管B产生的感应电流将从上端流出、下端流入，即电流从电流计的正接线柱流出、负接线柱流入，与甲图中通过电流计的电流方向相反，所以此时电流计的指针将向右偏转。探究楞次定律情|境|导|入在电磁感应现象中，大家是否注意到在不同的情况下感应电流的方向是不同的(如图所示)，感应电流的方向取决于哪些因素？究竟怎样判断感应电流的方向呢？提示：取决于闭合线圈内磁通量的变化情况；用楞次定律判断感应电流的方向。要|点|提|炼1.因果关系楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系，磁通量发生变化是原因，产生感应电流是结果，原因产生结果，结果反过来影响原因。2．对楞次定律中“阻碍”的理解谁阻碍谁是感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化阻碍什么阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身如何阻碍当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，即“增反减同”结果如何阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化，这种变化将继续进行3.楞次定律的使用步骤(1)“阻碍”并不意味着“相反”。感应电流产生的磁场方向和原磁场方向可能相同，也可能相反，需要依据磁通量的变化情况判断。(2)如果问题不涉及感应电流的方向，则用楞次定律的推广含义进行研究，可以使分析问题的过程简化。典|例|剖|析典例2(2022·江苏南通高二期中)如图记录的是“探究影响感应电流方向的因素”的实验现象，则下列判断正确的是(A)A．由甲、乙可知，当磁铁靠近线圈时，磁铁和线圈相斥B．由甲、乙可知，感应电流的方向由穿过线圈的磁场方向决定C．由丙、丁可知，当磁铁远离线圈时，磁铁和线圈相斥D．由丙、丁可知，穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反解析：甲图中，当磁铁靠近线圈时，线圈中产生如图所示从下到上的感应电流，根据安培定则可知线圈的上端相当于N极，则与上面磁铁的N极相互排斥；同理，乙图中线圈与磁铁之间也是相互排斥的，A正确；由甲、乙可知，感应电流的方向由穿过线圈的磁场方向以及磁通量的变化情况共同决定，B错误；由丙可知，当磁铁远离线圈时，线圈中产生的感应电流的磁场上端是S极，与磁铁的N极相互吸引，同理可知丁图中，线圈中产生的感应电流的磁场上端是N极，与磁铁的S极相互吸引，C错误；由丙、丁可知，穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同，D错误。对点训练❶(多选)如图所示，通电长直导线旁边同一竖直平面内有矩形线圈abcd。则(BD)A．若线圈向右平动，其中感应电流方向是a→b→c→d→aB．若线圈竖直向下平动，无感应电流产生C．当线圈由图示位置以ab边为轴转动时(小于90°)，其中感应电流方向是a→b→c→d→aD．当线圈向导线靠近时，其中感应电流方向是a→b→c→d→a解析：由安培定则可知，线圈所在区域磁场方向，垂直纸面向里。当线圈向右运动时通过线圈的磁通量减小，由楞次定律可知，线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a，A错误；线圈竖直向下平动时，与通电导线平行，所以磁通量不变，无感应电流，B正确；线圈以ab为轴转动时(θ<90°)，磁通量减小，由楞次定律可知感应电流方向为a→d→c→b→a，C错误；当线圈靠近通电导线时，磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流方向a→b→c→d→a，D正确。故选BD。探究右手定则情|境|导|入在下图中，假定导线棒AB向右运动。1．我们研究的是哪个闭合电路？2．当导体棒AB向右运动时，穿过这个闭合电路磁通量是增大还是减小？3．感应电流的磁场应该是沿哪个方向的？4．导体棒AB中的感应电流是沿哪个方向的？提示：1.ABEF2．增大3．垂直纸面向外4．A→B要|点|提|炼1.楞次定律与右手定则的比较名称比较项目楞次定律右手定则研究对象整个闭合回路闭合电路中切割磁感线运动的部分导体适用范围适用于由磁通量变化引起感应电流的各种情况适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动2.右手定则与左手定则的比较比较项目右手定则左手定则作用判断感应电流方向判断通电导体所受磁场力的方向已知条件已知切割运动方向和磁场方向已知电流方向和磁场方向图例因果关系运动→电流电流→运动应用实例发电机电动机典|例|剖|析典例3(2023·黑龙江高二期中)如图所示，平行导体滑轨MM′，NN′水平放置，固定在竖直向下的匀强磁场中。导体棒AB、CD横放其上静止，形成一个闭合电路，当AB和CD同时向右滑动的瞬间，前者速度小于后者速度，电路中感应电流的方向及导体棒CD受到的磁场力方向分别为(B)A．电流方向沿ABCD；受力方向向右B．电流方向沿ABCD；受力方向向左C．电流方向沿ADCB；受力方向向右D．电流方向沿ADCB；受力方向向左解析：当AB和CD同时向右滑动的瞬间，前者速度小于后者速度，根据右手定则可知导体棒AB产生的感应电动势为逆时针方向，导体棒CD产生的感应电动势为顺时针方向，但AB产生的感应电动势小于CD产生的感应电动势，故回路中的电流方向为顺时针方向，即沿ABCD，根据左手定则可知导体棒CD受到的安培力向左，B正确，A、C、D错误。左、右手定则巧区分(1)区分左手定则和右手定则的根本是抓住“因果关系”：“因电而动”——用左手，“因动生电”——用右手。(2)使用左手定则和右手定则很容易混淆，为了便于记忆，可把两个定则简单地总结为通电受力，“力”的最后一笔“丿”向左，用左手；运动生电，“电”的最后一笔“乚”向右，用右手。对点训练❷下列选项中表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景，导体ab上的感应电流方向为a→b的是(A)解析：ab顺时针转动，运用右手定则，磁感线穿过手心，拇指指向导体运动方向，则ab上的感应电流方向为a→b，A正确；ab向纸外运动，运用右手定则，磁感线穿过手心，拇指指向纸外，则知导体ab上的感应电流方向为b→a，B错误；线框向右运动时，穿过线框的磁通量减小，由楞次定律知，线框中感应电流方向为b→a→d→c→b，则导体ab上的感应电流方向为b→a，C错误；ab沿导轨向下运动，由右手定则判断知导体ab上的感应电流方向为b→a，D错误。“一定律三定则”的应用技巧应用现象与规律比较基本现象应用的定则或定律运动电荷、电流产生磁场安培定则磁场对运动电荷、电流有作用力左手定则电磁感应部分导体做切割磁感线运动右手定则闭合回路磁通量变化楞次定律案例如图所示，在一根较长的铁钉上，用漆包线绕两个线圈A和B。将线圈B的两端与直导线CD相连，将CD平放在阴极射线管正下方和静止的小磁针的正上方，与小磁针和射线管平行。试判断合上开关的瞬间，阴极射线和小磁针N极的偏转情况？线圈A中电流稳定后，阴极射线和小磁针又怎样偏转？解析：在开关合上的瞬间，线圈A内有了由小变大的电流，根据安培定则可判断出此时线圈A在铁钉内产生了一个由小变大的向右的磁场。由楞次定律可知，线圈B内感应电流的磁场应该阻碍铁钉内的磁场在线圈B内的磁通量的增加，即线圈B内感应电流的磁场方向是向左的。由安培定则可判断出线圈B内感应电流流经CD时的方向是由C到D。再由安培定则可以知道直导线CD内电流所产生的磁场在其正下方是垂直于纸面向里，上方是垂直纸面向外，因此，阴极射线向下偏转，小磁针N极应该向纸内偏转。线圈A内电流稳定后，CD内不再有感应电流，所以，阴极射线不偏转，小磁针又回到原来位置。答案：在开关合上的瞬间，阴极射线向下偏转，小磁针的N极向纸内偏转；当线圈A内的电流稳定以后，阴极射线不偏转，小磁针又回到原来的位置。一、影响感应电流方向的因素1．某实验小组使用如图所示的器材探究“电磁感应现象”中影响感应电流方向的因素。(1)在图中用实线代替导线完成实验电路连接。(2)连接好电路后，闭合开关，发现灵敏电流计G的指针向左偏了一下。保持开关闭合，依次进行以下操作：将铁芯迅速插入线圈A时，灵敏电流计指针将向_左__(填“左”或“右”)偏；然后将滑动变阻器连入电路中的阻值调大，灵敏电流计指针将向_________(填“左”或“右”)偏；几分钟后断开开关，灵敏电流计指针将向___________(填“左”或“右”)偏。(3)实验中如果将电池换成低压交流电源，线圈A插入线圈B中，滑动变阻器滑片位置不变，闭合开关时灵敏电流计G(B)A．指针始终处于刻度盘中央B．指针不停的左右摇摆C．指针偏转到某一位置，并保持不动D．在调节滑动变阻器的滑片位置时，示数无变化答案：(1)如图所示(2)左右右解析：(2)由题知闭合开关，线圈中磁通量增大，发现灵敏电流计的指针向左偏了一下；将铁芯迅速插入线圈时，通过线圈的磁场通量增大，灵敏电流计的指针将向左偏；将滑动变阻器连入电路中的阻值调大，回路电流减小，线圈中磁通量将减小，灵敏电流计的指针将向右偏；几分钟后断开开关，线圈中磁通量减小，灵敏电流计的指针将向右偏。(3)如果将电池换成低压交流电源，线圈A插入线圈B中，滑动变阻器滑片位置不变，线圈中磁通量一会增大一会减小，交替发生变化，指针将不停左右摇摆，故B正确。二、楞次定律2．(2023·河南高二期中)如图所示，在水平放置的条形磁铁的N极附近，一个闭合线圈向下运动并始终保持在竖直平面内。在位置b时，N极附近的磁感线正好与线圈平面垂直，在线圈从a到c运动的过程中，下列说法中正确的是(C)A．从左边看，感应电流为顺时针B．从左边看，感应电流为逆时针C．从左边看，感应电流先逆时针后顺时针D．从左边看，感应电流先顺时针后逆时针解析：在线圈从a到c运动的过程中，穿过线圈的磁通量向右先增加后减小，根据楞次定律可知，从左边看，线圈中的感应电流先逆时针后顺时针，故选C。3．(多选)如图所示，线圈P、Q同轴放置，P与开关S、电源和滑动变阻器R组成回路，Q与电流计G相连，要使Q线圈产生图示方向的电流，可采用的方法有(BC)A．闭合开关S后，把R的滑片右移B．闭合开关S后，把R的滑片左移C．闭合开关S后，把Q靠近PD．无需闭合开关S，只要把Q靠近P即可解析：闭合开关S后，线圈P产生的磁场向右穿过线圈Q，若把R的滑片右移，Q中的磁通量减小，据楞次定律可知，线圈Q中电流方向与图中所标电流方向相反，同理可知，若把R的滑片左移，线圈Q中电流方向与图中所标电流方向相同，A错误，B正确；闭合开关S后，把Q靠近P，Q中的磁场向右、磁通量曾大，