2024-2025版高中物理第四章电磁感应微型专题1楞次定律的应用教案新人教版选修3-2

PAGE13-微型专题1楞次定律的应用[学科素养与目标要求]物理观念：进一步娴熟驾驭楞次定律和右手定则.科学思维：1.通过从相对运动角度理解楞次定律，归纳总结出楞次定律涉及到的问题所满意的规律.2.抓住安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律中各物理量的因果关系，明确各定则和定律的作用和运用范围.一、楞次定律的重要结论1.“增反减同”法感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量(原磁场磁通量)的改变.(1)当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反.(2)当原磁场磁通量削减时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同.口诀记为“增反减同”.例1如图1所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在瘦长磁铁的N极旁边竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ，这个过程中线圈的感应电流()图1A.沿abcda流淌B.沿dcbad流淌C.先沿abcda流淌，后沿dcbad流淌D.先沿dcbad流淌，后沿abcda流淌答案A解析由条形磁铁的磁场分布可知，线圈在位置Ⅱ时穿过闭合线圈的磁通量最小，为零，线圈从位置Ⅰ到位置Ⅱ，从下向上穿过线圈的磁通量在削减，线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ，从上向下穿过线圈的磁通量在增加，依据楞次定律可知感应电流的方向是abcda.2.“来拒去留”法由于磁场与导体的相对运动产生电磁感应现象时，产生的感应电流与磁场间有力的作用，这种力的作用会“阻碍”相对运动.口诀记为“来拒去留”.例2如图2所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动状况是()图2A.向右摇摆 B.向左摇摆C.静止 D.无法判定答案A解析当磁铁突然向铜环运动时，穿过铜环的磁通量增加，为阻碍磁通量的增加，铜环远离磁铁向右摇摆，故选A.3.“增缩减扩”法就闭合电路的面积而言，收缩或扩张是为了阻碍穿过电路的原磁通量的改变.若穿过闭合电路的磁通量增加，面积有收缩趋势；若穿过闭合电路的磁通量削减，面积有扩张趋势.口诀记为“增缩减扩”.说明：此法只适用于回路中只有一个方向的磁感线的状况.例3如图3所示，在载流直导线旁固定有两平行光滑导轨A、B，导轨与直导线平行且在同一水平面内，在导轨上有两个可自由滑动的导体ab和cd.当载流直导线中的电流渐渐增大时，导体ab和cd的运动状况是()图3A.一起向左运动B.一起向右运动C.ab和cd相向运动，相互靠近D.ab和cd相背运动，相互远离答案C解析由于在闭合回路abdc中，ab和cd电流方向相反，所以两导体运动方向肯定相反，解除A、B；当载流直导线中的电流渐渐增大时，穿过闭合回路的磁通量增大，依据楞次定律，感应电流总是阻碍穿过回路的磁通量的改变，所以两导体相互靠近，减小面积，达到阻碍磁通量增大的目的.故选C.4.“增离减靠”法当磁场改变且线圈回路可移动时，由于磁场增加使得穿过线圈回路的磁通量增加，线圈将通过远离磁体来阻碍磁通量增加；反之，由于磁场减弱使线圈中的磁通量削减时，线圈将靠近磁体来阻碍磁通量削减.口诀记为“增离减靠”.例4如图4所示，一长直铁芯上绕有一固定线圈M，铁芯右端与一木质圆柱密接，木质圆柱上套有一闭合金属环N，N可在木质圆柱上无摩擦移动，M连接在如图所示的电路中，其中R为滑动变阻器，E1和E2为直流电源，S为单刀双掷开关，下列状况中，能视察到N向左运动的是()图4A.在S断开的状况下，S向a闭合的瞬间B.在S断开的状况下，S向b闭合的瞬间C.在S已向a闭合的状况下，将R的滑片向c端移动时D.在S已向a闭合的状况下，将R的滑片向d端移动时答案C解析金属环N向左运动，说明穿过N的磁通量在减小，则线圈M中的电流在减小，只有选项C符合.[学科素养]以上四种状况“殊途同归”，实质上都是以不同的方式阻碍磁通量的改变，拨开现象看本质，体现了“科学思维”的学科素养.二、“三定则肯定律”的综合应用安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的适用场合及因果关系如下表：比较项目安培定则左手定则右手定则楞次定律适用场合推断电流四周的磁感线方向推断通电导线在磁场中所受的安培力方向推断导体切割磁感线时产生的感应电流方向推断回路中磁通量改变时产生的感应电流方向因果关系因电而生磁(I→B)因电而受力(I、B→F安)因动而生电(v、B→I感)因磁通量变而生电(ΔΦ→I感)综合运用这几个规律的关键是分清各个规律的适用场合，不能混淆.例5(多选)如图5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)()图5A.向右匀速运动 B.向右加速运动C.向左加速运动 D.向左减速运动答案BD解析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，依据右手定则知，在ab杆上产生增大的由a到b的电流，依据安培定则，在L1中产生方向向上且增加的磁场，该磁场向下通过L2，由楞次定律，cd杆中的电流由c到d，依据左手定则，cd杆受到向右的安培力，向右运动，故B正确；同理可得C错误，D正确.[学科素养]本题通过对ab杆的各种运动状况进行分析，利用楞次定律或右手定则推断出ab杆中感应电流的方向，再利用安培定则确定L1、L2中磁场方向，然后利用楞次定律确定cd杆中电流方向，最终利用左手定则推断cd杆所受安培力方向，从而推断出cd杆的运动状况，这样的综合分析，较好地体现了物理“科学思维”的学科素养.1.(楞次定律的重要结论)如图6甲所示，有一闭合导线环，磁场方向垂直于环面对里，当磁感应强度随时间按如图乙所示规律改变时，顺着磁场方向看，导线环中感应电流的方向是()图6A.始终顺时针B.始终逆时针C.先顺时针后逆时针D.先逆时针后顺时针答案D解析由题图乙可知，0～t0内，穿过导线环的磁通量增加，由楞次定律的结论——“增反减同”可知，感应电流产生的磁场方向垂直环面对外，所以感应电流方向为逆时针；同理可得t0～2t0内感应电流方向为顺时针，D正确.2.(楞次定律的重要结论)如图7所示，水平放置的光滑杆上套有A、B、C三个金属环，其中B接电源.在接通电源的瞬间，A、C两环()图7A.都被B吸引 B.都被B排斥C.A被吸引，C被排斥 D.A被排斥，C被吸引答案B解析在接通电源的瞬间，通过B环的电流从无到有，电流产生的磁场从无到有，穿过A、C两环的磁通量从无到有，A、C两环产生感应电流，由楞次定律可知，感应电流阻碍原磁通量的增加，A、C两环都被B环排斥而远离B环，故A、C、D错误，B正确.3.(楞次定律的重要结论)(多选)如图8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(不计空气阻力)()图8A.p、q将相互靠拢 B.p、q将相互远离C.磁铁下落的加速度仍为g D.磁铁下落的加速度小于g答案AD解析在磁铁下落接近回路的过程中，穿过回路的磁通量增加，依据楞次定律的结论——“增缩减扩”，可知p、q将相互靠拢；利用“来拒去留”可知磁铁受到向上的阻力，磁铁的加速度小于g，A、D正确.4.(“三定则肯定律”的综合应用)(多选)如图9所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN，当PQ在外力的作用下运动时，MN在磁场力的作用下向右运动，则PQ所做的运动可能是(导体切割磁感线速度越大，感应电流越大)()图9A.向右加速运动 B.向左加速运动C.向右减速运动 D.向左减速运动答案BC解析1.为了测量列车运行的速度和加速度大小，可采纳如图1甲所示的装置，它由一块安装在列车车头底部的强磁体和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量记录仪组成(电流测量记录仪未画出).当列车经过线圈上方时，线圈中产生的电流被记录下来，P、Q为接测量仪器的端口.若俯视轨道平面磁场垂直地面对里(如图乙)，则在列车经过测量线圈的过程中，流经线圈的电流方向为()图1A.始终沿逆时针方向B.先沿顺时针方向，再沿逆时针方向C.先沿逆时针方向，再沿顺时针方向D.始终沿顺时针方向答案C解析在列车经过线圈上方时，由于列车上的强磁体在线圈处的磁场的方向向下，所以线圈内的磁通量方向向下，磁通量先增大后减小，依据楞次定律可知，线圈中的感应电流的方向先沿逆时针方向，再沿顺时针方向，故选C.2.如图2所示，老师做了一个物理小试验让学生视察：一轻质横杆两侧各固定一金属环，横杆可绕中心点自由转动，老师拿一条形磁铁插向其中一个小环，后又取出插向另一个小环，同学们看到的现象是()图2A.磁铁插向左环，横杆发生转动B.磁铁插向右环，横杆发生转动C.无论磁铁插向左环还是右环，横杆都不发生转动D.无论磁铁插向左环还是右环，横杆都发生转动答案B解析左环没有闭合，在磁铁插入过程中，不产生感应电流，故横杆不发生转动.右环闭合，在磁铁插入过程中，产生感应电流，在磁场力的作用下横杆将发生转动，故B正确.3.如图3所示，MN是一根固定在光滑水平面上的通电瘦长直导线，电流方向如图所示，今将一矩形金属线框abcd放在导线上，ab边平行于MN，让线框的位置偏向导线的左边，两者彼此绝缘，当导线上的电流突然增大时，线框整体受力为()图3A.受力向右 B.受力向左C.受力向上 D.受力为零答案A解析金属线框放在导线MN上，导线中电流产生磁场，依据安培定则推断可知，线框左右两侧磁场方向相反，线框左侧的磁通量大于线框右侧的磁通量，当导线中电流增大时，穿过线框的磁通量增大，线框产生感应电流，依据楞次定律可知，感应电流的磁场要阻碍原磁通量的改变，则线框将向使磁通量减小的方向运动，即向右移动，线框整体受力向右，故A正确，B、C、D错误.4.如图4所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈.当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方由左向右快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确推断是(重力加速度为g)()图4A.FN先小于mg后大于mg，运动趋势向左B.FN先大于mg后小于mg，运动趋势向左C.FN先小于mg后大于mg，运动趋势向右D.FN先大于mg后小于mg，运动趋势向右答案D解析条形磁铁从线圈中线AB正上方由左向右运动的过程中，线圈中的磁通量先增大后减小，依据楞次定律的“来拒去留”可知，线圈先有向下和向右运动的趋势，后有向上和向右运动的趋势，故线圈受到的支持力先大于重力后小于重力，运动趋势向右，故选D.5.如图5所示，一个有弹性的金属线圈被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方，直导线与线圈在同一竖直面内，当通电直导线中电流增大时，金属线圈的面积S和橡皮绳的长度l将()图5A.S增大，l变长B.S减小，l变短C.S增大，l变短D.S减小，l变长答案D解析当通电直导线中电流增大时，穿过金属线圈的磁通量增大，金属线圈中产生感应电流，依据楞次定律，感应电流要阻碍原磁通量的增大：一是用缩小面积的方式进行阻碍，二是用远离直导线的方式进行阻碍，故D正确.6.(多选)绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上，铁芯上套着一个铝环，线圈与电源、开关相连，如图6所示.线圈上端与电源正极相连，闭合开关的瞬间，铝环向上跳起.则下列说法中正确的是()图6A.若保持开关闭合，则铝环不断上升B.若保持开关闭合，则铝环停留在跳起后的某一高度C.若保持开关闭合，则铝环跳起到某一高度后将回落D.假如电源的正、负极对调，视察到的现象不变答案CD解析铝环跳起是开关闭合时铝环上产生的感应电流与通电线圈中的电流相互作用而引起的，由楞次定律知，该现象与电流方向无关，故C、D正确.7.(多选)如图7所示，在水平面上有一固定的导轨，导轨为U形金属框架，框架上放置一金属杆ab，不计摩擦，在竖直方向上有匀强磁场，则()图7A.若磁场方向竖直向上并增加时，杆ab将向右移动B.若磁场方向竖直向上并减弱时，杆ab将向右移动C.若磁场方向竖直向下并增加时，杆ab将向右移动D.若磁场方向竖直向下并减弱时，杆ab将向右移动答案BD解析不管磁场方向竖直向上还是竖直向下，当磁感应强度增大时，回路中磁通量增大，由楞次定律知杆ab将向左移动，反之，杆ab将向右移动，选项B、D正确.8.如图8所示，条形磁铁从高h处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关S断开时，至落地用时t1，落地时速度为v1；S闭合时，至落地用时t2，落地时速度为v2.则它们的大小关系正确的是()图8A.t1>t2，v1>v2 B.t1＝t2，v1＝v2C.t1<t2，v1<v2 D.t1<t2，v1>v2答案D解析开关S断开时，线圈中无感应电流，对磁铁无阻碍作用，故磁铁自由下落，a＝g；当S闭合时，线圈中有感应电流，对磁铁有阻碍作用，故a<g.所以t1<t2，v1>v2，故D正确.9.如图9所示，A为水平放置的胶木圆盘，在其侧面匀称分布着负电荷，在A的正上方用绝缘丝线悬挂一个金属环B，使B的环面水平且与圆盘面平行，其轴线与胶木圆盘A的轴线OO′重合，现使胶木圆盘A由静止起先绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，则()图9A.金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力增大B.金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力减小C.金属环B的面积有扩大的趋势，丝线受到的拉力减小D.金属环B的面积有缩小的趋势，丝线受到的拉力增大答案B解析胶木圆盘A由静止起先绕其轴线OO′按箭头所示方向加速转动，形成环形电流，环形电流的大小增大，依据安培定则知，通过B的磁通量向下且增大，依据楞次定律，感应电流引起的效果阻碍原磁通量的增大，知金属环的面积有缩小的趋势，且有向上的运动趋势，所以丝线的拉力减小，故B正确，A、C、D错误.10.如图10所示，通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环，铜环平面与螺线管截面平行，当开关S接通瞬间，两铜环的运动状况()图10A.同时向两侧推开B.同时向螺线管靠拢C.一个被推开，一个被吸引，但因电源正负极未知，无法详细推断D.同时被推开或同时向螺线管靠拢，但因电源正负极未知，无法详细推断答案A解析开关S接通瞬间，小铜环中磁通量从无到有增加，依据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍磁通量的增加，则两环将同时向两侧推开，故A正确.11.如图11所示，两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两环时，两环的运动状况是()图11A.同时向左运动，间距变大 B.同时向左运动，间距变小C.同时向右运动，间距变小 D.同时向右运动，间距变大答案B解析磁铁向左运动，穿过两环的磁通量都增加，依据楞次定律，感应电流的磁场将阻碍原磁通量的增加，所以两环都向左运动.另外，两环产生的感应电流方向相同，依据安培定则和左手定则可以推断两个环之间是相互吸引的，所以选项A、C、D错误，B正确.12.(2024·全国卷Ⅲ)如图12所示，在方向垂直于纸面对里的匀强磁场中有一U形金属导轨，导轨平面与磁场垂直.金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS，一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内，线框与导轨共面.现让金属杆PQ突然向右运动，在运动起先的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是()图12A.PQRS中沿顺时针方向，T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向，T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向，T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向，T中沿顺时针方向答案D解析金属杆PQ突然向右运动，由右手定则可得，金属杆PQ中的感应电流方向由Q到P，则PQRS中感应电流方向为逆时针方向.PQRS中感应电流产生垂直纸面对外的磁场，故环形金属线框T中为阻碍此改变，会产生垂直纸面对里的磁场，则T中感应电流方向为顺时针方向，D正确.13.(2024·南通中学高二上学期期中)如图13所示，圆形导体线圈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闭合