第二章 1　楞次定律 学案（学生版+教师版）—2024年春高中物理人教版选择性必修二

第二章　电磁感应
1　楞次定律
[学习目标]　
1.通过实验探究，归纳出判断感应电流方向的规律——楞次定律(重点)。
2.理解楞次定律，并能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向(重难点)。
3.掌握右手定则，能够熟练应用右手定则判断感应电流的方向(重点)。
一、实验：探究影响感应电流方向的因素
1．实验原理
通过实验，观察、分析原磁场方向和磁通量的变化，记录感应电流的方向，然后归纳出感应电流的方向与原磁场方向、原磁通量变化之间的关系。
2．实验器材
条形磁体，线圈，电流表，滑动变阻器，干电池，开关，导线若干。
3．实验过程
(1)采用试触法探究电流表指针的偏转方向和电流方向之间的关系。
一般情况电流从哪一侧接线柱流入，指针就向哪一侧偏转，即左进左偏，右进右偏。(指针偏转方向应由实验得出，并非所有电流表都是这样的)
(2)探究条形磁体插入或拔出线圈时感应电流的方向。
①按图连接电路，明确线圈的绕线方向。
②画出实验草图，记录磁极运动的四种情况。
③观察并记录。
甲 乙 丙 丁
条形磁体运 动的情况 N极向 下插入 线圈 S极向 下插入 线圈 N极朝 下时抽 出线圈 S极朝 下时抽 出线圈
原磁场方向 (“向上”或 “向下”)
穿过线圈的 磁通量变化 情况(“增加” 或“减少”)
感应电流的 方向(在线圈 上方俯视) 逆时针 顺时针 顺时针 逆时针
感应电流的 磁场方向 (“向上”或 “向下”)
原磁场与感 应电流磁场 方向的关系
④整理器材。
4．分析现象得出结论
(1)甲、乙两种情况下，磁通量都________，感应电流的磁场方向与原磁场方向______。
(2)丙、丁两种情况下，磁通量都________，感应电流的磁场方向与原磁场方向______。
(3)结论：感应电流的磁场总要________引起感应电流的________________。
例1　(2022·常州市高二期中)在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中。
(1)已将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、灵敏电流计及开关按如图所示部分连接，要把电路连接完整，则N连接到________(选填“a”“b”“c”或“M”)，M连接到________(选填“a”“b”“c”或“N”)。
(2)正确连接电路后，开始实验探究，某同学发现当他将滑动变阻器的滑片P向右加速滑动时，灵敏电流计指针向右偏转，由此可以判断________。
A．线圈A向上移动，能引起灵敏电流计指针向左偏转
B．当断开开关时，能引起灵敏电流计指针向右偏转
C．滑动变阻器的滑片P匀速向左或匀速向右滑动，电流计指针都静止在中央
D．因为线圈A、线圈B的绕线方向未知，故无法判断灵敏电流计指针偏转的方向
(3)某同学第一次将滑动变阻器的滑片P慢慢向右移动，第二次将滑动变阻器的滑片P快速向右移动，发现电流计的指针摆动的幅度第二次的幅度大，原因是线圈中的________________(选填“磁通量”“磁通量的变化”或“磁通量变化率”)第二次比第一次的大。
(4)某同学在实验室重做该实验，他将灵敏电流计、线圈A和B、电池组、开关用导线连接成电路。当接通、断开开关时，电流计的指针都没有偏转，其可能的原因是______。
A．开关的位置接错
B．电流计的正负极接错
C．线圈B的接头接反
D．电池组的正负极接反
(5)通过实验可以得出：当穿过闭合回路的____________时，闭合回路中就会产生感应电流。
二、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________引起感应电流的________________。
2．理解楞次定律中“阻碍”的含义
(1)谁阻碍——______________________。
(2)阻碍谁——______________________________________________。
(3)如何阻碍——当原磁通量增加时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向______；当原磁通量减少时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向________。
(4)阻碍效果——阻碍并________(填“是”或“不是”)阻止。只是延缓了磁通量的变化，这种变化还将继续进行。
3．从能量的角度理解楞次定律
电磁感应产生的过程是其他形式的能转化为电能的过程。
楞次定律中的“阻碍”作用，是能量守恒的必然结果。在克服“阻碍”的过程中，其他形式的能转化为________，在转化过程中总能量________。
法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图所示。软铁环上绕有M、N两个线圈，
(1)S闭合瞬间
①穿过N的磁场方向为________；
②穿过N的磁通量________；
③N中感应电流方向为________；
(2)S断开瞬间，N中感应电流方向为______。
(1)感应电流的磁场总是阻止原磁通量的变化。(　　)
(2)感应电流的磁场总是与原磁场反向，阻碍原磁场的变化。(　　)
(3)感应电流的磁场方向可能与原磁场方向相同。(　　)
例2　如图甲所示，有一闭合线圈，磁场方向垂直于线圈平面向里为正方向，当磁感应强度随时间按如图乙所示规律变化，则在0～2t0时间内，线圈中感应电流的方向(　　)
A．一直顺时针
B．一直逆时针
C．先顺时针后逆时针
D．先逆时针后顺时针
例3　(2022·常州市高二期末)如图所示，在水平放置的条形磁体的N极附近，一个闭合线圈竖直向下运动并始终保持水平，在位置B，N极附近的磁感线正好与线圈平面平行，A、B之间和B、C之间的距离都比较小，则线圈A、B、C三个位置的感应电流方向(从上往下看)是(　　)
A．顺时针、顺时针、顺时针
B．顺时针、无电流、顺时针
C．逆时针、无电流、逆时针
D．逆时针、逆时针、逆时针
应用楞次定律解题的一般步骤：
(1)确定研究对象：哪个闭合回路；
(2)确定闭合回路中原磁场的方向；
(3)确定穿过闭合回路的磁通量如何变化；
(4)根据楞次定律判断感应电流磁场的方向；
(5)由安培定则最终确定感应电流的方向。
三、右手定则的理解和应用
如图所示，导体棒ab向右做切割磁感线运动。
(1)请用楞次定律判断感应电流I的方向。
(2)感应电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向三者之间满足什么关系？(阅读课本并伸开右手做一做)
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
1．右手定则：伸开________，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；让磁感线从掌心进入，并使________指向导线运动的方向，这时________所指的方向就是感应电流的方向。
2．两点说明：(1)大拇指所指的方向是导体相对磁场切割磁感线的运动方向，既可以是导体运动而磁场未动，也可以是导体未动而磁场运动，还可以是两者以不同速度同时运动。
(2)四指指向电流方向，切割磁感线的导体相当于________。
例4　如图所示，同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好；匀强磁场的方向垂直纸面向里。导体棒的电阻可忽略。当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是(　　)
A．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由b到a
B．流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到a
C．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由a到b
D．流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由a到b
楞次定律与右手定则的比较
规律 比较内容　　　 楞次定律 右手定则
区 别 研究对象 整个闭 合回路 闭合回路的一部分，即做切割磁感线运动的导体
适用范围 各种电磁 感应现象 只适用于部分导体在磁场中做切割磁感线运动的情况
联系 右手定则是楞次定律的特例
1　楞次定律
[学习目标]　1.通过实验探究，归纳出判断感应电流方向的规律——楞次定律(重点)。2.理解楞次定律，并能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向(重难点)。3.掌握右手定则，能够熟练应用右手定则判断感应电流的方向(重点)。
一、实验：探究影响感应电流方向的因素
1．实验原理
通过实验，观察、分析原磁场方向和磁通量的变化，记录感应电流的方向，然后归纳出感应电流的方向与原磁场方向、原磁通量变化之间的关系。
2．实验器材
条形磁体，线圈，电流表，滑动变阻器，干电池，开关，导线若干。
3．实验过程
(1)采用试触法探究电流表指针的偏转方向和电流方向之间的关系。
一般情况电流从哪一侧接线柱流入，指针就向哪一侧偏转，即左进左偏，右进右偏。(指针偏转方向应由实验得出，并非所有电流表都是这样的)
(2)探究条形磁体插入或拔出线圈时感应电流的方向。
①按图连接电路，明确线圈的绕线方向。
②画出实验草图，记录磁极运动的四种情况。
③观察并记录。
甲 乙 丙 丁
条形磁体运 动的情况 N极向 下插入 线圈 S极向 下插入 线圈 N极朝 下时抽 出线圈 S极朝 下时抽 出线圈
原磁场方向 (“向上”或 “向下”)
穿过线圈的 磁通量变化 情况(“增加” 或“减少”)
感应电流的 方向(在线圈 上方俯视) 逆时针 顺时针 顺时针 逆时针
感应电流的 磁场方向 (“向上”或 “向下”)
原磁场与感 应电流磁场 方向的关系
④整理器材。
4．分析现象得出结论
(1)甲、乙两种情况下，磁通量都增加，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反。
(2)丙、丁两种情况下，磁通量都减少，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。
(3)结论：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
例1　(2022·常州市高二期中)在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中。
(1)已将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、灵敏电流计及开关按如图所示部分连接，要把电路连接完整，则N连接到________(选填“a”“b”“c”或“M”)，M连接到________(选填“a”“b”“c”或“N”)。
(2)正确连接电路后，开始实验探究，某同学发现当他将滑动变阻器的滑片P向右加速滑动时，灵敏电流计指针向右偏转，由此可以判断________。
A．线圈A向上移动，能引起灵敏电流计指针向左偏转
B．当断开开关时，能引起灵敏电流计指针向右偏转
C．滑动变阻器的滑片P匀速向左或匀速向右滑动，电流计指针都静止在中央
D．因为线圈A、线圈B的绕线方向未知，故无法判断灵敏电流计指针偏转的方向
(3)某同学第一次将滑动变阻器的滑片P慢慢向右移动，第二次将滑动变阻器的滑片P快速向右移动，发现电流计的指针摆动的幅度第二次的幅度大，原因是线圈中的_______________(选填“磁通量”“磁通量的变化”或“磁通量变化率”)第二次比第一次的大。
(4)某同学在实验室重做该实验，他将灵敏电流计、线圈A和B、电池组、开关用导线连接成电路。当接通、断开开关时，电流计的指针都没有偏转，其可能的原因是________。
A．开关的位置接错
B．电流计的正负极接错
C．线圈B的接头接反
D．电池组的正负极接反
(5)通过实验可以得出：当穿过闭合回路的________时，闭合回路中就会产生感应电流。
答案　(1)a　c　(2)B　(3)磁通量变化率　(4)A　(5)磁通量发生变化
解析　(1)将电流计与线圈B串联成另一个回路，所以N连接a。
将电池组、开关、滑动变阻器、线圈A串联成一个回路，注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱，所以M连接c。
(2)由题意可知：当P向右加速滑动时，线圈A中的电流应越来越小，则其磁场减小，线圈B中磁通量减少，此时线圈B中产生了电流，使指针向右偏转，故可知当B中的磁通量减小时，电流表指针向右偏。
线圈A向上移动时，线圈B中磁通量减小，指针向右偏转，故A错误；当断开开关时，线圈A中磁场减小，故线圈B中磁通量减小，指针向右偏转，故B正确；P匀速运动时，线圈A中也会产生变化的磁场，线圈B中产生感应电流使指针偏转，故C错误；虽然线圈A、线圈B的绕线方向未知，但根据题意可以判断灵敏电流计指针偏转的方向，故D错误。
(3)两种情况下滑动变阻器的滑片P移动的快慢不同，说明电流变化快慢不同，线圈B中的磁感应强度变化快慢不同，即磁通量变化率不同，产生的感应电动势大小不同，线圈中的磁通量变化率第二次比第一次的大。
(4)如果将开关与灵敏电流计构成回路，当接通、断开开关时，线圈B中的磁通量不变，电流计的指针不会偏转，故A正确；电流计的正负极接错，只是偏转方向变化，仍会偏转，故B错误；线圈B的接头接反，当接通、断开开关时，线圈B中的磁通量会发生变化，电流计的指针会偏转，故C错误；电池组的正负极接反，当接通、断开开关时，线圈B中的磁通量会发生变化，只是电流计的指针偏转方向变化，仍会偏转，故D错误。
(5)通过实验总结得出，当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，闭合回路中就会产生感应电流。
二、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．理解楞次定律中“阻碍”的含义
(1)谁阻碍——感应电流产生的磁场。
(2)阻碍谁——阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
(3)如何阻碍——当原磁通量增加时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反；当原磁通量减少时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同。
(4)阻碍效果——阻碍并不是(填“是”或“不是”)阻止。只是延缓了磁通量的变化，这种变化还将继续进行。
3．从能量的角度理解楞次定律
电磁感应产生的过程是其他形式的能转化为电能的过程。
楞次定律中的“阻碍”作用，是能量守恒的必然结果。在克服“阻碍”的过程中，其他形式的能转化为电能，在转化过程中总能量守恒。
法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图所示。软铁环上绕有M、N两个线圈，
(1)S闭合瞬间
①穿过N的磁场方向为________；
②穿过N的磁通量________；
③N中感应电流方向为________；
(2)S断开瞬间，N中感应电流方向为________。
答案　(1)①向下　②增加　③逆时针方向　(2)顺时针方向
(1)感应电流的磁场总是阻止原磁通量的变化。(　×　)
(2)感应电流的磁场总是与原磁场反向，阻碍原磁场的变化。(　×　)
(3)感应电流的磁场方向可能与原磁场方向相同。(　√　)
例2　如图甲所示，有一闭合线圈，磁场方向垂直于线圈平面向里为正方向，当磁感应强度随时间按如图乙所示规律变化，则在0～2t0时间内，线圈中感应电流的方向(　　)
A．一直顺时针
B．一直逆时针
C．先顺时针后逆时针
D．先逆时针后顺时针
答案　A
解析　在0～t0内，穿过线圈的磁通量向里减小，根据楞次定律，感应电流的磁场方向垂直线圈向里，所以感应电流的方向为顺时针方向；同理可得t0～2t0内感应电流的方向也为顺时针方向，故A正确。
例3　(2022·常州市高二期末)如图所示，在水平放置的条形磁体的N极附近，一个闭合线圈竖直向下运动并始终保持水平，在位置B，N极附近的磁感线正好与线圈平面平行，A、B之间和B、C之间的距离都比较小，则线圈A、B、C三个位置的感应电流方向(从上往下看)是(　　)
A．顺时针、顺时针、顺时针
B．顺时针、无电流、顺时针
C．逆时针、无电流、逆时针
D．逆时针、逆时针、逆时针
答案　D
解析　线圈经过位置A向下运动时，磁感线向上，穿过线圈的磁通量减小，由楞次定律知线圈中感应电流为逆时针方向(从上往下看)；经过位置B时，穿过线圈的磁通量为零，但磁通量变化率不为零，在极短时间内由磁感线向上，穿过线圈的磁通量减小，到磁感线向下，穿过线圈的磁通量增大，感应电流为逆时针方向(从上往下看)；经过位置C向下运动时，磁感线向下，穿过线圈的磁通量增大，感应电流为逆时针方向(从上往下看)。
应用楞次定律解题的一般步骤：
(1)确定研究对象：哪个闭合回路；
(2)确定闭合回路中原磁场的方向；
(3)确定穿过闭合回路的磁通量如何变化；
(4)根据楞次定律判断感应电流磁场的方向；
(5)由安培定则最终确定感应电流的方向。
三、右手定则的理解和应用
如图所示，导体棒ab向右做切割磁感线运动。
(1)请用楞次定律判断感应电流I的方向。
(2)感应电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向三者之间满足什么关系？(阅读课本并伸开右手做一做)
答案　(1)感应电流的方向为a→d→c→b→a；
(2)满足右手定则。
1．右手定则：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；让磁感线从掌心进入，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。
2．两点说明：(1)大拇指所指的方向是导体相对磁场切割磁感线的运动方向，既可以是导体运动而磁场未动，也可以是导体未动而磁场运动，还可以是两者以不同速度同时运动。
(2)四指指向电流方向，切割磁感线的导体相当于电源。
例4　如图所示，同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好；匀强磁场的方向垂直纸面向里。导体棒的电阻可忽略。当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是(　　)
A．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由b到a
B．流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到a
C．流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由a到b
D．流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由a到b
答案　B
解析　依据右手定则可判断出导体棒PQ中的电流由P到Q，Q处电势最高，P处电势最低，由P到Q电势逐渐升高。外电路中的电流方向总是从高电势流向低电势处，因此流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到a，B正确。
楞次定律与右手定则的比较
规律 比较内容　　　 楞次定律 右手定则
区别 研究对象 整个闭合回路 闭合回路的一部分，即做切割磁感线运动的导体
适用范围 各种电磁感应现象 只适用于部分导体在磁场中做切割磁感线运动的情况
联系 右手定则是楞次定律的特例