2017-2018学年高二物理新人教版选修3-2基础训练：第4章 3 楞次定律

3　楞次定律
学 习 目 标
知 识 脉 络
1.理解楞次定律的内容，能运用楞次定律判断感应电流的方向．(重点)
2．理解楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的反应．(难点)
3．掌握右手定则，并理解右手定则的实质．(重点)
楞次定律
1．实验探究
将螺线管与电流计组成闭合回路，如图4-3-1，分别将N极、S极插入、拔出线圈，记录感应电流方向如图4-3-2所示．
图4-3-1
图4-3-2
(1)线圈内磁通量增加时的情况
图号
磁场方向
感应电流的方向
感应电流的磁场方向
甲
向下
逆时针(俯视)
向上
乙
向上
顺时针(俯视)
向下
(2)线圈内磁通量减少时的情况
图号
磁场方向
感应电流的方向
感应电流的磁场方向
丙
向下
顺时针(俯视)
向下
丁
向上
逆时针(俯视)
向上
(3)归纳结论
当线圈内磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，阻碍磁通量的增加；当线圈内磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，阻碍磁通量的减少．
2．楞次定律
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．
1．感应电流的磁场总是与引起感应电流的磁场方向相反．(×)
2．感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同，也可能相反．(√)
3．楞次定律表明感应电流的效果总是与引起感应电流的原因相对抗．(√)
1．当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场如何阻碍其增加？
【提示】　感应电流的磁场方向与穿过线圈的原磁场方向相反．
2．当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场如何阻碍其减少？
【提示】　感应电流的磁场方向与穿过线圈的原磁场方向相同．
探讨1：楞次定律中，“阻碍”是否就是阻止的意思？
【提示】　楞次定律中的“阻碍”不是阻止的意思，只是延缓了磁通量的变化，电路中的磁通量还是变化的．
探讨2：当导体回路的面积发生变化，或回路相对磁场运动，或磁场本身发生变化时，回路中都可能产生感应电流，感应电流的方向与这些变化有什么对应关系？
【提示】　感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化．
1．因果关系
闭合导体回路中原磁通量的变化是产生感应电流的原因，而感应电流的磁场的产生是感应电流存在的结果，即只有当闭合导体回路中的磁通量发生变化时，才会有感应电流的磁场出现．
2．楞次定律中“阻碍”的含义
3．楞次定律的应用方法
1．如图4-3-3所示，光滑导轨L1、L2水平地固定在竖直向上的匀强磁场中，A、B两导体棒放置在导轨上，并与L1、L2接触良好，现对导体棒B进行如下一些操作，则下列对应导体棒A的运动情况中错误的是(　　)
图4-3-3
A．导体棒B向右运动时，导体棒A受到向右的力而向右运动
B．导体棒B向左运动时，导体棒A受到向左的力而向左运动
C．导体棒B运动得越快，导体棒A的加速度越大
D．导体棒B(设导体棒B足够长)顺时针方向转动时，导体棒A也顺时针方向转动
【解析】　当导体棒B向右运动时，由右手定则可以判断导体棒B中感应电流的方向为由L1指向L2，导体棒A中的感应电流方向为由L2指向L1，如图所示．由左手定则知，导体棒A受到向右的安培力而使其向右做加速直线运动，导体棒B受到向左的安培力而阻碍导体棒B向右运动，故选项A正确．同理可知，选项B、C正确．当导体棒B顺时针方向转动时，A、B两导体棒中感应电流的方向与图相同，导体棒A仍受到向右的安培力，导体棒A向右做加速直线运动，而不是转动，故选项D不正确．
【答案】　D
2．某同学设计了一个电磁冲击钻，其原理示意图如图4-3-4所示，若发现钻头突然向右运动，则可能是(　　)
图4-3-4
A．开关S由断开到闭合的瞬间
B．开关S由闭合到断开的瞬间
C．保持开关S闭合，变阻器滑片P加速向右滑动
D．保持开关S闭合，变阻器滑片P匀速向右滑动
【解析】　若发现钻头M突然向右运动，则两螺线管互相排斥，根据楞次定律，可能是开关S由断开到闭合的瞬间，选项A正确．
【答案】　A
3．(多选)如图4-3-5所示，矩形闭合金属线圈放置在固定的水平薄板上，有一块蹄形磁铁如图所示置于水平薄板的正下方(磁极间距略大于矩形线圈的宽度)．当磁铁全部匀速向右通过线圈时，线圈始终静止不动，那么线圈受到薄板摩擦力的方向和线圈中产生感应电流的方向(从上向下看)是(　　)
图4-3-5
A．摩擦力方向一直向左
B．摩擦力方向先向左、后向右
C．感应电流的方向顺时针→逆时针→逆时针→顺时针
D．感应电流的方向顺时针→逆时针
【解析】　靠近两极的磁场强，且方向从N极出S极进，根据楞次定律，感应电流的方向顺时针→逆时针→逆时针→顺时针，线圈始终有向右运动的趋势，摩擦力方向一直向左，选项AC正确．
【答案】　AC
楞次定律中几种“阻碍”的表现形式
1．阻碍原磁通量的变化——增反减同．
2．阻碍导体和磁体之间的相对运动——来拒去留．
3．通过改变线圈的面积来“反抗”磁通量的变化——增缩减扩．
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．适用范围：右手定则适用于闭合回路中一部分导体做切割磁感线运动时产生感应电流的情况．
1．右手定则只适用于导体切割磁感线产生感应电流的情况．(√)
2．使用右手定则时必须让磁感线垂直穿过掌心．(×)
3．任何感应电流方向的判断既可使用楞次定律，又可使用右手定则．(×)
试归纳比较左手定则、右手定则、安培定则分别用来判断哪个量的方向．
【提示】　左手定则用于判断安培力和洛伦兹力的方向，右手定则用于判断闭合电路的部分导体切割磁感线时产生的感应电流方向，安培定则用于判断电流的磁场方向．
如图4-3-6所示，导体框架放在匀强磁场中，导体棒bc放在框架上，向右做切割磁感线运动．
图4-3-6
探讨1：应用楞次定律判断感应电流的方向．
【提示】　感应电流的方向为a→d→c→b→a.
探讨2：导体棒bc向右运动，abcd回路磁通量增大，应用右手定则判断感应电流的方向．
【提示】　导体棒bc向右做切割磁感线运动，由右手定则可得，回路中感应电流的方向为a→d→c→b→a.
1．右手定则与楞次定律的区别与联系
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
只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况
应用
对于磁感应强度随时间变化而产生的电磁感应现象较方便
对于导体棒切割磁感线产生的电磁感应现象较方便
联系
右手定则是楞次定律的特例
2.右手定则与左手定则的比较
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
图例
因果关系
运动→电流
电流→运动
应用实例
发电机
电动机
4．(多选)如图4-3-7所示，光滑平行金属导轨PP′和QQ′都处于同一水平面内，P和Q之间连接一电阻R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中．现垂直于导轨放置一根导体棒MN，用一水平向右的力F拉动导体棒MN，以下关于导体棒MN中感应电流的方向和它所受安培力的方向的说法正确的是(　　)
图4-3-7
A．感应电流方向是N→M
B．感应电流方向是M→N
C．安培力方向水平向左
D．安培力方向水平向右
【解析】　以导体棒MN为研究对象，所处位置磁场方向向下、运动方向向右．由右手定则可知，感应电流方向是N→M；再由左手定则可知，安培力方向水平向左．
【答案】　AC
5．(多选)如图4-3-8所示，M为水平放置的橡胶圆盘，在其外侧面均匀地带有负电荷．在M正上方用丝线悬挂一个闭合铝环N，铝环也处于水平面中，且M盘和N环的中心在同一条竖直线O1O2上，现让橡胶圆盘由静止开始绕O1O2轴按图示方向逆时针加速转动，下列说法正确的是(　　)
图4-3-8
A．铝环N对橡校圆盘M的作用力方向竖直向下
B．铝环N对橡胶圆盘M的作用力方向竖直向上
C．铝环N有扩大的趋势，丝线对它的拉力增大
D．铝环N有缩小的趋势，丝线对它的拉力减小
【解析】　橡胶圆盘M由静止开始绕其轴线O1O2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，根据右手螺旋定则知，通过N线圈的磁通量向下，且增大，根据楞次定律的另一种表述，引起的机械效果阻碍磁通量的增大，知金属环N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，根据牛顿第三定律，N对M的作用力竖直向下，故A、D正确，B、C错误．故选A、D.
【答案】　AD
6．(多选)如图4-3-9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(　　)
图4-3-9
A．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
【解析】　当PQ向右运动时，用右手定则可判定PQ中感应电流的方向是由Q→P，由安培定则可知穿过L1的磁场方向是自下而上的；若PQ向右加速运动，则穿过L1的磁通量增加，用楞次定律可以判断流过MN的感应电流是从N→M的，用左手定则可判定MN受到向左的安培力，将向左运动，选项A不正确；若PQ向右减速运动，流过MN的感应电流方向、MN所受的安培力的方向均将反向，MN向右运动，所以选项C是正确的；同理可判断选项B是正确的，选项D是错误的．
【答案】　BC
电磁感应现象中导体运动问题的分析方法
1．明确所研究的闭合电路．
2．明确闭合电路所围区域磁场的方向及磁场的变化情况．
3．明确穿过闭合电路的磁通量的变化情况或导体切割磁感线的情况．
4．根据楞次定律或右手定则判断感应电流的方向．
5．根据左手定则或“来拒去留”、“增缩减扩”等判断导体所受安培力及运动的方向．