（新人教版选修3-2）物理：4.3《楞次定律》学案
文档属性
| 名称 | （新人教版选修3-2）物理：4.3《楞次定律》学案 |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 103.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2010-08-23 19:25:00 | ||
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文档简介
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三、楞次定律－判断感应电流的方向
［要点导学］
1.这一节学习楞次定律，用来判断感应电流的方向。这部分知识与法拉第电磁感应定律一起组成了本章的两大重要内容。学习中应该特别重视。
2.感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要 ，这就是楞次定律。
3.理解楞次定律的关键是阻碍两个字。要全面地理解阻碍的意义——当磁通量增大时感应电流的磁场就阻碍磁通量的增加；当磁通量减少时感应电流的磁场就阻碍磁通量的减少；当磁体靠近线圈产生感应电流时感应电流的磁场就阻碍磁体的靠近；当磁体远离线圈产生感应电流时感应电流的磁场就阻碍磁体的远离。特别注意：阻碍不是阻止，阻碍的意思可以用“克强助弱”、“减同增反”、“去则吸引”、“来则排斥”形象描述。
4.从磁通量变化的角度来看，感应电流的磁场总要 ，从导体与磁场的相对运动的角度来看，感应电流的磁场总要 。
5.如果感应电流做了功，就一定有其它形式的能转化为感应电流的电能。当我们手持磁铁插入闭合线圈时，感应电流的磁场阻碍磁铁插入，我们必须克服阻力做功，这一过程中生物能转化为电能。楞次定律实际上是能量守恒在电磁感应现象中的必然结果。所以用能量的转化和守恒的观点分析电磁感应现象是一种很重要的方法。
［范例精析］
例1 用图4-3-1所示的装置来验证“感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化”。该装置的电原理图见图4-3-2，已经判明电流表的指针是电流从左接线柱流入则向左偏，电流从右接线柱流入则向右偏。设计一个表格，把开关闭合、开关断开、滑动变阻器电阻变化产生感应电流的几种情况列入表格中，并且在表格中比较原磁场的变化与感应电流的磁场的方向进行比较。
解析 表格要列入的情况有四种：开关闭合、开关断开、变阻器电阻变大和滑动变阻器电阻变小。所以表格应该有五行。为了比较A线圈中磁场的方向、A线圈中磁场的变化、感应电流的方向、B线圈中磁场的方向，最终验证B线圈中磁场方向是否阻碍A线圈中磁场的变化，表格应该有六列。
电路的情况 A线圈的磁场方向和变化 B线圈中磁场的变化 电流表指针偏转方向 感应电流的磁场方向 感应电流的磁场的作用
开关闭合 向下、增大 向下、增大 向右 向上 阻碍Φ增大
开关断开 向下、减小 向下、减小 向左 向下 阻碍Φ减少
电阻变大 向下、减小 向下、减小 向左 向下 阻碍Φ减少
电阻变小 向下、增大 向下、增大 向右 向上 阻碍Φ增大
拓展 开关闭合后，把A线圈拔出或者插入也能够产生感应电流，这种情况等效于条形磁铁拔出或者插入B线圈。表格中就不再列入。细心的同学一定能够发现，开关闭合后，A线圈相当于一个N极朝下的条形磁铁，开关闭合瞬时和电阻变小时，都相当于条形磁铁向下插入B线圈；开关断开瞬时和电阻变大时，都相当于条形磁铁向上离开B线圈。所以某些由于电流变化引起的感应电流方向和判断也可以转化为相对运动的问题来判断。
例2 一均匀的扁平条形磁铁与一圆形线圈同在一个平面内，磁铁中央与圆心O重合，为了在磁铁开始运动时在线圈中得到一方向如图4-3-3所示的感生电流I，磁铁的运动方式为（ ）
A.N极向纸内，S极向纸外使磁铁绕O点转动
B.N极向纸外，S极向纸内，使磁铁绕O点转动
C.使磁铁沿垂直于线圈平面的方向向纸内作平动
D.使磁铁沿垂直于线圈平面的方向向纸外作平动21世纪教育网
E.使磁铁在线圈平面内绕O点沿顺时针方向转动
F.使磁铁在线圈平面内绕O点沿逆时针方向转动
解析：由图可知感应电流在线圈中产生的磁感线为“点”，原磁场的变化有两种可能：一是“点”在减少；二是“叉”在增大。N极向纸内，S极向纸外使磁铁绕O点转动时线圈中的“叉”在增大，所以选项A正确，B错误。使磁铁沿垂直于线圈平面的方向向纸内或向纸外作平动时线圈中的磁通量都不变，所以选项C和D错误。使磁铁在线圈平面内绕O点沿顺时针方向转动或逆时针方向转动时线圈中的磁通量都不变，所以选项E和F错误。本题正确答案是A。
拓展：从楞次定律的角度来看，这道高考题属于逆向命题。在已知感应电流的方向的情景下要求考生判断原磁场的变化情况。这种问题一般有两种情况，但这道高考题虽然提供了六个选项却只有一个选项是正确的，这就要求学生有扎实的基础知识。
例3 如图4-3-4，有一固定的超导体圆环，在其右侧放着一条形磁铁，此时圆环中没有电流。当把磁铁向右移走时，由于产生电磁感应，在超导体圆环中产生一定的电流（ ）
A.这电流方向如图中箭头所示，磁铁移走后，这电流很快消失
B.这电流方向如图中箭头所示，磁铁移走后，这电流继续维持
C.这电流方向与图中箭头方向相反，磁铁移走后，这电流很快消失
D.这电流方向与图中箭头方向相反，磁铁移走后，这电流继续维持
解析：因超导线圈无电阻，所以感应电流不会消失。磁铁移走时感应电流的磁场要阻碍磁铁移走,所以会产生一个S极来吸引磁铁的N极，因此感应电流的方向与图示的方向相反。正确答案为D。
拓展：作为一道考查楞次定律的题目这道高考题并不难，但是这道高考题以超导线圈这一高科技产品作为背景，使得考题耳目一新。
例4 如右图4-3-5所示的条形磁铁向闭合线圈靠近时，试在线圈中画出感应电流的方向。
解析：方法一用磁通量的变化来判断。磁铁向右运动导致线圈内部方向向左的磁通量增大，感应电流在线圈内部产生方向向右的磁场以阻碍磁通量的增大，线圈的左端应该是S极，所以感应电流在线圈外部的方向为由a到G到b。21世纪教育网
方法二用感应电流的磁场阻碍相对运动的观点来判断。当S极向线圈靠近时感应电流的磁场在线圈的左端产生一个S极阻碍磁铁的靠近，所以感应电流在线圈外部的方向是由a到G到b。
拓展：从上述的两种方法来比较，可以看出用感应电流阻碍相对运动的方法进行判断较为简单。
例5 图4-3-6所示abcd是一水平放置的导体框，其中只有ab可以自由滑动。当条形磁铁向下运动时试说明ab将如何运动？
解析：磁铁向下运动导致abcd中的竖直向下的磁通量增大，感应电流为阻碍磁通量的增大，其面积就有缩小的趋势，所以导线ab向左运动。
拓展：本题也可以用阻碍相对运动的方法解决。当磁铁的N极向下运动时，感应电流的磁场在线圈的上方产生N极阻碍磁铁的靠近。导线ab中的电流是由b流到a，根据左手定则导线ab受向左的安培力作用，导线ab向左运动。
通过比较可以看出本题用感应电流的磁场阻碍磁通量的变化解决较为方便。所以解题时采取什么方法要具体问题具体分析。
例6图4-３-7所示的电路中当电键S断开时，试标出闭合线圈中感应电流的方向并简述理由。
解析：电键断开导致Q中向左的磁通量减少，感应电流在线圈Q中的磁场方向向左，感应电流在线圈外部的方向由b到G到a。见图4-3-8所示。
拓展：电键S断开等效于线圈P离开线圈Q，即相当于P的N极离开Q，Q的右端就产生S极阻碍P的N极离开，所以线圈Q的左端是N极，感应电流的方向如图4-3-8所示。
［能力训练］
1、如图4-3-9所示，开关闭合的瞬间，流过电流计的电流方向是 。（填顺时针或逆时针）。
逆时针
2、如图4-3-10所示，正方形线框abcd的边长为d，向右通过宽为L的匀强磁场，且dabcda adcba
3、如图4-3-11所示，M、N为水平放置的两根固定且平行的金属导轨，两根导体棒P、Q垂直于导轨放置并形成一个闭合回路，将闭合回路正上方的条形磁铁从高处下落时：（ AD ）
A、P、Q将互相靠拢 B、P、Q将互相远离
C、磁铁的加速度仍为g D、磁铁的加速度小于g
4、如图4-3-12所示，电池的正负极未知，在左侧软铁棒插入线圈过程中，悬吊在线圈右侧的铝环将：（ B ）
A、 不动
B、 向右运动
C、 向左运动
D、 可能向右运动，也可能向左运动
5、感应电流的磁场一定：（ D ）
A、 阻碍引起感应电流的磁通量
B、 与引起感应电流的磁场反向
C、 与引起感应电流的磁场同向
D、阻碍引起感应电流的磁通量的变化
6、如图4-3-13所示，通电直导线与线圈abcd在同一平面内，则：（ BD ）
A、线圈向右平动时，感应电流沿adcb方向
B、线圈竖直向下平动，则无感应电流
C、线圈以ab边为轴转动，产生的感应电流沿adcb方向
D、线圈沿垂直纸面方向远离导线，则产生的感应电流沿abcd方向
7、如图4-3-14所示，乙线圈和甲线圈互相绝缘，且乙线圈的一半面积在甲线圈内，当甲线圈中的电流逐渐减弱时，乙线圈的感应电流：（ D ）[来源:21世纪教育网]
A、 为零
B、 顺时针方向
C、 逆时针方向 [来源:21世纪教育网]
D、无法确定
8、如图4-3-15甲所示，当条形磁铁由上向下插入螺线管时，请在图上标出通过电流计的电流方向。如图4-3-15乙所示，当条形磁铁由远向螺线管靠近时，请在图上标出通过电流计的电流方向。并简述理由。
在线圈外部电流方向为b→a, 在线圈外部电流方向为b→a21世纪教育网
9、如图4-3-16所示，A为一带负电的橡胶圆盘，由于它的转动，使得金属环L中产生了如图所示的感应电流，则A的转动情况是：（BC ）
A、顺时针加速转动
B、逆时针加速转动
C、顺时针减速转动
D、逆时针减速转动
10、如图4-3-17所示的螺线管内有软铁棒，当电键S闭合的瞬间，灵敏电流计G内是否有电流通过？若有，请说明电流的方向。并简述理由。
有 在线圈外部电流方向为a→b；S闭合时P的右端是S极，相当于S极向线圈Q靠近，Q的右端应该出现S极阻碍S极的靠近，所以Q作为一个电源，它的左端是电源正极，电流从a流出来。
11、图4-3-18中当条形磁铁向下运动时闭合导线绕制的螺旋管内产生如图所示的感应电流，请在图中完成螺旋管的绕向。
螺旋管的绕向如下右图所示
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三、楞次定律－判断感应电流的方向
［要点导学］
1.这一节学习楞次定律，用来判断感应电流的方向。这部分知识与法拉第电磁感应定律一起组成了本章的两大重要内容。学习中应该特别重视。
2.感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要 ，这就是楞次定律。
3.理解楞次定律的关键是阻碍两个字。要全面地理解阻碍的意义——当磁通量增大时感应电流的磁场就阻碍磁通量的增加；当磁通量减少时感应电流的磁场就阻碍磁通量的减少；当磁体靠近线圈产生感应电流时感应电流的磁场就阻碍磁体的靠近；当磁体远离线圈产生感应电流时感应电流的磁场就阻碍磁体的远离。特别注意：阻碍不是阻止，阻碍的意思可以用“克强助弱”、“减同增反”、“去则吸引”、“来则排斥”形象描述。
4.从磁通量变化的角度来看，感应电流的磁场总要 ，从导体与磁场的相对运动的角度来看，感应电流的磁场总要 。
5.如果感应电流做了功，就一定有其它形式的能转化为感应电流的电能。当我们手持磁铁插入闭合线圈时，感应电流的磁场阻碍磁铁插入，我们必须克服阻力做功，这一过程中生物能转化为电能。楞次定律实际上是能量守恒在电磁感应现象中的必然结果。所以用能量的转化和守恒的观点分析电磁感应现象是一种很重要的方法。
［范例精析］
例1 用图4-3-1所示的装置来验证“感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化”。该装置的电原理图见图4-3-2，已经判明电流表的指针是电流从左接线柱流入则向左偏，电流从右接线柱流入则向右偏。设计一个表格，把开关闭合、开关断开、滑动变阻器电阻变化产生感应电流的几种情况列入表格中，并且在表格中比较原磁场的变化与感应电流的磁场的方向进行比较。
解析 表格要列入的情况有四种：开关闭合、开关断开、变阻器电阻变大和滑动变阻器电阻变小。所以表格应该有五行。为了比较A线圈中磁场的方向、A线圈中磁场的变化、感应电流的方向、B线圈中磁场的方向，最终验证B线圈中磁场方向是否阻碍A线圈中磁场的变化，表格应该有六列。
电路的情况 A线圈的磁场方向和变化 B线圈中磁场的变化 电流表指针偏转方向 感应电流的磁场方向 感应电流的磁场的作用
开关闭合 向下、增大 向下、增大 向右 向上 阻碍Φ增大
开关断开 向下、减小 向下、减小 向左 向下 阻碍Φ减少
电阻变大 向下、减小 向下、减小 向左 向下 阻碍Φ减少
电阻变小 向下、增大 向下、增大 向右 向上 阻碍Φ增大
拓展 开关闭合后，把A线圈拔出或者插入也能够产生感应电流，这种情况等效于条形磁铁拔出或者插入B线圈。表格中就不再列入。细心的同学一定能够发现，开关闭合后，A线圈相当于一个N极朝下的条形磁铁，开关闭合瞬时和电阻变小时，都相当于条形磁铁向下插入B线圈；开关断开瞬时和电阻变大时，都相当于条形磁铁向上离开B线圈。所以某些由于电流变化引起的感应电流方向和判断也可以转化为相对运动的问题来判断。
例2 一均匀的扁平条形磁铁与一圆形线圈同在一个平面内，磁铁中央与圆心O重合，为了在磁铁开始运动时在线圈中得到一方向如图4-3-3所示的感生电流I，磁铁的运动方式为（ ）
A.N极向纸内，S极向纸外使磁铁绕O点转动
B.N极向纸外，S极向纸内，使磁铁绕O点转动
C.使磁铁沿垂直于线圈平面的方向向纸内作平动
D.使磁铁沿垂直于线圈平面的方向向纸外作平动21世纪教育网
E.使磁铁在线圈平面内绕O点沿顺时针方向转动
F.使磁铁在线圈平面内绕O点沿逆时针方向转动
解析：由图可知感应电流在线圈中产生的磁感线为“点”，原磁场的变化有两种可能：一是“点”在减少；二是“叉”在增大。N极向纸内，S极向纸外使磁铁绕O点转动时线圈中的“叉”在增大，所以选项A正确，B错误。使磁铁沿垂直于线圈平面的方向向纸内或向纸外作平动时线圈中的磁通量都不变，所以选项C和D错误。使磁铁在线圈平面内绕O点沿顺时针方向转动或逆时针方向转动时线圈中的磁通量都不变，所以选项E和F错误。本题正确答案是A。
拓展：从楞次定律的角度来看，这道高考题属于逆向命题。在已知感应电流的方向的情景下要求考生判断原磁场的变化情况。这种问题一般有两种情况，但这道高考题虽然提供了六个选项却只有一个选项是正确的，这就要求学生有扎实的基础知识。
例3 如图4-3-4，有一固定的超导体圆环，在其右侧放着一条形磁铁，此时圆环中没有电流。当把磁铁向右移走时，由于产生电磁感应，在超导体圆环中产生一定的电流（ ）
A.这电流方向如图中箭头所示，磁铁移走后，这电流很快消失
B.这电流方向如图中箭头所示，磁铁移走后，这电流继续维持
C.这电流方向与图中箭头方向相反，磁铁移走后，这电流很快消失
D.这电流方向与图中箭头方向相反，磁铁移走后，这电流继续维持
解析：因超导线圈无电阻，所以感应电流不会消失。磁铁移走时感应电流的磁场要阻碍磁铁移走,所以会产生一个S极来吸引磁铁的N极，因此感应电流的方向与图示的方向相反。正确答案为D。
拓展：作为一道考查楞次定律的题目这道高考题并不难，但是这道高考题以超导线圈这一高科技产品作为背景，使得考题耳目一新。
例4 如右图4-3-5所示的条形磁铁向闭合线圈靠近时，试在线圈中画出感应电流的方向。
解析：方法一用磁通量的变化来判断。磁铁向右运动导致线圈内部方向向左的磁通量增大，感应电流在线圈内部产生方向向右的磁场以阻碍磁通量的增大，线圈的左端应该是S极，所以感应电流在线圈外部的方向为由a到G到b。21世纪教育网
方法二用感应电流的磁场阻碍相对运动的观点来判断。当S极向线圈靠近时感应电流的磁场在线圈的左端产生一个S极阻碍磁铁的靠近，所以感应电流在线圈外部的方向是由a到G到b。
拓展：从上述的两种方法来比较，可以看出用感应电流阻碍相对运动的方法进行判断较为简单。
例5 图4-3-6所示abcd是一水平放置的导体框，其中只有ab可以自由滑动。当条形磁铁向下运动时试说明ab将如何运动？
解析：磁铁向下运动导致abcd中的竖直向下的磁通量增大，感应电流为阻碍磁通量的增大，其面积就有缩小的趋势，所以导线ab向左运动。
拓展：本题也可以用阻碍相对运动的方法解决。当磁铁的N极向下运动时，感应电流的磁场在线圈的上方产生N极阻碍磁铁的靠近。导线ab中的电流是由b流到a，根据左手定则导线ab受向左的安培力作用，导线ab向左运动。
通过比较可以看出本题用感应电流的磁场阻碍磁通量的变化解决较为方便。所以解题时采取什么方法要具体问题具体分析。
例6图4-３-7所示的电路中当电键S断开时，试标出闭合线圈中感应电流的方向并简述理由。
解析：电键断开导致Q中向左的磁通量减少，感应电流在线圈Q中的磁场方向向左，感应电流在线圈外部的方向由b到G到a。见图4-3-8所示。
拓展：电键S断开等效于线圈P离开线圈Q，即相当于P的N极离开Q，Q的右端就产生S极阻碍P的N极离开，所以线圈Q的左端是N极，感应电流的方向如图4-3-8所示。
［能力训练］
1、如图4-3-9所示，开关闭合的瞬间，流过电流计的电流方向是 。（填顺时针或逆时针）。
逆时针
2、如图4-3-10所示，正方形线框abcd的边长为d，向右通过宽为L的匀强磁场，且d
3、如图4-3-11所示，M、N为水平放置的两根固定且平行的金属导轨，两根导体棒P、Q垂直于导轨放置并形成一个闭合回路，将闭合回路正上方的条形磁铁从高处下落时：（ AD ）
A、P、Q将互相靠拢 B、P、Q将互相远离
C、磁铁的加速度仍为g D、磁铁的加速度小于g
4、如图4-3-12所示，电池的正负极未知，在左侧软铁棒插入线圈过程中，悬吊在线圈右侧的铝环将：（ B ）
A、 不动
B、 向右运动
C、 向左运动
D、 可能向右运动，也可能向左运动
5、感应电流的磁场一定：（ D ）
A、 阻碍引起感应电流的磁通量
B、 与引起感应电流的磁场反向
C、 与引起感应电流的磁场同向
D、阻碍引起感应电流的磁通量的变化
6、如图4-3-13所示，通电直导线与线圈abcd在同一平面内，则：（ BD ）
A、线圈向右平动时，感应电流沿adcb方向
B、线圈竖直向下平动，则无感应电流
C、线圈以ab边为轴转动，产生的感应电流沿adcb方向
D、线圈沿垂直纸面方向远离导线，则产生的感应电流沿abcd方向
7、如图4-3-14所示，乙线圈和甲线圈互相绝缘，且乙线圈的一半面积在甲线圈内，当甲线圈中的电流逐渐减弱时，乙线圈的感应电流：（ D ）[来源:21世纪教育网]
A、 为零
B、 顺时针方向
C、 逆时针方向 [来源:21世纪教育网]
D、无法确定
8、如图4-3-15甲所示，当条形磁铁由上向下插入螺线管时，请在图上标出通过电流计的电流方向。如图4-3-15乙所示，当条形磁铁由远向螺线管靠近时，请在图上标出通过电流计的电流方向。并简述理由。
在线圈外部电流方向为b→a, 在线圈外部电流方向为b→a21世纪教育网
9、如图4-3-16所示，A为一带负电的橡胶圆盘，由于它的转动，使得金属环L中产生了如图所示的感应电流，则A的转动情况是：（BC ）
A、顺时针加速转动
B、逆时针加速转动
C、顺时针减速转动
D、逆时针减速转动
10、如图4-3-17所示的螺线管内有软铁棒，当电键S闭合的瞬间，灵敏电流计G内是否有电流通过？若有，请说明电流的方向。并简述理由。
有 在线圈外部电流方向为a→b；S闭合时P的右端是S极，相当于S极向线圈Q靠近，Q的右端应该出现S极阻碍S极的靠近，所以Q作为一个电源，它的左端是电源正极，电流从a流出来。
11、图4-3-18中当条形磁铁向下运动时闭合导线绕制的螺旋管内产生如图所示的感应电流，请在图中完成螺旋管的绕向。
螺旋管的绕向如下右图所示
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