高中物理选修3-2人教版学案 4．3《楞次定律》

楞次定律
课程目标引航
内容 要求
楞次定律 体验楞次定律的实验探究过程；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，解答有关问题；理解楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的反映
右手定则 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。能运用右手定则判断因导体做切割磁感线运动而产生的感应电流的方向
情景思考导入
在《磁场》一章中，大家学习了磁电式仪表的工作原理，电流表出厂时要用短路片把正负接线柱短接，你知道这是为什么吗？
　　　

提示：这是为了避免在运输过程中指针过度摆动而采取的措施。运输过程中的振动会造成指针摆动，过度的摆动会将指针碰弯或发生其他损坏。短路片将电流表正负接线柱连接后，与线圈组成闭合电路。由于指针和线圈是固定在一起的，所以指针摆动时会带动线圈在磁场中做切割磁感线运动，线圈中就会产生感应电流，而感应电流会产生阻碍线圈转动的效果，从而减轻了指针的摆动。
基础知识梳理
1.实验探究感应电流的方向
(1)选旧干电池用试触的方法明确电流方向与电流表指针偏转方向之间的关系。
(2)实验装置
将螺线管与电流计组成闭合电路，如图所示。

实验装置
(3)实验记录
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如下。

探究感应电流方向的实验记录
(4)实验分析
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(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____磁通量的增加
乙 向上 顺时针 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____磁通量的减少
丁 向上 逆时针 向上
思考1：感应电流的磁场方向与原磁场方向总是相同或相反吗？
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是____引起感应电流的______的变化。(另一种表述：感应电流引起的结果总是阻碍引起感应电流的____)。
(2)实验步骤
①明确所研究的回路中______的方向。
②确定穿过回路的磁通量________(是____还是____)。
③由楞次定律判断出感应电流的____方向。
④由安培定则判断出________的方向。
3．右手定则
伸开右手，使拇指与其余四个手指____，并且都与手掌在__________内；让磁感线从____进入，并使拇指指向________的方向，这时____所指的方向就是感应电流的方向。
思考2：楞次定律与右手定则在使用范围上有什么区别？

答案：1．(4)阻碍　阻碍
思考1
提示：不是，由上面的探究实验分析可知，当原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当原磁通量减小时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。可概括为“增反减同”。
2．(1)阻碍　磁通量　原因　(2)原磁场　如何变化　增加　减少　磁场　感应电流
3．垂直　同一个平面　掌心　导线运动　四指
思考2
提示：楞次定律适用于一切电磁感应现象，而右手定则只适用于导体切割磁感线的情况。
重点难点突破
1．对楞次定律的进一步理解
(1)因果关系
闭合导体回路中磁通量的变化是因，产生感应电流是果；原因产生结果，结果又反过来影响原因。
(2)“阻碍”二字的含义
①楞次定律中的“阻碍”作用，正是能的转化和守恒定律的反映，在克服这种阻碍的过程中，其他形式的能转化为电能。
②“阻碍”的几个层次
谁阻碍谁 是感应电流的磁通量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快慢，这种变化将继续进行，最终结果不受影响
(3)“阻碍”的表现
从能的转化和守恒定律的角度，楞次定律可广义地表述为：感应电流的“效果”总是要反抗(或阻碍)引起感应电流的原因，常见的情况有四种：
①阻碍原磁通量的变化；
②阻碍导体的相对运动(来拒去留)；
③通过改变线圈面积来“反抗”(增缩减扩)；
④阻碍自身电流的变化(这种情况将在第6节自感现象中遇到)。
例如，在图中，abcd是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，E是电源，当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑行时，电路中电流减小，线框所在位置的磁感应强度B减小，穿过线框的磁通量减小，这时线框就以增大有效面积的方式来阻碍磁通量的减小，于是线圈将顺时针转动。

(4)弄清“阻碍”与“阻止”“相反”的区别
①阻碍不是阻止，最终引起感应电流的磁通量还是发生了变化，是“阻而未止”。
②阻碍不是相反。当引起感应电流的磁通量增大时，感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相反；当引起感应电流的磁通量减少时，感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相同(增反减同)。
③涉及相对运动时，阻碍的是导体与磁体的相对运动，而不是阻碍导体或磁体的运动。
2．楞次定律与右手定则的关系
(1)从研究对象上说，楞次定律研究的是整个闭合电路，右手定则研究的是闭合电路的一部分，即一段做切割磁感线运动的导体。
(2)从适用范围上说，楞次定律可应用于由磁通量变化引起感应电流的各种情况，右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况，导体不动时不能应用。
(3)有的问题只能用楞次定律不能用右手定则，有的问题则两者都能用，究竟选用楞次定律还是右手定则，要具体问题具体分析。
①若是导体不动，回路中的磁通量变化，要用楞次定律判断感应电流的方向，而不能用右手定则判断；
②若是回路中的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流，用右手定则判断较为简便，用楞次定律也能进行判断，但较为麻烦。
3．安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的应用比较
比较项目 右手定则 楞次定律 安培定律 左手定则
适用范围 导体切割磁感线：速度方向、磁场方向、感应电流方向三者互判 回路中磁通量变化产生感应电流时，原磁场方向、感应电流磁场方向互判 通电导线、圆环产生磁场时，磁场方向、电流方向互判 通电导线所受安培力：安培力方向、电流方向、磁场方向三者互判
因果关系 因动而生电(v、B→I动) 因磁而生电(ΔB→I感) 因电而生磁(I→B) 因电而受力(I、B→F安)
应用实例 发电机 变压器 电磁继电器 电动机、磁电式仪表
如图所示，当导体棒向左平动切割磁感线而产生感应电流时，用右手定则可判断出感应电流的方向是a→b，再利用左手定则可判断出ab所受安培力的方向为水平向右(与导体相对磁场运动的方向相反，这一现象也进一步说明了在电磁感应现象的“阻碍”作用)，还可利用安培定则判断出ab中感应电流的磁场方向。


随堂练习
1．如图所示，两个大小不同的绝缘金属圆环，如图叠放在一起，小圆环有一半面积在大圆环内，当大圆环通有顺时针方向电流的瞬间，小圆环中感应电流的方向是(　　)。

A．顺时针方向 B．逆时针方向
C．左半圆顺时针，右半圆逆时针 D．无感应电流
2．如图所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是(　　)。

A．向右摆动 B．向左摆动 C．静止 D．转动
3．将闭合多匝线圈置于仅随时间变化的磁场中，线圈平面与磁场方向垂直，关于线圈中产生的感应电动势和感应电流，下列表述正确的是(　　)。
A．感应电动势的大小与线圈的匝数无关
B．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大
C．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大
D．感应电流产生的磁场方向与原磁场方向始终相同
4．如图所示，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，请分析各图中感应电流的方向。


答案：1．B　当大圆环通有顺时针方向电流的瞬间，小圆环内的磁通量向里增加，由楞次定律可知，感应电流的方向为逆时针方向，故B正确。
2．A　铜环只有向右运动，才能阻碍穿过铜环的磁通量的增加。
3．C　根据法拉第电磁感应定律可知感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，即磁通量变化越快，感应电动势越大，选项C正确；根据楞次定律可知，当原磁场减小时，感应电流的磁场才与其方向相同，选项D错误。
4．解析：题中各图都属于闭合电路的一部分导体切割磁感线的情况，应用右手定则判断可得A中电流由b→a，B中电流沿a→c→b→a方向，C中电流由b→a。
答案：A：b→a　B：a→c→b→a　C：b→a