2018版高中物理 第2章 楞次定律和自感現(xiàn)象 習(xí)題課 楞次定律的應(yīng)用學(xué)案 魯科版選修3-2.docx

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第2講　習(xí)題課　楞次定律的應(yīng)用 [目標(biāo)定位]　1.應(yīng)用楞次定律的拓展判斷感應(yīng)電流的方向.2.理解安培定則、左手定則、右手定則和楞次定律的區(qū)別． 1．楞次定律 感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化． 2．應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的一般步驟 (1)明確所研究的閉合電路，判斷原磁場(chǎng)的方向； (2)判斷閉合電路內(nèi)原磁場(chǎng)的磁通量的變化情況； (3)由楞次定律判斷感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向； (4)由安培定則根據(jù)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向，判斷出感應(yīng)電流的方向． 3．安培定則(右手螺旋定則)、右手定則、左手定則 (1)判斷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向用安培定則． (2)判斷磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)體作用力方向用左手定則． (3)判斷導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向用右手定則. 一、“增反減同”法 感應(yīng)電流的磁場(chǎng)，總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量(原磁場(chǎng)磁通量)的變化． 1．當(dāng)原磁場(chǎng)磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反． 2．當(dāng)原磁場(chǎng)磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向就與原磁場(chǎng)方向相同． 口訣記為“增反減同” 例1　如圖1所示，均勻帶正電的絕緣圓環(huán)a與金屬圓環(huán)b同心共面放置，當(dāng)a繞O點(diǎn)在其所在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，b中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流，且具有收縮趨勢(shì)，由此可知，圓環(huán)a沿(　　) 圖1 A．順時(shí)針加速旋轉(zhuǎn) B．順時(shí)針減速旋轉(zhuǎn) C．逆時(shí)針加速旋轉(zhuǎn) D．逆時(shí)針減速旋轉(zhuǎn) 答案　B 解析　據(jù)楞次定律的推論“增反減同”，b環(huán)中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流，說(shuō)明a中原電流可能順時(shí)針減少，也可能逆時(shí)針增加，但b環(huán)有收縮的趨勢(shì)，說(shuō)明a環(huán)中的電流應(yīng)與b環(huán)中的電流同向，同向電流相互吸引，才能使b環(huán)收縮，故a環(huán)中的電流只是順時(shí)針減少，因此帶正電的a環(huán)只能沿順時(shí)針減速旋轉(zhuǎn)，B正確． 二、“來(lái)拒去留”法 　導(dǎo)體和磁場(chǎng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，產(chǎn)生的感應(yīng)電流受到磁場(chǎng)的安培力，這種安培力會(huì)“阻礙”相對(duì)運(yùn)動(dòng)． 口訣記為“來(lái)拒去留”． 例2　如圖2所示，當(dāng)磁鐵突然向銅環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)，銅環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是(　　) 圖2 A．向右擺動(dòng)　　　　　 B．向左擺動(dòng) C．靜止 D．無(wú)法判定 答案　A 解析　本題可由兩種方法來(lái)解決： 方法1：畫(huà)出磁鐵的磁感線(xiàn)分布，如圖甲所示，當(dāng)磁鐵向銅環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)銅環(huán)的磁通量增加，由楞次定律判斷出銅環(huán)中的感應(yīng)電流方向如圖甲所示．分析銅環(huán)受安培力作用而運(yùn)動(dòng)時(shí)，可把銅環(huán)中的電流等效為多段直線(xiàn)電流元．取上、下兩小段電流元作為研究對(duì)象．由左手定則確定兩段電流元的受力，由此可推斷出整個(gè)銅環(huán)所受合力向右，則A選項(xiàng)正確． 方法2(等效法)：磁鐵向右運(yùn)動(dòng)，使銅環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流可等效為圖乙所示的條形磁鐵，兩磁鐵有排斥作用，故A正確． 三、“增縮減擴(kuò)”法 當(dāng)閉合電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生時(shí)，電路的各部分導(dǎo)線(xiàn)就會(huì)受到安培力作用，會(huì)使電路的面積有變化(或有變化趨勢(shì))． 1．若原磁通量增加，則通過(guò)減小有效面積起到阻礙的作用． 2．若原磁通量減少，則通過(guò)增大有效面積起到阻礙的作用． 口訣記為“增縮減擴(kuò)”． 例3　如圖3所示，光滑固定導(dǎo)軌M、N水平放置，兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放置于導(dǎo)軌上，形成一個(gè)閉合回路，一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)(　　) 圖3 A．P、Q將相互靠攏 B．P、Q將相互遠(yuǎn)離 C．磁鐵的加速度仍為g D．磁鐵的加速度小于g 答案　AD 解析　根據(jù)“增縮減擴(kuò)”可知P、Q可通過(guò)縮小面積的方式進(jìn)行阻礙磁通量的增加，故可得A正確；根據(jù)“來(lái)拒去留”得回路電流受到向下的力的作用，由牛頓第三定律知磁鐵受向上的作用力，所以磁鐵的加速度小于g，選A、D. 四、“增離減靠”法 　發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，通過(guò)什么方式來(lái)“阻礙”原磁通量的變化要根據(jù)具體情況而定．可能是阻礙導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，也可能是改變線(xiàn)圈的有效面積，還可能是通過(guò)遠(yuǎn)離或靠近變化的磁場(chǎng)源來(lái)阻礙原磁通量的變化．即： 1．若原磁通量增加，則通過(guò)遠(yuǎn)離磁場(chǎng)源起到阻礙的作用； 2．若原磁通量減少，則通過(guò)靠近磁場(chǎng)源起到阻礙的作用． 口訣記為“增離減靠”． 例4　如圖4所示，金屬環(huán)A用輕繩懸掛，與長(zhǎng)直螺線(xiàn)管共軸，并位于其左側(cè)，若變阻器滑片P向左移動(dòng)，則金屬環(huán)A將向________(選填“左”或“右”)運(yùn)動(dòng)，并有__________(選填“收縮”或“擴(kuò)張”)趨勢(shì)． 圖4 答案　左　收縮 解析　變阻器滑片P向左移動(dòng)，電阻變小，電流變大，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與電流磁場(chǎng)方向相反，相互排斥則金屬環(huán)A將向左移動(dòng)，因磁通量增大，金屬環(huán)A有收縮趨勢(shì)． 五、安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的區(qū)別 1．右手定則是楞次定律的特殊情況 (1)楞次定律的研究對(duì)象為整個(gè)閉合導(dǎo)體回路，適用于磁通量變化引起感應(yīng)電流的各種情況． (2)右手定則的研究對(duì)象為閉合導(dǎo)體回路的一部分，適用于一段導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)． 2．區(qū)別安培定則、左手定則、右手定則的關(guān)鍵是抓住因果關(guān)系 (1)因電而生磁(I→B)→安培定則．(判斷電流周?chē)鸥芯€(xiàn)的方向) (2)因動(dòng)而生電(v、B→I感)→右手定則．(導(dǎo)體切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生感應(yīng)電流) (3)因電而受力(I、B→F安)→左手定則．(磁場(chǎng)對(duì)電流有作用力) 例5　如圖5所示，導(dǎo)軌間的磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里．圓形金屬環(huán)B正對(duì)磁鐵A，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)MN在導(dǎo)軌上向右加速滑動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖5 A．MN中電流方向N→M，B被A吸引 B．MN中電流方向N→M，B被A排斥 C．MN中電流方向M→N，B被A吸引 D．MN中電流方向M→N，B被A排斥 答案　B 解析　MN向右加速滑動(dòng)，根據(jù)右手定則，MN中的電流方向從N→M，且大小在逐漸變大，根據(jù)安培定則知，電磁鐵A的磁場(chǎng)方向向左，且大小逐漸增強(qiáng)，根據(jù)楞次定律知，B環(huán)中的感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向右，B被A排斥．B正確，A、C、D錯(cuò)誤. “增反減同”法 1．電阻R、電容C與一線(xiàn)圈連成閉合回路，條形磁鐵靜止于線(xiàn)圈的正上方，N極朝下，如圖6所示．現(xiàn)使磁鐵開(kāi)始自由下落，在N極接近線(xiàn)圈上端的過(guò)程中，流過(guò)R的電流方向和電容器極板的帶電情況是(　　) 圖6 A．從a到b，上極板帶正電 B．從a到b，下極板帶正電 C．從b到a，上極板帶正電 D．從b到a，下極板帶正電 答案　D 解析　在N極接近線(xiàn)圈上端的過(guò)程，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量向下增加，則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向向上．由安培定則可判定電路中的電流為順時(shí)針?lè)较?，故通過(guò)R的電流由b到a，電容器下極板帶正電． “來(lái)拒去留”法 2．如圖7所示，蹄形磁鐵的兩極間，放置一個(gè)線(xiàn)圈abcd，磁鐵和線(xiàn)圈都可以繞OO′軸轉(zhuǎn)動(dòng)，磁鐵如圖示方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線(xiàn)圈的運(yùn)動(dòng)情況是(　　) 圖7 A．俯視，線(xiàn)圈順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同 B．俯視，線(xiàn)圈逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速與磁鐵相同 C．線(xiàn)圈與磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，但轉(zhuǎn)速小于磁鐵轉(zhuǎn)速 D．線(xiàn)圈靜止不動(dòng) 答案　C 解析　本題“原因”是磁鐵有相對(duì)線(xiàn)圈的運(yùn)動(dòng)，“效果”便是線(xiàn)圈要阻礙兩者的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線(xiàn)圈阻止不了磁鐵的運(yùn)動(dòng)，由“來(lái)拒去留”線(xiàn)圈只好跟著磁鐵同向轉(zhuǎn)動(dòng)；如果二者轉(zhuǎn)速相同，就沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線(xiàn)圈就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，故答案為C. “增縮減擴(kuò)”法 3．如圖8所示，一個(gè)有彈性的金屬圓環(huán)被一根橡皮繩吊于通電直導(dǎo)線(xiàn)的正下方，直導(dǎo)線(xiàn)與圓環(huán)在同一豎直面內(nèi)，當(dāng)通電直導(dǎo)線(xiàn)中電流增大時(shí)，彈性圓環(huán)的面積S和橡皮繩的長(zhǎng)度l將(　　) 圖8 A．S增大，l變長(zhǎng) B．S減小，l變短 C．S增大，l變短 D．S減小，l變長(zhǎng) 答案　D 解析　當(dāng)通電直導(dǎo)線(xiàn)中電流增大時(shí)，穿過(guò)金屬圓環(huán)的磁通量增大，金屬圓環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流．根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流要阻礙磁通量的增大：一是用縮小面積的方式進(jìn)行阻礙；二是用遠(yuǎn)離直導(dǎo)線(xiàn)的方法進(jìn)行阻礙，故D正確． “增離減靠”法 4．如圖9所示是某電磁沖擊鉆的原理圖，若突然發(fā)現(xiàn)鉆頭M向右運(yùn)動(dòng)，則可能是(　　) 圖9 A．開(kāi)關(guān)S閉合瞬間 B．開(kāi)關(guān)S由閉合到斷開(kāi)的瞬間 C．開(kāi)關(guān)S已經(jīng)是閉合的，滑動(dòng)變阻器滑片P向左迅速滑動(dòng) D．開(kāi)關(guān)S已經(jīng)是閉合的，滑動(dòng)變阻器滑片P向右迅速滑動(dòng) 答案　AC 解析　當(dāng)開(kāi)關(guān)突然閉合時(shí)，左線(xiàn)圈上有了電流，產(chǎn)生磁場(chǎng)，而對(duì)于右線(xiàn)圈來(lái)說(shuō)，磁通量增加，產(chǎn)生感應(yīng)電流，使鉆頭M向右運(yùn)動(dòng)，故A項(xiàng)正確；當(dāng)開(kāi)關(guān)S已經(jīng)閉合時(shí)，只有左側(cè)線(xiàn)圈電流增大才會(huì)導(dǎo)致鉆頭M向右運(yùn)動(dòng)，故C項(xiàng)正確． “一定律三定則”的綜合應(yīng)用 5.如圖10所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動(dòng)的金屬棒PQ、MN，當(dāng)PQ在外力的作用下運(yùn)動(dòng)時(shí)，MN在磁場(chǎng)力的作用下向右運(yùn)動(dòng)，則PQ所做的運(yùn)動(dòng)可能是(　　) 圖10 A．向右加速運(yùn)動(dòng) B．向左加速運(yùn)動(dòng) C．向右減速運(yùn)動(dòng) D．向左減速運(yùn)動(dòng) 答案　BC 解析　當(dāng)PQ向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，用右手定則可判定PQ中感應(yīng)電流的方向是由Q→P，由安培定則可知穿過(guò)L1的磁場(chǎng)方向是自下而上的；若PQ向右加速運(yùn)動(dòng)，則穿過(guò)L1的磁通量增加，用楞次定律可以判斷流過(guò)MN的感應(yīng)電流是從N→M的，用左手定則可判定MN受到向左的安培力，將向左運(yùn)動(dòng)，可見(jiàn)選項(xiàng)A不正確；若PQ向右減速運(yùn)動(dòng)，流過(guò)MN的感應(yīng)電流方向、MN所受的安培力的方向均將反向，MN向右運(yùn)動(dòng)，所以選項(xiàng)C是正確的；同理可判斷選項(xiàng)B是正確的，選項(xiàng)D是錯(cuò)誤的.