高中物理学案：第一章 电磁感应 第三节.pdf

1 第三节第三节感应电流的方向感应电流的方向 学习目标1.正确理解楞次定律的内容及其本质.2.掌握右手定则，并理解右手定则实际上为楞次定律的一种具体表现形式.3.能够熟练运用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向 一、楞次定律 导学探究根据如图 1 甲、乙、丙、丁所示进行电路图连接与实验操作，并填好实验现象 图 1 甲 乙 丙 丁 条形磁铁运动的情况 N 极向下 插入线圈 S 极向下 插入线圈 N 极向上 拔出线圈 S 极向上 拔出线圈 原磁场方向(向上或向下)向下 向上 向下 向上 穿过线圈的磁通量变化情况(增加或减少)增加 增加 减少 减少 感应电流的方向(在螺线管上俯视)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)向上 向下 向下 向上 原磁场与感应电流磁场的方向关系 相反 相反 相同 相同 请根据上表所填内容理解：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；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 知识梳理楞次定律：(1)内容：感应电流的方向可以这样确定：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量2 的变化(2)理解：当磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，当磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，即增反减同 即学即用判断下列说法的正误(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)感应电流的磁场可能与引起感应电流的磁场方向相同()(3)感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化()答案(1)(2)(3)二、右手定则 导学探究如图 2 所示，导体棒ab向右做切割磁感线运动 图 2(1)请用楞次定律判断感应电流的方向(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的方向三者之间什么关系？根据课本右手定则，自己试着做一做 答案(1)感应电流的方向adcba.(2)满足右手定则 知识梳理右手定则：伸开右手，让拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内；让磁感线垂直从心进入，拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向 即学即用判断下列说法的正误(1)右手定则只能用来判断导体垂直切割磁感线时的感应电流方向()(2)所有的电磁感应现象都可以用楞次定律判断感应电流方向()(3)所有的电磁感应现象，都可以用安培定则判断感应电流方向()(4)当导体不动，而磁场运动时，不能用右手定则判断感应电流方向()答案(1)(2)(3)(4)3 一、楞次定律的理解 1因果关系：楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系，磁通量发生变化是原因，产生感应电流是结果 2“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，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同(4)阻碍效果阻碍并不是阻止，结果增加的还是增加，减少的还是减少 注意：从相对运动的角度看，感应电流的效果是阻碍相对运动 例 1关于楞次定律，下列说法正确的是()A感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 B闭合电路的一部分导体在磁场中运动时，必受磁场阻碍作用 C原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场同向 D感应电流的磁场总是跟原磁场反向，阻碍原磁场的变化 答案A 解析感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，选项 A 正确；闭合电路的一部分导体在磁场中平行磁感线运动时，不受磁场阻碍作用，选项 B 错误；原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场反向，选项 C 错误；当原磁场增强时感应电流的磁场跟原磁场反向，当原磁场减弱时感应电流的磁场跟原磁场同向，选项 D 错误 二、楞次定律的应用 楞次定律应用四步曲(1)确定原磁场方向；(2)判定产生感应电流的磁通量如何变化(增加还是减少)；(3)根据楞次定律确定感应电流的磁场方向(增反减同)；(4)判定感应电流的方向 该步骤也可以简单地描述为“一原二变三感四螺旋”，一原确定原磁场的方向；二变4 确定磁通量是增加还是减少，三感判断感应电流的磁场方向；四螺旋用右手螺旋定则判断感应电流的方向 例 2(多选)如图 3 所示，闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在有界匀强磁场中，将它从匀强磁场中匀速拉出，以下各种说法中正确的是()图 3 A向左拉出和向右拉出时，环中的感应电流方向相反 B向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿顺时针方向的 C向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿逆时针方向的 D将圆环左右拉动，当环全部处在磁场中运动时，圆环中无感应电流 答案BD 解析将金属圆环不管从哪边拉出磁场，穿过闭合圆环的磁通量都要减少，根据楞次定律可知，感应电流的磁场要阻碍原磁通量的减少，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，应用安培定则可以判断出感应电流的方向是顺时针方向的，选项 B 正确，A、C 错误；另外在圆环离开磁场前，穿过圆环的磁通量没有改变，该种情况无感应电流，D 正确 针对训练如图 4 所示，金属环所在区域存在着匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里当磁感应强度逐渐增大时，内、外金属环中感应电流的方向为()图 4 A外环顺时针、内环逆时针 B外环逆时针、内环顺时针 C内、外环均为逆时针 D内、外环均为顺时针 答案B 解析首先明确研究的回路由外环和内环共同组成，回路中包围的磁场方向垂直纸面向里且5 内、外环之间的磁通量增加 由楞次定律可知两环之间的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，垂直于纸面向外，再由安培定则判断出感应电流的方向是：在外环沿逆时针方向，在内环沿顺时针方向，故选项 B 正确 三、右手定则的应用 1适用范围：闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流方向的判断 2右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和电流方向三者之间的相互垂直关系(1)大拇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 3下列图中表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，导体ab上的感应电流方向为ab的是()答案A 解析题中四图都属于闭合电路的一部分导体切割磁感线，应用右手定则判断可得：A 中电流方向为ab，B 中电流方向为ba，C 中电流方向沿adcba，D 中电流方向为ba.故选 A.1.某磁场磁感线如图 5 所示，有一铜线圈自图中A处落至B处，在下落过程中，自上向下看，线圈中的感应电流方向是()6 图 5 A始终顺时针 B始终逆时针 C先顺时针再逆时针 D先逆时针再顺时针 答案C 解析自A处落至图示位置时，穿过线圈的磁通量增加，由楞次定律知线圈中感应电流方向为顺时针，从图示位置落至B处时，穿过线圈的磁通量减少，由楞次定律知，线圈中感应电流方向为逆时针，C 项正确 2磁铁圈中心上方开始运动时，线圈中产生如图 6 方向的感应电流，则磁铁()图 6 A向上运动 B向下运动 C向左运动 D向右运动 答案B 3如图 7 所示，匀强磁场与圆形导体环平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时()图 7 A圆环中磁通量不变，环上无感应电流产生 B整个环中有顺时针方向的电流 C整个环中有逆时针方向的电流 D环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流 答案D 解析由右手定则知ef上的电流由ef，故右侧的电流方向为逆时针，左侧的电流方向为顺时针，选 D.7 4.1931 年，英国物理学家狄拉克曾经从理论上预言：存在只有一个磁极的粒子，即“磁单极子”.1982 年，美国物理学家卡布莱拉设计了一个寻找磁单极子的实验他设想，如果一个只有 N 极的磁单极子从上向下穿过如图 8 所示的超导线圈，那么，从上向下看，超导线圈上将出现()图 8 A先顺时针方向，后逆时针方向的感应电流 B先逆时针方向，后顺时针方向的感应电流 C顺时针方向持续流动的感应电流 D逆时针方向持续流动的感应电流 答案D 解析N 极磁单极子从上向下通过时，穿过线圈的磁通量先向下增加，接着突变为向上减少故由楞次定律知，感应电流的磁场一直向上，故电流始终为逆时针 一、选择题(18 题为单选题，912 题为多选题)1根据楞次定律可知，感应电流的磁场一定是()A与引起感应电流的磁场反向 B阻止引起感应电流的原磁通量的变化 C阻碍引起感应电流的原磁通量的变化 D使电路磁通量为零 答案C 2.如图 1 所示，在一水平、固定的闭合导体圆环上方，有一条形磁铁(N 极朝上，S 极朝下)由静止开始下落，磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触关于圆环中感应电流的方向(从上向下看)，下列说法正确的是()8 图 1 A总是顺时针 B总是逆时针 C先顺时针后逆时针 D先逆时针后顺时针 答案C 解析磁铁下落过程中原磁场是向上的，穿过圆环的磁通量先增大后减小，由楞次定律可判断出选项 C 正确 3如图 2 所示，CDEF是一个矩形金属框，当导体棒AB向右移动时，回路中会产生感应电流，则下列说法中正确的是()图 2 A导体棒中的电流方向由BA B电流表 A1中的电流方向由FE C电流表 A1中的电流方向由EF D电流表 A2中的电流方向由DC 答案B 解析根据右手定则，导体棒内部电流方向为A到B，所以电流表 A1中的电流方向由FE，A、C 错，B 对同理电流表 A2中的电流方向由CD，D 错 4电阻R、电容器C与一线圈连成闭合电路，条形磁铁位于线圈的正上方，N 极朝下，如图3 所示现使磁铁 N 极远离线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是()9 图 3 A从b到a，下极板带正电 B从a到b，下极板带正电 C从b到a，上极板带正电 D从a到b，上极板带正电 答案D 解析当磁铁开始由图示位置向上运动时，向下穿过线圈的磁通量变小，由楞次定律可得，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即向下，再由安培定则可得感应电流方向沿线圈盘旋而上，由于线圈相当于电源，则流过R的电流方向是从a到b，电容器上极板带正电故选 D.5.如图 4 所示，一圆形金属线圈放置在水平桌面上，匀强磁场垂直桌面竖直向下，过线圈上A点作切线OO，OO与线圈在同一平面上圈以OO为轴翻转 180的过程中，线圈中电流方向()图 4 A始终为ABCA B始终为ACBA C先为ACBA再为ABCA D先为ABCA再为ACBA 答案A 解析圈以OO为轴翻转 090的过程中，穿过线圈正面向里的磁通量逐渐减少，由楞次定律可知感应电流方向为ABCA；线圈以OO为轴翻转 90180的过程中，穿过线圈反面向里的磁通量逐渐增加，由楞次定律可知感应电流方向仍然为ABCA，A正确 6如图 5 所示为一个圆环形导体，有一个带负电的粒子沿直径方向在圆环表面匀速掠过的10 过程，环中感应电流的情况()图 5 A无感应电流 B有逆时针方向的感应电流 C有顺时针方向的感应电流 D有先逆时针方向后顺时针方向的感应电流 答案A 解析由题意可知，带负电的粒子沿直径方向运动，周围会产生磁场，但因沿着直径运动，则穿过圆环的合磁通量为零，因此没有感应电流，故 A 正确，B、C、D 错误 7长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动，如图 6 甲所示长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的交流电，it图象如图乙所示规定沿长直导线方向向上的电流为正方向关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方向，下列说法正确的是()图 6 A由顺时针方向变为逆时针方向 B由逆时针方向变为顺时针方向 C由顺时针方向变为逆时针方向，再变为顺时针方向 D由逆时针方向变为顺时针方向，再变为逆时针方向 答案D 解析0T4时间内，直导线中的电流增大，通过线框中的磁通量增大，线框中产生逆时针方向的电流.T4T2时间内，直导线中的电流减小，通过线框中的磁通量减小，线框中产生顺时针方向的电流，同样判断出第 3 个、第 4 个14周期时间内的电流方向分别为顺时针和逆时针 11 8.如图 7 所示，一对大磁。