高中物理学案：第一章 电磁感应 习题课：楞次定律的应用.pdf

1 习题课：楞次定律的应用习题课：楞次定律的应用 学习目标1.应用楞次定律判断感应电流的方向.2.理解安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律的区别 一、利用“结论法”判断感应电流的方向一、利用“结论法”判断感应电流的方向 1“增反减同”法 感应电流的磁场，总要阻碍引起感应电流的磁通量(原磁场磁通量)的变化(1)当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反(2)当原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同 口诀记为“增反减同”例 1如图 1 所示，一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁的 N 极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，由图中位置经过位置到位置，位置和位置都很接近位置，这个过程中线圈的感应电流()图 1 A沿abcd流动 B沿dcba流动 C先沿abcd流动，后沿dcba流动 D先沿dcba流动，后沿abcd流动 答案A 解析由条形磁铁的磁场分布可知，线圈在位置时穿过闭合线圈的磁通量最小为零，线圈从位置到位置，从下向上穿过线圈的磁通量在减少，线圈从位置到位置，从上向下穿过线圈的磁通量在增加，根据楞次定律可知感应电流的方向是abcd.2“来拒去留”法 2 由于磁场与导体的相对运动产生电磁感应现象时，产生的感应电流与磁场间有力的作用，这种力的作用会“阻碍”相对运动口诀记为“来拒去留”例 2如图 2 所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是()图 2 A向右摆动 B向左摆动 C静止 D无法判定 答案A 解析当磁铁突然向铜环运动时，穿过铜环的磁通量增加，为阻碍磁通量的增加，铜环远离磁铁向右运动 3“增缩减扩”法 就闭合电路的面积而言，收缩或扩张是为了阻碍电路原磁通量的变化 若穿过闭合电路的磁通量增加，面积有收缩趋势；若穿过闭合电路的磁通量减少，面积有扩张趋势口诀为“增缩减扩”说明：此法只适用于回路中只有一个方向的磁感线的情况 例 3如图 3 所示，在载流直导线旁固定有两平行光滑导轨A、B，导轨与直导线平行且在同一水平面内，在导轨上有两个可自由滑动的导体ab和cd.当载流直导线中的电流逐渐增大时，导体ab和cd的运动情况是()图 3 A一起向左运动 B一起向右运动 Cab和cd相向运动，相互靠近 Dab和cd相背运动，相互远离 3 答案C 解析由于在闭合回路abdc中，ab和cd电流方向相反，所以两导体运动方向一定相反，排除 A、B；当载流直导线中的电流逐渐增大时，穿过闭合回路的磁通量增大，根据楞次定律，感应电流总是阻碍穿过回路磁通量的变化，所以两导体相互靠近，减小面积，达到阻碍磁通量增大的目的故选 C.4“增离减靠”法 当磁场变化且线圈回路可移动时，由于磁场增强使得穿过回路的磁通量增加，线圈将通过远离磁体来阻碍磁通量增加；反之，由于磁场减弱使线圈中的磁通量减少时，线圈将靠近磁体来阻碍磁通量减少，口诀记为“增离减靠”例 4如图 4 所示，通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环，铜环平面与螺线管截面平行，当开关 S 接通瞬间，两铜环的运动情况是()图 4 A同时向两侧推开 B同时向螺线管靠拢 C一个被推开，一个被吸引，但因电源正负极未知，无法具体判断 D同时被推开或同时向螺线管靠拢，但因电源正负极未知，无法具体判断 答案A 解析开关 S 接通瞬间，小铜环中磁通量从无到有增加，根据楞次定律，感应电流的磁场要阻碍磁通量的增加，则两环将同时向两侧运动故 A 正确 二二、“三定则一定律”的综合应用“三定则一定律”的综合应用 安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的适用场合如下表.比较项目 安培定则 左手定则 右手定则 楞次定律 适用场合 通电导线、圆环产生磁场时，磁场方向、电流方向关系 通电导线在磁场中所受的安培力方向、电流方向、磁场方向三者方向关系 导体切割磁感线时速度方向、磁场方向、感应电流方向三者方向关系 回路中磁通量变化产生感应电流时原磁场方向、感应电流磁场方向关系 4 综合运用这几个规律的关键是分清各个规律的适用场合，不能混淆 例 5(多选)如图 5 所示，导轨间的磁场方向垂直于纸面向里，当导线MN在导轨上向右加速滑动时，正对电磁铁A的圆形金属环B中(说明：导体棒切割磁感线速度越大，感应电流越大)()图 5 A有感应电流，且B被A吸引 BMN受到的安培力方向水平向左 CMN受到的安培力方向水平向右 D有感应电流，且B被A排斥 答案BD 解析MN向右加速滑动，根据右手定则，MN中的电流方向从NM，且大小在逐渐变大，根据左手定则知MN受到的安培力方向水平向左，故 B 正确，C 错误根据安培定则知，电磁铁A的磁场方向向左，且大小逐渐增强，根据楞次定律知，B环中的感应电流产生的磁场方向向右，B被A排斥，D 正确，A 错误 几个规律的使用中，要抓住各个对应的因果关系：(1)因电而生磁(IB)安培定则(2)因动而生电(v、BI)右手定则(3)因电而受力(I、BF安)左手定则 三、能量的角度理解楞次定律三、能量的角度理解楞次定律 感应电流的产生并不是创造了能量导体做切割磁感线运动时，产生感应电流，感应电流受到安培力作用，导体克服安培力做功从而实现其他形式能向电能的转化，所以楞次定律的“阻碍”是能量转化和守恒的体现 例 6如图 6 所示，上下开口、内壁光滑的铜管P和塑料管Q竖直放置，小磁块先后在两管中从相同高度处由静止释放，并落至底部，则小磁块()5 图 6 A在P和Q中都做自由落体运动 B在两个下落过程中的机械能都守恒 C在P中的下落时间比在Q中的长 D落至底部时在P中的速度比在Q中的大 答案C 解析小磁块下落过程中，在铜管P中产生感应电流，小磁块受到向上的磁场力，不做自由落体运动，而在塑料管Q中只受到重力，在Q中做自由落体运动，故选项 A 错误；根据功能关系知，在P中下落时，小磁块机械能减少，在Q中下落时，小磁块机械能守恒，故选项 B错误；在P中加速度较小，在P中下落时间较长，选项 C 正确；由于在P中下落时要克服磁场力做功，机械能有损失，故可知落到底部时在P中的速度比在Q中的小，选项 D 错误.1如图 7 所示，水平放置的光滑杆上套有A、B、C三个金属环，其中B接电源在接通电源的瞬间，A、C两环()图 7 A都被B吸引 B都被B排斥 CA被吸引，C被排斥 DA被排斥，C被吸引 答案B 解析在接通电源的瞬间，通过B环的电流从无到有，电流产生的磁场从无到有，穿过A、6 C两环的磁通量从无到有，A、C两环产生感应电流，由楞次定律可知，感应电流总是阻碍原磁通量的变化，为了阻碍原磁通量的增加，A、C两环都被B环排斥而远离B环，故 A、C、D错误，B 正确 2如图 8 所示，水平桌面上放有一个闭合铝环，在铝环轴线上方有一个条形磁铁当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时，下列判断正确的是()图 8 A铝环有收缩趋势，对桌面压力减小 B铝环有收缩趋势，对桌面压力增大 C铝环有扩张趋势，对桌面压力减小 D铝环有扩张趋势，对桌面压力增大 答案B 解析根据楞次定律可知：当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时，闭合铝环内的磁通量增大，因此铝环面积应有收缩的趋势，同时有远离磁铁的趋势，故增大了和桌面的挤压程度，从而使铝环对桌面压力增大，故 B 项正确 3(多选)如图 9 所示，闭合圆形金属环竖直固定，光滑水平导轨穿过圆环，条形磁铁沿导轨以初速度v0向圆环运动，其轴线穿过圆环圆心，与环面垂直，则磁铁在穿过圆环的整个过程中，下列说法正确的是()图 9 A磁铁靠近圆环的过程中，做加速运动 B磁铁靠近圆环的过程中，做减速运动 C磁铁远离圆环的过程中，做加速运动 D磁铁远离圆环的过程中，做减速运动 答案BD 7 4.(多选)如图 10 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 10 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 答案BC 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QP，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NM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 错误；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 正确；同理可判断选项 B 正确，选项 D 错误 一、选择题(19 题为单选题，1012 题为多选题)1如图 1 所示，MN是一根固定的通电长直导线，电流方向向上，今将一金属线框abcd放在导线上，让线框的位置偏向导线的左边，两者彼此绝缘，当导线上的电流突然增大时，线框整个受力为()图 1 A受力向右 B受力向左 8 C受力向上 D受力为零 答案A 解析金属线框放在导线MN上，导线中电流产生磁场，根据安培定则判断可知，线框左右两侧磁场方向相反，线框左侧的磁通量大于线框右侧的磁通量，当导线中电流增大时，穿过线框的磁通量增大，线框产生感应电流，根据楞次定律可知，感应电流的磁场要阻碍磁通量的变化，则线框将向磁通量减小的方向运动，即向右移动，故 A 正确，B、C、D 错误 2如图 2 所示，粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方快速经过时，若线圈始终不动，则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是()图 2 AFN先小于mg后大于mg，运动趋势向左 BFN先大于mg后小于mg，运动趋势向左 CFN先小于mg后大于mg，运动趋势向右 DFN先大于mg后小于mg，运动趋势向右 答案D 解析条形磁铁从线圈正上方由左向右运动的过程中，线圈中的磁通量先增大后减小，根据楞次定律的“来拒去留”可知，线圈先有向下和向右运动的趋势，后有向上和向右运动的趋势故线圈受到的支持力先大于重力后小于重力，运动趋势向右故选 D.3.如图 3 所示，一个有弹性的金属线圈被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方，直导线与线圈在同一竖直面内，当通电直导线中电流增大时，金属线圈的面积S和橡皮绳的长度l将()图 3 AS增大，l变长 BS减小，l变短 9 CS增大，l变短 DS减小，l变长 答案D 解析当通电直导线中电流增大时，穿过金属线圈的磁通量增大，金属线圈中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流要阻碍原磁通量的增大：一是用缩小面积的方式进行阻碍；二是用远离直导线的方式进行阻碍，故 D 正确 4.如图 4 所示，铜质金属环从条形磁铁的正上方由静止开始下落，在下落过程中，下列判断正确的是()图 4 A金属环在下落过程中的机械能守恒 B金属环在下落过程中动能的增加量小于其重力势能的减少量 C金属环的机械能先减小后增大 D磁铁对桌面的压力始终大于其自身的重力 答案B 5.如图 5 所示，条形磁铁从高h处自由下落，中途穿过一个固定的空心线圈，开关 S 断开时，至落地用时t1，落地时速度为v1；S 闭合时，至落地用时t2，落地时速度为v2.则它们的大小关系正确的是()图 5 At1t2，v1v2 Bt1t2，v1v2 10 Ct1t2，v1v2 Dt1v2 答案D 解析开关 S 断开时，线圈中无感应电流，对磁铁无阻碍作用，故磁铁自由下落，ag；当 S 闭合时，线圈中有感应电流，对磁铁有阻碍作用，故ag.所以t1v2.6如图 6 所示，两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向左运动靠近两环时，两环的运动情况是()图 6 A同时向左运动，间距变大 B同时向左运动，间距变小 C同时向右运动，间距变小 D同时向右运动，间距变大 答案B 解析磁铁向左运动，穿过两环的磁通量都增加根据楞次定律，感应电流的磁场将阻碍原磁通量增加，所以两者都向左运动另外，两环产生的感应电流方向相同，依据安培定则和左手定则可以判断两个环之间是相互吸引的，所以选项 A、C、D 错误，B 正确 7如图 7 所示，固定的水平长直导线中通有电流I，矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行线框由静止释放，在下落过程中()图 7。