导学案最新物理沪科版选修3-2第1章 学案3习题课:楞次定律的应用
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学案3习题课:楞次定律的应用
[学习目标定位] 1。学习应用楞次定律的推论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.
1.应用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤是:
(1)明确所研究的闭合电路,判断原磁场的方向;
(2)判断闭合电路内原磁场的磁通量的变化情况;
(3)由楞次定律判断感应电流的磁场方向;
(4)由安培定则根据感应电流的磁场方向,判断出感应电流的方向.
2.安培定则(右手螺旋定则)、右手定则、左手定则
(1)判断电流产生的磁场方向用安培定则.
(2)判断磁场对通电导体及运动电荷的作用力方向用左手定则.
(3)判断导体做切割磁感线运动产生的感应电流方向用右手定则。
一、“增反减同”法
感应电流的磁场,总是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边在纸处,ab边在纸内,由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ,位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ,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
解析本题考查用楞次定律判断感应电流的方向,关键要分析清楚矩形线圈由位置Ⅰ到位置Ⅱ和由位置Ⅱ到位置Ⅲ两过程中,穿过线圈的磁感线方向相反.由条形磁铁的磁场可知,线圈在位置Ⅱ时穿过闭合线圈的磁通量最小为零,线圈从位置Ⅰ到位置Ⅱ,从下向上穿过线圈的磁通量在减少,线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ,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.
答案A
二、“来拒去留”法
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,简称口诀“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
解析本题可由两种方法来解决:
方法1:画出磁铁的磁感线分布,如图甲所示,当磁铁向铜环运动时,穿过铜环的磁通量增加,由楞次定律判断出铜环中的感应电流方向如图甲所示.分析铜环受安培力作用而运动时,可把铜环中的电流等效为多段直线电流元.取上、下两小段电流元作为研究对象,
由左手定则确定两段电流元的受力,由此可推断出整个铜环所受合力向右,故A正确.
甲乙
方法2(等效法):磁铁向右运动,使铜环产生的感应电流可等效为图乙所示的条形磁铁,两磁铁有排斥作用,故A正确.
答案A
三、“增缩减扩”法
当闭合电路中有感应电流产生时,电路的各部分导线就会受到安培力作用,会使电路的面积有变化(或有变化趋势).
(1)若原磁通量增加,则通过减小有效面积起到阻碍的作用.
(2)若原磁通量减小,则通过增大有效面积起到阻碍的作用.
口诀记为“增缩减扩”.
例3如图3所示,在载流直导线旁固定有两平行光滑金属导轨A、B,导轨与直导线平行且在同一水平面内,在导轨上有两可自由滑动的导体ab和cd.当载流直导线中的电流逐渐增强时,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
C.ab和cd相向运动,相互靠近
D.ab和cd相背运动,相互远离
解析由于在闭合回路abcd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强时,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.
答案C
四、“增离减靠”法
发生电磁感应现象时,通过什么方式来“阻碍"原磁通量的变化要根据具体情况而定.可能是阻碍导体的相对运动,也可能是改变线圈的有效面积,还可能是通过远离或靠近变化的磁场源来阻碍原磁通量的变化.即:(1)若原磁通量增加,则通过远离磁场源起到阻碍的作用.(2)若原磁通量减小,则通过靠近磁场源起到阻碍的作用.
口诀记为“增离减靠”.
例4一长直铁心上绕有一固定线圈M,铁心右端与一木质圆柱密接,木质圆柱上套有一闭合金属环N,N可在木质圆柱上无摩擦移动,M连接在如图4所示的电路中,其中R为滑动变阻器,E1和E2为直流电源,S为单刀双掷开关,下列情况中,可观测到N向左运动的是()
图4
A.在S断开的情况下,S向a闭合的瞬间
B.在S断开的情况下,S向b闭合的瞬间
C.在S已向a闭合的情况下,将R的滑片向c端移动时
D.在S已向a闭合的情况下,将R的滑片向d端移动时
解析金属环N向左运动,说明穿过N的磁通量在减小,说明线圈M中的电流在减小,只有选项C符合题意.
答案C
五、安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的区别应用
1.右手定则是楞次定律的特殊情况
(1)楞次定律的研究对象为整个闭合导体回路,适用于磁通量变化引起感应电流的各种情况.
(2)右手定则的研究对象为闭合导体回路的一部分,适用于一段导线在磁场中做切割磁感线运动.
2.区别安培定则、左手定则、右手定则的关键是抓住因果关系
(1)因电而生磁(I→B)→安培定则.(判断电流周围磁感线的方向)
(2)因动而生电(v、B→I感)→右手定则.(导体切割磁感线产生感应电流)
(3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则.(磁场对电流有作用力)
例5如图5所示,导轨间的匀强磁场方向垂直于纸面向里.圆形金属环B正对磁铁A,当导线MN在导轨上向右加速滑动时,(说明:导体棒切割磁感线速度越大,感应电流越大)下列说法正确的是()
图5
A.MN中电流方向N→M,B被A吸引
B.MN中电流方向N→M,B被A排斥
C.MN中电流方向M→N,B被A吸引
D.MN中电流方向M→N,B被A排斥
解析MN向右加速滑动,根据右手定则,MN中的电流方向从N→M,且大小在逐渐变大,根据安培定则知,磁铁A的磁场方向向左,且逐渐增强,根据楞次定律知,B环中的感应电流产生的磁场在轴线上方向向右,B被A排斥,B正确,A、C、D错误.答案B