通用版2018-2019版高中物理第1章電磁感應(yīng)與現(xiàn)代生活微型專題1楞次定律的應(yīng)用學(xué)案滬科版選修3 .doc

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微型專題1　楞次定律的應(yīng)用 [目標(biāo)定位] 1.學(xué)習(xí)應(yīng)用楞次定律的推論判斷感應(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. 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)方向與原磁場(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)方向與原磁場(chǎng)方向相同. 口訣記為“增反減同”. 注意：本方法適用于磁感線單方向穿過閉合回路的情況. 例1　如圖1所示，一水平放置的矩形閉合線圈abcd在細(xì)長(zhǎng)磁鐵的N極附近豎直下落，保持bc邊在紙外、ad邊在紙內(nèi)，由圖中位置Ⅰ經(jīng)過位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ，這個(gè)過程中線圈的感應(yīng)電流 (　　) 圖1 A.沿abcd流動(dòng) B.沿dcba流動(dòng) C.先沿abcd流動(dòng)，后沿dcba流動(dòng) D.先沿dcba流動(dòng)，后沿abcd流動(dòng) 答案　A 解析　由條形磁鐵的磁場(chǎng)可知，線圈在位置Ⅱ時(shí)穿過閉合線圈的磁通量最小，為零.由于位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ，則線圈從位置Ⅰ到位置Ⅱ，從下向上穿過線圈的磁通量在減少，線圈從位置Ⅱ到位置Ⅲ，從上向下穿過線圈的磁通量在增加，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向是abcd. 二、“來拒去留”法 導(dǎo)體與磁場(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)電流與磁場(chǎng)間有力的作用，這種力的作用會(huì)“阻礙”相對(duì)運(yùn)動(dòng)，口訣記為“來拒去留”. 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.無法判定 答案　A 解析　本題可由兩種方法來解決： 方法1：畫出磁鐵的磁感線分布，如圖甲所示，當(dāng)磁鐵向銅環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過銅環(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，故A正確. 甲　　　　　　　　　　　乙 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，則通過減小有效面積起到阻礙的作用. (2)若原磁通量減小，則通過增大有效面積起到阻礙的作用. 口訣記為“增縮減擴(kuò)”. 注意：本方法適用于磁感線單方向穿過閉合回路的情況. 例3　如圖3所示，在載流直導(dǎo)線旁固定有兩平行光滑金屬導(dǎo)軌A、B，導(dǎo)軌與直導(dǎo)線平行且在同一水平面內(nèi)，在導(dǎo)軌上有兩可自由滑動(dòng)的導(dǎo)體ab和cd.當(dāng)載流直導(dǎo)線中的電流逐漸增強(qiáng)時(shí)，導(dǎo)體ab和cd的運(yùn)動(dòng)情況是 (　　) 圖3 A.一起向左運(yùn)動(dòng) B.一起向右運(yùn)動(dòng) C.ab和cd相向運(yùn)動(dòng)，相互靠近 D.ab和cd相背運(yùn)動(dòng)，相互遠(yuǎn)離 答案　C 解析　由于在閉合回路abcd中，ab和cd電流方向相反，所以兩導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向一定相反，排除A、B；當(dāng)載流直導(dǎo)線中的電流逐漸增強(qiáng)時(shí)，穿過閉合回路的磁通量增大，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流總是阻礙穿過回路磁通量的變化，所以兩導(dǎo)體相互靠近，減小面積，達(dá)到阻礙磁通量增大的目的，故選C. 四、“增離減靠”法 發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí)，通過什么方式來“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)，也可能是改變線圈的有效面積，還可能是通過遠(yuǎn)離或靠近變化的磁場(chǎng)源來阻礙原磁通量的變化.即：(1)若原磁通量增加，則通過遠(yuǎn)離磁場(chǎng)源起到阻礙的作用.(2)若原磁通量減小，則通過靠近磁場(chǎng)源起到阻礙的作用. 口訣記為“增離減靠”. 例4　如圖4所示，通電螺線管兩側(cè)各懸掛一個(gè)小銅環(huán)，銅環(huán)平面與螺線管橫截面平行，當(dāng)開關(guān)S接通瞬間，兩銅環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是(　　) 圖4 A.同時(shí)向兩側(cè)推開 B.同時(shí)向螺線管靠攏 C.一個(gè)被推開，一個(gè)被吸引，但因電源正負(fù)極未知，無法具體判斷 D.同時(shí)被推開或同時(shí)向螺線管靠攏，但因電源正負(fù)極未知，無法具體判斷 答案　A 解析　開關(guān)S接通瞬間，小銅環(huán)中磁通量從無到有增加，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)要阻礙磁通量的增加，則兩環(huán)將同時(shí)向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，故A正確. 五、安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的區(qū)別運(yùn)用 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.(判斷電流周圍磁感線的方向) (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　(多選)如圖5所示裝置中，cd桿光滑且原來靜止.當(dāng)ab桿做如下哪些運(yùn)動(dòng)時(shí)，cd桿將向右移動(dòng)(導(dǎo)體棒切割磁感線速度越大，感應(yīng)電流越大)(　　) 圖5 A.向右勻速運(yùn)動(dòng) B.向右加速運(yùn)動(dòng) C.向左加速運(yùn)動(dòng) D.向左減速運(yùn)動(dòng) 答案　BD 解析　ab桿向右勻速運(yùn)動(dòng)，在ab桿中產(chǎn)生恒定的電流，該電流在線圈L1中產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)，在L2中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以cd桿不動(dòng)，故A錯(cuò)誤；ab桿向右加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)右手定則，知在ab桿上產(chǎn)生增大的由a到b的電流，根據(jù)安培定則，在L1中產(chǎn)生方向向上且增強(qiáng)的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)向下通過L2，由楞次定律，cd桿中產(chǎn)生c到d的電流，根據(jù)左手定則，cd桿受到向右的安培力，向右運(yùn)動(dòng)，故B正確；同理可得C錯(cuò)誤，D正確. 六、從能量的角度理解楞次定律 感應(yīng)電流的產(chǎn)生并不是創(chuàng)造了能量.導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流受到安培力作用，導(dǎo)體克服安培力做功從而實(shí)現(xiàn)其他形式的能向電能的轉(zhuǎn)化，所以楞次定律的“阻礙”是能量轉(zhuǎn)化和守恒的體現(xiàn). 例6　如圖6所示，銅質(zhì)金屬環(huán)從條形磁鐵的正上方由靜止開始水平下落，在下落過程中，下列判斷正確的是(　　) 圖6 A.金屬環(huán)在下落過程中的機(jī)械能守恒 B.金屬環(huán)在下落過程中動(dòng)能的增加量小于其重力勢(shì)能的減少量 C.金屬環(huán)的機(jī)械能先減小后增大 D.磁鐵對(duì)桌面的壓力始終大于其自身的重力 答案　B 解析　金屬環(huán)在下落過程中，磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，金屬環(huán)受到磁場(chǎng)力的作用，機(jī)械能不守恒，A錯(cuò)誤.由能量守恒，金屬環(huán)重力勢(shì)能的減少量等于其動(dòng)能的增加量和在金屬環(huán)中產(chǎn)生的電能之和，B正確.金屬環(huán)下落的過程中，機(jī)械能不停地轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，機(jī)械能一直減少，C錯(cuò)誤.當(dāng)金屬環(huán)下落到磁鐵中央位置時(shí)，無感應(yīng)電流，環(huán)和磁鐵間無作用力，磁鐵對(duì)桌面的壓力大小等于磁鐵的重力，D錯(cuò)誤. 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 1.(“來拒去留”法)如圖7所示，甲是閉合銅線框，乙是有缺口的銅線框，丙是閉合的塑料線框，它們的正下方都放置一薄強(qiáng)磁鐵，現(xiàn)將甲、乙、丙拿至相同高度H處同時(shí)釋放(各線框下落過程中始終水平不翻轉(zhuǎn))，則以下說法正確的是(　　) 圖7 A.三者同時(shí)落地 B.甲、乙同時(shí)落地，丙后落地 C.甲、丙同時(shí)落地，乙后落地 D.乙、丙同時(shí)落地，甲后落地 答案　D 解析　在下落過程中，閉合銅線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流.由“來拒去留”可知，答案選D. 2.(“增縮減擴(kuò)”法及“來拒去留”法)如圖8所示，水平桌面上放有一個(gè)閉合鋁環(huán)，在鋁環(huán)軸線上方有一個(gè)條形磁鐵.當(dāng)條形磁鐵沿軸線豎直向下迅速移動(dòng)時(shí)，下列判斷正確的是 (　　) 圖8 A.鋁環(huán)有收縮趨勢(shì)，對(duì)桌面壓力減小 B.鋁環(huán)有收縮趨勢(shì)，對(duì)桌面壓力增大 C.鋁環(huán)有擴(kuò)張趨勢(shì)，對(duì)桌面壓力減小 D.鋁環(huán)有擴(kuò)張趨勢(shì)，對(duì)桌面壓力增大 答案　B 解析　根據(jù)楞次定律可知：當(dāng)條形磁鐵沿軸線豎直向下迅速移動(dòng)時(shí)，閉合鋁環(huán)內(nèi)的磁通量增大，因此鋁環(huán)面積應(yīng)有收縮的趨勢(shì)，同時(shí)有遠(yuǎn)離磁鐵的趨勢(shì)，故增大了和桌面的擠壓程度，從而使鋁環(huán)對(duì)桌面壓力增大，故B項(xiàng)正確. 3.(楞次定律的重要結(jié)論)如圖9所示，水平放置的光滑桿上套有A、B、C三個(gè)金屬環(huán)，其中B接電源.在接通電源的瞬間，A、C兩環(huán)(　　) 圖9 A.都被B吸引 B.都被B排斥 C.A被吸引，C被排斥 D.A被排斥，C被吸引 答案　B 解析　在接通電源的瞬間，通過B環(huán)的電流從無到有，電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)從無到有，穿過A、C兩環(huán)的磁通量從無到有，A、C兩環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電流，由楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙原磁通量的變化，為了阻礙原磁通量的增加，A、C兩環(huán)都被B環(huán)排斥而遠(yuǎn)離B環(huán)，故A、C、D錯(cuò)誤，B正確. 4.(“增離減靠”法)(多選)如圖10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10 A.開關(guān)S閉合瞬間 B.開關(guān)S由閉合到斷開的瞬間 C.開關(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)開關(guān)突然閉合時(shí)，左線圈上有了電流，產(chǎn)生磁場(chǎng)，而對(duì)于右線圈來說，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)開關(guān)S已經(jīng)閉合時(shí)，只有左側(cè)線圈電流增大才會(huì)導(dǎo)致鉆頭M向右運(yùn)動(dòng)，故C項(xiàng)正確. 5.(安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的區(qū)別運(yùn)用)(多選)如圖11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11 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L1的磁通量增加，用楞次定律可以判斷流過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)，可見選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若PQ向右減速運(yùn)動(dòng)，流過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正確；同理可判斷選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)D錯(cuò)誤.