1、第二章 电 磁 感 应1楞 次 定 律第1课时 楞 次 定 律课前自主学习1楞次定律：任务驱动 如果引起感应电流的原磁场正在减小，那么感应电流的方向怎样判断呢？提示：根据楞次定律可知，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，再根据安培定则判断感应电流的方向。(1)感应电流的方向：实验探究：螺线管与电流表组成闭合回路，如图所示，分别将N极和S极插入、抽出线圈，记录感应电流方向。实验现象分析。线圈内磁通量增大时的情况图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向甲_逆时针(俯视)_乙_顺时针(俯视)_向下向上向上向下线圈内磁通量减少时的情况图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向丙_顺时
2、针(俯视)_丁_逆时针(俯视)_向下向下向上向上归纳结论：当线圈内磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，_磁通量的增加；当线圈内磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，_磁通量的减少。阻碍阻碍(2)楞次定律：内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要_引起感应电流的磁通量的_。运用楞次定律判断感应电流方向的流程图：阻碍变化2右手定则：任务驱动 闭合电路的一部分导体切割磁感线会产生感应电流，用楞次定律可以判断感应电流的方向，还有什么规律可以判断感应电流的方向呢？提示：部分导体切割磁感线的情况，应用右手定则可以更加简捷地判断感应电流的方向。(1)使用范围：判断由导体构成的闭合
3、回路中部分导线做切割磁感线运动时产生_的方向。(2)使用方法：伸开右手，使拇指与其余四个手指_，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线_的方向，这时_所指的方向就是感应电流的方向。感应电流垂直运动四指课堂合作探究主题一 楞次定律【问题探究】1感应电流的磁场方向能否与原磁场的方向相同？提示：可以，当原磁场的磁通量减小的时候，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同。2感应电流的磁场与原磁场磁通量变化的关系如何？提示：原磁场磁通量变大，则感应电流磁场方向与原磁场方向相反；原磁场磁通量变小，则感应电流磁场方向与原磁场方向相同。即感应电流在回路中产生的磁通量总是反抗(或阻碍)原磁
4、通量的变化。3若电路不闭合，穿过回路的磁通量变化时，是否还会产生“阻碍”作用？提示：“阻碍”是由感应电流产生的，若回路不闭合，没有感应电流产生，因此不会产生阻碍作用。【结论生成】1弄清“阻碍”的几个层次：谁阻碍谁感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化阻碍什么阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身如何阻碍当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，即“增反减同”结果如何阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化，这种变化将继续进行阻碍的实质 能量的转化和守恒的具体体现2.“阻碍”的表现形式：增反减同
5、 就磁通量而言，感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化来拒去留 由于相对运动导致的电磁感应现象，感应电流的效果阻碍相对运动增缩减扩 电磁感应致使回路面积有变化趋势时，面积收缩或扩张是为了阻碍回路磁通量的变化 【拓展延伸】“阻碍”与“阻止”“相反”的区别(1)阻碍不是阻止，最终引起感应电流的磁通量还是发生了变化，是“阻而未止”。(2)阻碍不等同相反，当引起感应电流的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反；当引起感应电流的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向相同(增反减同)。(3)阻碍的是导体与磁铁的相对运动，而不是阻碍导体或磁铁的运动。【典例示范】(多选)如图所示，圆环形导体线圈 a
6、 平放在水平桌面上，在 a 的正上方固定一竖直螺线管 b，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片 P 向上滑动，下面的说法中正确的是()A穿过线圈 a 的磁通量变大B线圈 a 有扩张的趋势C线圈 a 中将产生俯视顺时针方向的感应电流D线圈 a 对水平桌面的压力 FN 将增大【解析】选 B、C。当滑动触头 P 向上移动时电阻增大，由闭合电路欧姆定律可知通过线圈 b 的电流减小，b 线圈产生的磁场减弱，故穿过线圈 a 的磁通量变小，故 A 错误；根据微元法将线圈 a 无限分割，根据左手定则不难判断出线圈 a 应有扩张的趋势，或直接根据楞次定律的第二描述“感
7、应电流产生的效果总是阻碍引起感应电流的原因”，因为滑动触头向上滑动导致穿过线圈 a 的磁通量减小，故只有线圈面积增大时才能阻碍磁通量的减小，故线圈 a 应有扩张的趋势，故 B 正确；根据 b 中的电流方向和安培定则可知 b 产生的磁场方向向下穿过线圈 a，根据楞次定律，a 中的感应电流的磁场要阻碍原来磁场的减小，故 a 的感应电流的磁场方向也向下，根据安培定则可知线圈 a 中感应电流方向俯视应为顺时针方向，故 C 正确；开始时线圈 a 对桌面的压力等于线圈 a 的重力，当滑动触头向上滑动时，可以用“等效法”，即将线圈 a 和 b 看作两个条形磁铁，不难判断此时两磁铁互相吸引，故线圈 a 对水平
8、桌面的压力将减小，故 D 错误。【探究训练】1(2021渝中区高二检测)航空母舰上飞机弹射起飞可以利用电磁驱动来实现。电磁驱动原理如图所示，当固定线圈上突然通入直流电时，靠近线圈左端放置的金属环被弹射出去，在闭合开关 S 瞬间，下列判断正确的是()A.从左侧看环中感应电流沿逆时针方向B金属环的面积有收缩的趋势C电池正负极调换后，金属环将不能向左弹射D若将金属环放在线圈右侧再闭合开关 S，环将向左运动【解析】选 B。根据楞次定律，金属环中产生从左侧看顺时针方向的感应电流，故 A 错误；根据楞次定律，金属环中磁通量增大，有收缩面积阻止磁通量增大的趋势，故 B 正确；当电池正负极调换后，通过“来拒去
9、留”的方法判断，金属环也可以向左弹射，故 C 错误；若将金属环放在线圈右侧，闭合开关，环与线圈间也会产生排斥力，所以环将向右运动，故 D 错误。2.(多选)如图所示，在水平光滑桌面上，两相同的矩形刚性小线圈分别叠放在固定的绝缘矩形金属框的左右两边上，且每个小线圈都各有一半面积在金属框内。在金属框接通逆时针方向电流的瞬间()A两小线圈会有相互靠拢的趋势B两小线圈会有相互远离的趋势C两小线圈中感应电流都沿顺时针方向D左边小线圈中感应电流沿顺时针方向，右边小线圈中感应电流沿逆时针方向【解析】选 B、C。金属框接通电流的瞬间，两个小线圈的磁通量均增大，根据楞次定律，为了阻碍磁通量的增大，它们必须相互远
10、离，选项 A 错误，B 正确；由环形电流的磁场分布规律知两小线圈中原磁场方向均垂直纸面向外，根据“增反减同”原则得，C 正确，D 错误。3(2021蚌埠高二检测)科学家发现一种新型合金材料(Ni45Co5Mn40Sn10)，只要略微加热该材料下面的铜片，这种合金就会从非磁性合金变成强磁性合金。将两个相同的条状新型合金材料竖直放置，在其正上方分别竖直、水平放置两闭合金属线圈，如图甲、乙所示。现对两条状新型合金材料下面的铜片加热，则()A.甲图线圈有收缩的趋势B乙图线圈有收缩的趋势C甲图线圈中一定产生逆时针方向的感应电流D乙图线圈中一定产生顺时针方向的感应电流【解析】选 B。对两条状新型合金材料加
11、热，均会从非磁性合金变成强磁性合金，甲图中，穿过线圈的磁通量为零，故甲图线圈中始终无感应电流产生，也不受安培力，无收缩或扩张趋势，A、C 错误；乙图线圈中磁通量增加，依据楞次定律，线圈有收缩并远离趋势，B 正确；依据感应电流产生条件，乙图线圈中一定产生感应电流，但磁场方向未知，所以感应电流方向不确定，D 错误。【补偿训练】1.如图所示，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，关于两铜环的运动情况，下列说法正确的是()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，因电源正负极未知
12、，无法具体判断【解析】选 A。当电路接通瞬间，穿过线圈的磁通量在增加，使得穿过两侧铜环的磁通量都在增加，由楞次定律可知，两环中感应电流的磁场与线圈中磁场方向相反，即受到线圈磁场的排斥作用，使两铜环分别向外侧移动，选项 A 正确，B、C、D 错误。2.如图所示，AOC 是光滑的金属导轨，AO 沿竖直方向，OC 沿水平方向，ab 是一根金属棒，与导轨接触良好，它从图示位置由静止开始在重力作用下运动，运动过程中 b 端始终在 OC 上，a 端始终在 OA 上，直到完全落在 OC 上，空间存在着匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，则 ab 棒在上述过程中()A感应电流方向是 baB感应电流方向是 abC
13、感应电流方向先是 ba，后是 abD感应电流方向先是 ab，后是 ba【解析】选 C。在金属棒向下滑动的过程中，金属棒与导轨所围成的三角形面积先增大后减小，三角形 aOb 内的磁通量先增大后减小，由楞次定律可判断 C 选项正确。3.目前，我国的电磁弹射技术已达到世界先进水平，将很快装备到下一代航母中。航母上舰载机电磁弹射的驱动原理如图所示，当闭合 S，固定线圈中突然通过直流电流时，线圈左侧的金属环(舰载机)被弹射出去。则()A闭合 S 的瞬间，从左侧看环中的感应电流沿顺时针方向B若将电池正负极调换后，金属环将向右弹射C若将金属环置于线圈的右侧，金属环将向左弹射D若将金属环置于线圈的右侧，金属环
14、将向右弹射【解析】选 D。闭合 S 瞬间，穿过金属环的磁通量增大，依据楞次定律，从左侧看感应电流沿逆时针方向，故 A 错误；电池正负极变化只影响磁场方向并不影响磁场的变化，根据“来拒去留”可得，金属环受力向左，故将向左弹射出去，故 B错误；若将金属环置于线圈的右侧，根据“来拒去留”可得，金属环受力向右，故将向右弹射出去，故 D 正确，C 错误。主题二 右手定则【实验情境】如图所示，导体棒与电流表连接，导体棒在磁场中做切割磁感线的运动。【问题探究】试结合上述现象讨论：(1)导体棒向右、向左运动指针是否发生偏转？偏转方向是否相同？提示：指针发生偏转，且偏转方向相反。(2)若导体棒向右运动时，穿过这
15、个回路的磁通量是增大还是减小？提示：磁通量减小。(3)在第(2)问的情况下感应电流的磁场方向沿哪个方向？提示：由楞次定律知感应电流的磁场方向向下。(4)在第(2)问的情况下导体棒 AB 中的感应电流沿哪个方向？提示：感应电流沿 AB 方向。(5)由上述问题可以得到感应电流的方向、磁场方向和导体运动方向之间遵循怎样的关系？提示：这三个方向之间的关系遵循右手定则。(6)右手定则和安培定则都使用右手，二者的主要区别是什么？提示：右手定则判断导体切割磁感线时感应电流的方向；安培定则判断电流产生磁场的方向。【结论生成】1楞次定律与右手定则的区别与联系：2.安培定则、左手定则与右手定则的区别：安培定则(右
16、手)左手定则右手定则作用 判断电流的磁场方向判断通电导体受磁场力方向判断切割磁感线导体中感应电流方向已知条件 电流方向电流方向和磁场方向切割运动方向和磁场方向因果关系 电流磁场电流受力(运动)运动电流实例 电磁铁电动机发电机【典例示范】如图所示，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()A向右加速运动B向左加速运动C向右匀速运动D向左减速运动【解析】选 B。MN 处于垂直向里的匀强磁场中，在磁场力作用下向右运动，说明 MN 受到的磁场力向右，由左手定则可知电流由 M 指向 N；由楞次定律
17、可知，线圈中产生感应电流的磁场应该是向上；再由右手定则可知 PQ 可能是向左加速运动或向右减速运动。故 B 正确，A、C、D 错误。【探究训练】1如图，在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一 U 形金属导轨，导轨平面与磁场垂直。金属杆 PQ 置于导轨上并与导轨形成闭合回路 PQRS，一圆环形金属线框 T 位于回路围成的区域内，线框与导轨共面。现让金属杆 PQ 突然向右运动，在运动开始的瞬间，关于感应电流的方向，下列说法正确的是()APQRS 中沿顺时针方向，T 中沿逆时针方向BPQRS 中沿顺时针方向，T 中沿顺时针方向CPQRS 中沿逆时针方向，T 中沿逆时针方向DPQRS 中沿逆时针方向，T
18、 中沿顺时针方向【解析】选 D。因为 PQ 突然向右运动，由右手定则可知，PQRS 中有沿逆时针方向的感应电流，穿过 T 中的磁通量减小，由楞次定律可知，T 中有沿顺时针方向的感应电流，D 正确，A、B、C 错误。2.(多选)两根相互平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中，在导轨上接触良好的导体棒 AB 和 CD 可以自由滑动。当 AB 在外力 F 作用下向右运动时，下列说法中正确的是()A导体棒 CD 内有电流通过，方向是 DCB导体棒 CD 内有电流通过，方向是 CDC磁场对导体棒 CD 的作用力向左D磁场对导体棒 AB 的作用力向左【解析】选 B、D。本题中导体棒 AB 切割磁感线
19、，根据右手定则判定 AB 棒中的电流方向为 BA，则 CD 棒中的电流方向为 CD，A 错误，B 正确；根据左手定则，判定 CD 棒受到的安培力的方向为水平向右，C 错误；AB 棒中感应电流方向为 BA，根据左手定则判定 AB 棒所受安培力的方向为水平向左，即安培力的方向阻碍 AB 棒的相对运动，D 正确。3ab 为一金属杆，它处在如图所示的垂直于纸面向里的匀强磁场中，可绕 a 点在纸面内转动；s 为以 a 为圆心位于纸面内的金属圆环；在杆转动过程中，杆的 b端与金属环保持良好接触；A 为电流表，其一端与金属环相连，一端与 a 点良好接触。当杆沿逆时针方向转动时，某时刻 ab 杆的位置如图，则
20、此时刻()A有电流通过电流表，方向由 cd；作用于 ab 的安培力向右B有电流通过电流表，方向由 cd；作用于 ab 的安培力向左C有电流通过电流表，方向由 dc；作用于 ab 的安培力向左D无电流通过电流表，作用于 ab 的安培力为零【解析】选 C。当杆沿逆时针方向转动时，根据右手定则，判断出 ab 杆中感应电流方向由 ba，电流通过电流表，方向由 dc，根据左手定则，作用于 ab 的安培力向左，故 C 正确，A、B、D 错误。【补偿训练】如图所示，一个闭合三角形导线框 ABC 位于竖直平面内，其下方(略靠前)固定一根与线框平面平行的水平直导线，导线中通以图示方向的恒定电流。释放线框，它由实
21、线位置下落到虚线位置未发生转动，在此过程中()A线框中感应电流方向依次为 ACBAABCAB线框的磁通量为零时，感应电流却不为零C线框所受安培力的合力方向依次为向上向下向上D线框做自由落体运动【解析】选 B。根据右手定则，通电直导线的磁场在上方向外，下方向里；离导线近的地方磁感应强度大，离导线远的地方磁感应强度小。线框从上向下靠近导线的过程，向外的磁感应强度增加，根据楞次定律，线框中产生顺时针方向的电流；穿越导线时，上方向外的磁场和下方向里的磁场叠加，先是向外的磁通量减小，之后变成向里的磁通量，并逐渐增大，直至最大；根据楞次定律，线框中产生逆时针方向的电流。向里的磁通量变成最大后，继续向下运动
22、，向里的磁通量又逐渐减小，这时的电流方向又变成了顺时针，即感应电流方向依次为ACBAABCAACBA，故 A 错误；根据 A 中的分析，穿越导线时，上方向外的磁场和下方向里的磁场叠加，先是向外的磁通量减小，一直减小到 0，之后变成向里的磁通量，并逐渐增大。这一过程是连续的，始终有感应电流存在，故 B正确；根据楞次定律，感应电流始终阻碍线框相对磁场的运动，故受安培力的方向始终向上，不是 0，因此线框不可能做自由落体运动，故 C、D 错误。【课堂小结】课堂素养达标1图示为“研究电磁感应现象”的实验装置，现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈 A、线圈 B、灵敏电流计及开关按如图所示连接，在闭合开关瞬
23、间，发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么闭合开关后，下列说法中正确的是()A.将线圈 A 迅速插入线圈 B 时，灵敏电流计的指针向左偏转一下B将线圈 A 插入线圈 B 稳定后，灵敏电流计的指针一直向右偏C将线圈 A 插入线圈 B 稳定后，将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动时，灵敏电流计的指针向右偏转D将线圈 A 插入线圈 B 稳定后，将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动时，灵敏电流计的指针向左偏转【解析】选 D。闭合开关，穿过线圈 B 的磁通量增加，灵敏电流计的指针向右偏；闭合开关，将线圈 A 迅速插入线圈 B 时，磁场方向不变，穿过线圈 B 的磁通量增加，灵敏电流计的指针将向右偏转，选项 A 错误；
24、将线圈 A 插入线圈 B 稳定后，穿过线圈 B 的磁通量不变，则灵敏电流计的指针不偏转，选项 B 错误；将线圈 A插入线圈 B 稳定后，将滑动变阻器的滑片迅速向左滑动时，滑动变阻器接入电路的阻值变大，线圈 A 中的电流变小，穿过线圈 B 的磁场方向不变，但磁通量变小，灵敏电流计的指针将向左偏转，选项 C 错误，D 正确。2(2020江苏高考)如图所示，两匀强磁场的磁感应强度 B1 和 B2 大小相等、方向相反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中产生顺时针方向感应电流的是()A.同时增大 B1 减小 B2B同时减小 B1 增大 B2C同时以相同的变化率增大 B1 和 B2D同时以
25、相同的变化率减小 B1 和 B2【解析】选 B。若产生顺时针方向的感应电流，则感应磁场的方向垂直纸面向里。由楞次定律可知，圆环中的净磁通量变化为向里的磁通量减少或者向外的磁通量增多，A 错误，B 正确。同时以相同的变化率增大 B1 和 B2，或同时以相同的变化率减小 B1 和 B2，两个磁场的磁通量总保持大小相同，所以总磁通量为 0，不会产生感应电流，C、D 错误。3如图所示，两个相同的铝环套在一根光滑杆上，将一条形磁铁向左插入铝环的过程中两环的运动情况是()A.同时向左运动，间距增大B同时向左运动，间距不变C同时向左运动，间距变小D同时向右运动，间距增大【解析】选 C。根据楞次定律的延伸含义
26、：阻碍导体间的相对运动，即来拒去留，所以两环同时要向左运动，又因为靠近磁铁的铝环的磁通量变化快，所以速度相对后面的铝环的速度要大，故它们之间的间距减小，C 正确。4一长直铁芯上绕有一固定线圈 M，铁芯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()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
27、 闭合的情况下，将 R 的滑片向 d 端移动时【解析】选 C。由楞次定律的第二种描述“来拒去留”可知，要使 N 向左运动，则穿过 N 的磁通量应减小，开关 S 由断开到闭合过程中，穿过 N 的磁通量均增大，故 A、B 错误；在 S 已向 a 闭合的情况下，将 R 的滑片向 c 端移动时，滑动变阻器接入电路的阻值增大，则电路中电流减小，穿过 N 的磁通量减小，故会使 N 向左运动，故 C 正确；将 R 的滑片向 d 端移动时，滑动变阻器接入电路的阻值减小，故电路中电流增大，穿过 N 的磁通量增大，故会使 N 向右运动，故 D 错误。5如图所示，A、B 为大小、形状均相同且内壁光滑、用不同材料制成
28、的圆筒，竖直固定在相同高度，两个相同的条形磁铁，同时从 A、B 上端管口同一高度无初速度同时释放，穿过 A 管的条形磁铁比穿过 B 管的条形磁铁先落到地面。下面关于两管的制作材料的描述可能的是()AA 管是用塑料制成的，B 管是用铜制成的BA 管是用铝制成的，B 管是用胶木制成的CA 管是用胶木制成的，B 管是用塑料制成的DA 管是铜制成的，B 管是用塑料制成的【解析】选 A。如果圆筒是用金属材料制成的，当条形磁铁进入和离开筒口位置时都会产生感应电流。磁铁和圆筒之间有力的作用，阻碍其产生相对运动，故落地较晚。如果筒由绝缘材料制成，则不会产生感应电流，两者之间没有力的作用。磁铁做自由落体运动通过
29、圆筒，用时较少，先落地。故选 A。6(多选)如图，MN、GH 为平行导轨，AB、CD 为跨在导轨上的两根横杆，导轨和横杆均为导体，匀强磁场垂直于导轨所在的平面，则()A如果 AB 和 CD 以相同的速度向右运动，则回路内一定有感应电流B如果 AB 和 CD 以不同的速度向右运动，则回路内一定有感应电流C如果 AB 和 CD 以相同的速率分别向右和向左运动，则回路内无感应电流D如果 AB 不动，CD 以一定的速度运动，则回路内一定有感应电流【解析】选 B、D。产生感应电流的条件是：闭合电路的磁通量发生变化，故 B、D 正确；而 A 项闭合电路内磁通量不变，A 项错误；C 项闭合电路内磁通量发生变化应有感应电流产生，C 错误。【补偿训练】如图所示，一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方，直导线与圆环在同一竖直面内，当通电直导线中电流增大时，弹性圆环的面积 S 和橡皮绳的长度 l 将()AS 增大，l 变长 BS 减小，l 变短CS 增大，l 变短DS 减小，l 变长【解析】选 D。当通电直导线中电流增大时，穿过金属圆环的磁通量增加，金属圆环中产生感应电流。根据楞次定律可知，感应电流要阻碍磁通量的增加：一是用缩小面积的方式进行阻碍；二是用远离通电直导线的方式进行阻碍，故 D 正确。