1、高考资源网（） 您身边的高考专家4.楞 次 定 律 必备知识自主学习一、右手定则如图所示实验中,导体棒运动,电流计指针一定偏转吗?举例说明怎样运动电流计指针不偏转。提示:不一定。当导体棒沿上下运动时,电流计指针不偏转。1.使用方法:将右手手掌伸平,使大拇指与其余并拢的四指垂直,并与手掌在同一平面内,让磁感线从手心穿入,大拇指指向导体运动方向,这时四指的指向就是感应电流的方向,也就是感应电动势的方向。2.适用范围:适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。二、楞次定律在如图的实验中,磁铁向上、向下运动,穿过线圈的磁通量如何变化? 提示:向上运动,磁通量减少;向下运动,磁通量增多。1.分
2、析:(1)线圈内磁通量增加时的情况:(表内选填“向上”或“向下”)图序磁场方向感应电流的方向(俯视)感应电流的磁场方向A向下逆时针向上B向上逆时针向上(2)线圈内磁通量减少时的情况:(表内选填“向上”或“向下”)图序磁场方向感应电流的方向(俯视)感应电流的磁场方向C向上顺时针向下D向下顺时针向下2.实验结论:(1)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。(2)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。3.楞次定律及其应用:(1)内容:感应电流具有这样的方向,即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。(2)应用楞次定律的一般步骤:分辨引起电磁感应的原磁场B0
3、的方向。确定B0通过闭合回路磁通量的增减。根据楞次定律,确定感应电流的磁场B方向。用安培定则判断能够形成上述磁场B的感应电流的方向。 关键能力合作学习知识点一应用楞次定律判定感应电流的方向1.“阻碍”的理解:问题结论谁阻碍谁是感应电流的磁通量阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化为何阻碍(原)磁场的磁通量发生了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,最终结果不受影响
4、2.“阻碍”的表现形式:楞次定律中的“阻碍”作用,正是能的转化和守恒定律的反映,在克服“阻碍”的过程中,其他形式的能转化为电能,常见的情况有以下四种:(1)阻碍原磁通量的变化(增反减同)。(2)阻碍导体的相对运动(来拒去留)。(3)通过改变线圈面积来“反抗”(扩大或缩小)。(4)阻碍自身电流的变化(自感现象将在后面学习到)。(1)“阻碍”和“阻止”的意思一样吗?为什么?提示:不一样。“阻碍”没有“停止”的意思,只是使原来的变化变慢了。例如,阻碍磁通量的增加,磁通量仍在增加,只不过增加得慢了。(2)“阻碍”意味着“相反”吗?提示:不一定。要根据磁通量的变化情况判断,即“增反减同”。【典例】(20
5、20安庆高二检测)如图甲所示,在一空心螺线管内部中点处放置一小铜环;如图乙所示,在一空心螺线管外部放置一大铜环,电路接通瞬间,下列说法正确的是()A.从左往右看,两个铜环中部都有顺时针方向感应电流B.从左往右看,小铜环有顺时针方向感应电流,大铜环中有逆时针方向感应电流C.两个铜环都有收缩趋势D.小铜环有扩张趋势【解析】选A。图甲和图乙中当开关S闭合时,螺线管的磁感线分布为内部从右向左,外部从左向右。因此甲图中的铜环在开关闭合瞬间有向左的磁通量,由楞次定律可知会产生顺时针的电流来阻碍磁通量的增加;同时铜环有收缩的趋势阻碍磁通量的增大;而乙图中的铜环的磁通量为螺线管内部的向左的磁通量减去外部向右的
6、磁通量的净磁通,因此铜环越大磁通量越小,铜环越小磁通量越大,因此由楞次定律可知乙图铜环产生顺时针的电流,铜环有扩张的趋势,故A正确,B、C、D错误。“四步法”判定感应电流的方向1. (多选)(2020青岛高二检测)如图,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。根据右手螺旋定则可知,通电导线瞬间
7、,对于左金属框,因矩形金属框内部的磁场比外部强,所以左边小线圈有向外的磁通量,且增大;同理,右边金属框也一样,因此左、右小线圈的磁通量均增大,根据楞次定律可知,两线圈的感应电流方向都是顺时针方向,再由同向电流相互吸引,异向电流相互排斥(安培定则和左手定则),知两线圈的运动情况是相互远离。故B、C正确,A、D错误。故选B、C。2. (2017全国卷)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
8、说法正确的是() A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向,T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中的感应电流方向为逆时针,穿过T中的磁通量减小,由楞次定律可知,T中的感应电流方向为顺时针,故A、B、C错误,D正确。【加固训练】1.如图所示,一均匀的扁平条形磁铁的轴线与圆形线圈在同一平面内,磁铁中心与圆心重合,为了在磁铁开始运动时线圈中能得到逆时针方向的感应电流,磁铁的运动方式应是() A.N极向纸内,S极向纸外,使磁铁绕O点转动B.N极向
9、纸外,S极向纸内,使磁铁绕O点转动C.磁铁在线圈平面内顺时针转动D.磁铁在线圈平面内逆时针转动【解析】选A。当N极向纸内,S极向纸外转动时,穿过线圈的磁场从无到有并向里,感应电流的磁场应向外,电流方向为逆时针,A选项正确;当N极向纸外,S极向纸内转动时,穿过线圈的磁场向外并增加,感应电流方向为顺时针,B选项错误;当磁铁在线圈平面内绕O点转动时,穿过线圈的磁通量始终为零,因而不产生感应电流,C、D选项错误。2.如图所示,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() 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
10、为逆时针D.内、外环均为顺时针【解析】选B。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。知识点二楞次定律、右手定则、左手定则1.楞次定律与右手定则的比较:比较内容楞次定律右手定则区别研究对象整个闭合回路闭合回路的一部分,即做切割磁感线运动的导体适用范围各种电磁感应现象只适用于部分导体在磁场中做切割磁感线运动的情况应用用于磁感应强度B随时间变化而产生的电磁感应现象用于导体切割磁
11、感线产生的电磁感应现象联系右手定则是楞次定律的特例2.右手定则与左手定则的比较:比较项目右手定则左手定则作用判断感应电流方向判断通电导体所受磁场力的方向已知条件已知导体运动方向和磁场方向已知电流方向和磁场方向图例因果关系运动电流电流运动应用实例发电机电动机【典例】(多选)(2019全国卷)空间存在一方向与纸面垂直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a)中虚线MN所示,一硬质细导线的电阻率为、横截面积为S,将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内,圆心O在MN上。t=0时磁感应强度的方向如图(a)所示,磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)所示,则在t=0到t=t1的时间间隔内()A.圆环所
12、受安培力的方向始终不变B.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C.圆环中的感应电流大小为D.圆环中的感应电动势大小为【解析】选B、C。在t=0到t=t0的时间间隔内,磁感应强度的方向垂直纸面向里且逐渐减弱,根据楞次定律可知圆环中的感应电流沿顺时针方向,且圆环所受安培力的方向水平向左;在t=t0到t=t1的时间间隔内,磁感应强度的方向垂直纸面向外且逐渐增强,根据楞次定律可知圆环中的感应电流沿顺时针方向,且圆环所受安培力的方向水平向右,故选项A错误,B正确;圆环中的感应电动势大小为E=,故选项D错误;圆环中的感应电流大小为I=,故选项C正确。1. (多选)如图所示,DCEF为水平放置的金属框架,GH为
13、金属细棒,静止平放在框架上,它与框架之间的摩擦不计,当条形磁铁从图示位置以OO为轴转动时,则() A.顺时针转过90过程中,GH棒向右运动B.顺时针转过90过程中,GH棒向左运动C.逆时针转过90过程中,GH棒向右运动D.逆时针转过90过程中,GH棒向左运动【解析】选A、C。在图示位置,条形磁铁的磁场与闭合回路平行,穿过回路的磁通量为零,条形磁铁从图示位置绕OO轴转动90的过程中,穿过回路的磁通量变大;穿过闭合回路的磁通量可以用穿过回路的磁感线的净条数来表示,穿过回路的磁感线净条数等于条形磁铁内部穿过回路的条数与从磁铁外部穿过回路的条数之差,从磁铁外部穿过该回路的磁感线条数越多,穿过该回路的磁
14、通量越小;在磁铁转动过程中,磁通量增大,由楞次定律可知,感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化,为了阻碍磁通量的增大,金属细棒向右运动,增大回路的面积,从而阻碍磁通量的增大,即无论条形磁铁顺时针转动还是逆时针转动,金属细棒都向右运动,故A、C正确,B、D错误。故选A、C。2.如图所示,导轨间的磁场方向垂直于纸面向里,当导体棒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()A.有感应电流,且B被A吸引B.无感应电流C.可能有,也可能没有感应电流D.有感应电流,且B被A排斥【解析】选D。导体棒MN向右加速滑动,导体棒产生的感应电动势E=BLv增大,通过电磁铁A的电流增大,电磁铁A产生的磁
15、感应强度变大,穿过金属环B的磁通量增大,B中产生感应电流,由楞次定律可知,为阻碍磁通量的增加,感应电流方向与A中的相反,B被A排斥,向左运动;故A、B、C错误,D正确;故选D。3.一根导体棒ab在水平方向的匀强磁场中自由下落,并始终保持水平方向且与磁场方向垂直。如图所示,则有() A.Uab=0B.ab,Uab保持不变C.ab,Uab越来越大D.ab,Uab越来越大【解析】选D。导体棒ab切割磁感线产生感应电动势,由右手定则可知,b点电势高,a点电势低,即ab,导体棒下落过程速度v越来越大,感应电动势E=BLv越来越大,导体棒ab两端电势差Uab 越来越大,故D正确。【拓展例题】考查内容:楞次
16、定律与能量守恒【典例】如图所示,用一根长为L,质量不计的细杆与一个上弧长为l0、下弧长为d0的金属线框的中点连接并悬挂于O点,悬点正下方存在一个上弧长为2l0、下弧长为2d0的方向垂直纸面向里的匀强磁场,且d0L。先将线框拉开到如图所示位置,松手后让线框进入磁场,忽略空气阻力和摩擦力。下列说法正确的是() A.金属线框进入磁场时感应电流的方向为abcdaB.金属线框离开磁场时感应电流的方向为adcbaC.金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等D.向左摆动进入或离开磁场的过程中,所受安培力方向向右;向右摆动进入或离开磁场的过程中,所受安培力方向向左【解析】选D。当线框进入磁场时
17、,dc边切割磁感线,由楞次定律可判断,感应电流的方向为adcba;当线框离开磁场时,同理可判其感应电流的方向为abcda,A、B错;线框dc边(或ab边)进入磁场(或离开磁场)时,都要切割磁感线产生感应电流,机械能转化为电能,故dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小不相等,C错;由“来拒去留”知,D对。 课堂检测素养达标1.(2019全国卷)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现?()A.电阻定律B.库仑定律C.欧姆定律D.能量守恒定律【解析】选D。楞次定律指感应电流的磁场阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量的变化,这种阻碍作用做功将其他形式的能转变为感应电流的电能,所以楞次定律的阻碍
18、过程实质上就是能量转化的过程,故D项正确。2.M和N是绕在一个环形铁芯上的两个线圈,绕法和线路如图所示。现将开关K从a处断开,然后合向b处,在此过程中,通过电阻R2的电流方向是()A.先由c流向d,后又由c流向dB.先由c流向d,后又由d流向cC.先由d流向c,后又由d流向cD.先由d流向c,后又由c流向d【解析】选A。开关接a时,线圈M中的电流在环形铁芯内产生顺时针的磁场,开关K从a处断开,磁场减弱为零,线圈N中的磁通量发生了变化,由楞次定律得出线圈N中产生向右的感应磁场,进而在N中有了感应电流,电流方向由c到d。开关接b时,线圈M中的电流在环形铁芯内产生逆时针的磁场,线圈N中的磁通量发生了
19、变化,由楞次定律得出线圈N中产生向右的感应磁场,进而在N中有了感应电流,电流方向c到d。3.(2020全国卷)如图,水平放置的圆柱形光滑玻璃棒左边绕有一线圈,右边套有一金属圆环。圆环初始时静止。将图中开关S由断开状态拨至连接状态,电路接通的瞬间,可观察到()A.拨至M端或N端,圆环都向左运动B.拨至M端或N端,圆环都向右运动C.拨至M端时圆环向左运动,拨至N端时向右运动D.拨至M端时圆环向右运动,拨至N端时向左运动【解析】选B。不论开关S拨至M端或N端,穿过右边金属圆环的磁通量都会增加,由楞次定律的“增缩减扩”可知,圆环向右运动才能减小磁通量的增加,故B正确。4.矩形导线框abcd固定在匀强磁
20、场中,磁感线的方向与导线框所在平面垂直,规定磁场的正方向垂直纸面向里,磁感应强度B随时间变化的规律如图所示。若规定顺时针方向为感应电流I的正方向,下列各图中正确的是()【解析】选D。由题图可知,01 s内,线框中磁通量的变化率相同,故01 s内电流的方向相同,由楞次定律可知,电路中电流方向为逆时针,即电流为负方向;同理可知,12 s内电路中的电流为顺时针,23 s内,电路中的电流为顺时针,34 s内,电路中的电流为逆时针,由E=可知,电路中电流大小恒定不变。故选D。5.一个简易的电磁弹射玩具如图所示,线圈、铁芯组合充当炮筒,硬币充当子弹。现将一个金属硬币放在铁芯上(金属硬币半径略大于铁芯半径)
21、,电容器刚开始时处于无电状态,先将开关拨向1,电容器充电,再将开关由1拨向2的瞬间,硬币将向上飞出。则下列说法正确的是()A.当开关拨向1时,电容器上板带负电B.当开关由1拨向2时,线圈内磁感线方向向上C.当开关由1拨向2瞬间,铁芯中的磁通量减小D.当开关由1拨向2瞬间,硬币中会产生向上的感应磁场【解析】选D。当开关拨向1时,有短暂电流出现,电容器处于充电状态,由于电容器的上极板与电源正极相连,因此电容器的上板带正电,故A错误。当开关由1拨向2时,电容器放电,电流从上向下通过线圈,根据安培定则可知,线圈中磁感线方向向下,故B错误。当开关由1拨向2的瞬间,电容器处于放电状态,电流增大,铁芯中的磁
22、通量增大,根据楞次定律,则硬币中会产生向上的感应磁场,故C错误、D正确。故选D。6.老师做了一个物理小实验让学生观察:一轻质横杆两侧各固定一金属环,横杆绕中心点自由转动,老师拿一条形磁铁插向其中一个小环,后又取出插向另一个小环,同学们看到的现象是()A.磁铁插向左环,横杆发生转动,从上方向下看,横杆顺时针转动B.磁铁插向右环,横杆发生转动,从上方向下看,横杆逆时针转动C.无论磁铁插向左环还是右环,横杆都不发生转动D.无论磁铁插向左环还是右环,横杆都发生转动【解析】选B。左环不闭合,磁铁插向左环时,不产生感应电流,环不受力,横杆不转动;右环闭合,磁铁插向右环时,右环内产生感应电流,右环受到磁场的
23、作用,横杆转动,根据“来拒去留”可知,从上方向下看,横杆逆时针转动。故选B。7. (多选)如图所示,面积为S的矩形导线框abcd,处在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与线框平面成角。当线框以ab为轴顺时针匀速转90角过程中,下列判断正确的是() A.线框中电流方向先为abcda,再为adcbaB.线框中电流方向一直为abcdaC.线框中电流先减小后增大D.线框中电流先增大后减小【解析】选B、D。矩形线框abcd如图所示放置,此时通过线框的磁通量为1=BSsin。当线框以ab为轴顺时针匀速转90角过程中先减小,后反向增大,当规定此时穿过线框为正面,则当线框绕ab轴转90角时,穿过线框反面,则其磁通量:2=-BSsin。因此穿过线框平面的磁通量的变化为先减小后反向增大。根据楞次定律可知,减小时,磁通量减小,产生的感应电流的方向是abcda;磁通量反向增大时,同理可知,感应电流的方向仍然是abcda。故A错误,B正确;减小时,cd棒切割磁感线,产生的电动势:E=Bv有效=Bcos,可知,电动势随夹角的减小而增大,所以线框中电流先增大;当反向增大时,电动势随夹角的增大而减小。故C错误,D正确。- 18 - 版权所有高考资源网
