2019_2020学年高中物理第一章电磁感应第三节感应电流的方向学案粤教版选修3_2.pdf

第三节 感应电流的方向第三节 感应电流的方向 学科素养与目标要求 物理观念 ： 1.正确理解楞次定律的内容及其本质.2.掌握右手定则，并理解右手定则实际上是 楞次定律的一种具体表现形式 科学思维 ： 1.通过对实验现象的观察、归纳、概括，抽象得出影响感应电流方向的因素.2.掌 握运用楞次定律和右手定则判断感应电流方向的方法和步骤 科学探究：经历探究螺线管中感应电流方向的实验，记录、分析实验现象，交流讨论，归纳 出普遍的规律 科学态度与责任：参与实验、多角度分析和逐步明确归纳感应电流方向的过程，领略楞次定 律的表述因高度抽象和概括而表现出的简洁美 一、探究感应电流的方向 1实验探究 将螺线管与电流表组成闭合回路，分别将 N 极、S 极插入、抽出线圈，如图 1 所示，记录感 应电流方向 图 1 研究感应电流方向的实验记录 2分析 (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 甲向下逆时针向上 乙向上顺时针向下 (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 丙向下顺时针向下 丁向上逆时针向上 3.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，阻碍磁通量的增加 (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，阻碍磁通量的减少 二、楞次定律 感应电流的方向可以这样确定，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 三、右手定则 伸开右手，让拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线垂直从手 心进入，拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向 1判断下列说法的正误 (1)感应电流的磁场总是与引起感应电流的磁场方向相反( × ) (2)感应电流的磁场可能与引起感应电流的磁场方向相同( ) (3)感应电流的磁场总是阻止引起感应电流的磁通量的变化( × ) (4)右手定则和楞次定律都适用于所有电磁感应现象中感应电流方向的判断( × ) 2如图 2 所示，光滑平行金属导轨PP和QQ，都处于同一水平面内，P和Q之间连接一 电阻R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中现垂直于导轨放置一根导体棒MN，MN向右运 动时，MN中的电流方向为_；MN向左运动时，MN中的电流方向为_ (均填 “MN” 或“NM”) 图 2 答案 NM MN 一、对楞次定律的理解 1楞次定律中的因果关系 楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系， 磁通量发生变化是原因， 产生感应电流是结果 2对“阻碍”的理解 3楞次定律“阻碍”的表现形式 从磁通量变化的角度看：感应电流的效果是阻碍磁通量的变化 从相对运动的角度看：感应电流的效果是阻碍相对运动 例 1 关于楞次定律，下列说法正确的是 ( ) A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 B感应电流的磁场总是阻止磁通量的变化 C原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场同向 D感应电流的磁场总是跟原磁场反向，阻碍原磁场的变化 答案 A 解析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，选项 A 正确；阻碍并不是 阻止，只起延缓的作用，选项 B 错误；原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁 场与原磁场反向，选项 C 错误；当原磁通量增加时感应电流的磁场跟原磁场反向，当原磁通 量减少时感应电流的磁场跟原磁场同向，选项 D 错误 二、楞次定律的应用 楞次定律应用四步曲 (1)确定原磁场方向； (2)判定产生感应电流的磁通量如何变化(增加还是减少)； (3)根据楞次定律确定感应电流的磁场方向(增反减同)； (4)判定感应电流的方向 该步骤也可以简单地描述为“一原二变三感四螺旋” ，一原确定原磁场的方向；二变 确定磁通量是增加还是减少；三感判断感应电流的磁场方向；四螺旋用右手螺旋 定则判断感应电流的方向 例 2 (多选)如图 3 所示，闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在有界匀强磁场中，将它从 匀强磁场中匀速拉出，以下各种说法中正确的是( ) 图 3 A向左拉出和向右拉出时，环中的感应电流方向相反 B向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿顺时针方向的 C向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿逆时针方向的 D将圆环左右拉动，当环全部处在磁场中运动时，圆环中无感应电流 答案 BD 解析 将金属圆环不管从哪边拉出磁场，穿过闭合圆环的磁通量都要减少，根据楞次定律可 知，感应电流的磁场要阻碍原磁通量的减少，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，应用 右手螺旋定则可以判断出感应电流的方向是顺时针方向的，选项 B 正确，A、C 错误；当圆环 全部处在磁场中运动时，穿过圆环的磁通量没有改变，该种情况下无感应电流，D 正确 例 3 (2017·宿迁市高二下学期期末)如图 4 所示， 一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺 线管，则电路中( ) 图 4 A始终有感应电流自a向b流过电流表 B始终有感应电流自b向a流过电流表 C先有ab方向的感应电流，后有ba方向的感应电流 D将不会产生感应电流 答案 C 解析 当条形磁铁进入闭合螺线管时，通过闭合螺线管的磁通量增加，产生感应电流方向为 ab；当条形磁铁穿出螺线管时，通过闭合螺线管的磁通量减少，产生感应电流方向为 ba，选项 C 正确 学科素养 楞次定律既适用于闭合电路的一部分导体切割磁感线产生的感应电流方向的判 断，又适用于因磁场变化在闭合电路中产生的感应电流方向的判断，通过例 2、例 3 中楞次 定律的应用，使学生熟练掌握运用楞次定律处理问题的步骤，很好地体现了“科学思维”的 学科素养 三、右手定则的理解和应用 如图所示，导体棒ab向右做切割磁感线运动 (1)请用楞次定律判断感应电流的方向 (2)感应电流I的方向、 原磁场B的方向、 导体棒运动的速度v的方向三者之间满足什么关系？ 答案 (1)感应电流的方向adcba. (2)满足右手定则 1适用范围：闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流方向的判断 2右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和电流方向三者之间的相互垂直关系 (1)大拇指所指的方向是导体相对磁场切割磁感线的运动方向，既可以是导体运动而磁场未 动，也可以是导体未动而磁场运动，还可以是两者以不同速度同时运动 (2)四指指向电流方向，切割磁感线的导体相当于电源 例 4 下列图中表示闭合电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动的情景，导体ab 上的感应电流方向为ab是( ) 答案 A 解析 在导体ab上，A 中电流方向为ab，B、C、D 中电流方向为ba，故选 A. 1(楞次定律的理解)在电磁感应现象中，下列说法正确的是( ) A感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流原磁场的磁通量的变化 B感应电流的磁场方向总是与引起感应电流的磁场方向相反 C感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流原磁场的磁通量 D感应电流的磁场阻止了引起感应电流原磁场磁通量的变化 答案 A 解析 根据楞次定律， 感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流原磁场的磁通量的变化， 选项 A 正确，C 错误；当原磁场增强时，感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相反，当 原磁场减弱时，感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相同，选项 B 错误；感应电 流的磁场阻碍引起感应电流原磁场磁通量的变化，但不是阻止，选项 D 错误 2 (楞次定律的应用)如图 5 所示， 一水平放置的圆形通电线圈 1 固定， 另一较小的圆形线圈 2 从线圈 1 的正上方下落， 在下落过程中， 两线圈平面始终保持平行且共轴， 则线圈 2 从线圈 1 的正上方下落至正下方的全过程中，从上往下看，线圈 2 中( ) 图 5 A无感应电流 B有顺时针方向的感应电流 C有先顺时针后逆时针方向的感应电流 D有先逆时针后顺时针方向的感应电流 答案 C 解析 根据安培定则判断可知，线圈 1 产生的磁场方向向上当线圈 2 靠近线圈 1 时，穿过 线圈 2 的磁通量增加，根据楞次定律可知，线圈 2 中产生顺时针方向的感应电流；当线圈 2 远离线圈 1 时，穿过线圈 2 的磁通量减少，根据楞次定律可知，线圈 2 中产生逆时针方向的 感应电流所以线圈 2 中感应电流的方向先是顺时针后是逆时针，故选项 C 正确 3 (楞次定律的应用)小管同学为了探究感应电流的方向与什么因素有关， 他把一灵敏电流计 与一个线圈相连构成闭合电路，然后将条形磁铁插入或拔出线圈，如图 6 所示其中线圈中 所标箭头方向为感应电流方向则下列判断正确的是( ) 图 6 A甲图磁铁正在向下运动B乙图磁铁正在向上运动 C丙图磁铁正在向上运动D丁图磁铁正在向上运动 答案 D 解析 根据线圈中感应电流的方向，由右手螺旋定则可知，甲和丙中的线圈上端为感应电流 磁场的 S 极，乙和丁中的线圈上端为 N 极，由楞次定律的“阻碍”含义知，甲和丁图中磁铁 正在向上运动，乙和丙图中磁铁正在向下运动，故选项 A、B、C 错误，D 正确 4(右手定则的应用)(多选)闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，如图所示， 能正确表示磁感应强度B的方向、导体运动速度方向与产生的感应电流方向间关系的是 ( ) 答案 BC 解析 A 图中导体不切割磁感线，导体中无电流；由右手定则可以判断 B、C 正确；D 图中感 应电流方向应垂直纸面向外 考点一 楞次定律的理解 1(多选)关于感应电流，下列说法正确的是( ) A根据楞次定律知，感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量 B感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化 C感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同，也可能相反 D当导体切割磁感线运动时，必须用安培定则确定感应电流的方向 答案 BC 考点二 楞次定律的应用 2(多选)如图 1 所示，通电直导线L和平行直导线放置的闭合导体框abcd，当通电导线L 运动时(不与导体框接触且始终在导体框的左侧)，以下说法正确的是( ) 图 1 A当导线L向左平移时，导体框abcd中感应电流的方向为abcda B当导线L向左平移时，导体框abcd中感应电流的方向为adcba C当导线L向右平移时，导体框abcd中感应电流的方向为abcda D当导线L向右平移时，导体框abcd中感应电流的方向为adcba 答案 AD 3.电阻R、电容器C与一线圈连成闭合电路，条形磁铁位于线圈的正上方，N 极朝下，如图 2 所示在使磁铁 N 极远离线圈上端的过程中，流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是 ( ) 图 2 A从b到a，下极板带正电B从a到b，下极板带正电 C从b到a，上极板带正电D从a到b，上极板带正电 答案 D 4(多选)如图 3 所示，有界匀强磁场竖直向下穿过光滑的水平桌面，一椭圆形导体框平放在 桌面上使导体框从左边进入磁场，从右边穿出磁场下列说法正确的是( ) 图 3 A导体框进入磁场过程中，感应电流的方向为顺时针方向 B导体框离开磁场过程中，感应电流的方向为顺时针方向 C导体框全部在磁场中运动时，感应电流的方向为顺时针方向 D导体框全部在磁场中运动时，无感应电流产生 答案 BD 解析 根据楞次定律，导体框进入磁场过程中，感应电流的方向为逆时针方向，导体框离开 磁场过程中， 感应电流的方向为顺时针方向， 导体框全部在磁场中运动时， 没有感应电流产生， 故选项 A、C 错误，B、D 正确 5如图 4 所示，一线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平位置，释放后让它在匀强磁场 中运动， 磁场的方向如图所示， 已知线圈平面始终与纸面垂直， 当线圈第一次通过位置、 、 时(位置正好是细杆竖直时线圈所处的位置)，线圈内的感应电流(顺着磁场方向看 去)( ) 图 4 A、位置均是顺时针方向 B、位置均是逆时针方向 C位置是顺时针方向，位置为零，位置是逆时针方向 D位置是逆时针方向，位置为零，位置是顺时针方向 答案 D 解析 线圈由初始位置向位置运动过程中， 沿磁场方向的磁通量逐渐增大， 根据楞次定律， 感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，从右向左穿过线圈，根据安培定则，位置时感应 电流的方向(沿磁感线方向看去)是逆时针方向 ； 在位置时由左向右穿过线圈的磁通量最大， 由位置向位置运动时，向右穿过线圈的磁通量减少，根据楞次定律，感应电流的磁场方 向向右，根据安培定则可判定位置的电流方向(沿磁感线方向看去)是顺时针方向，且位 置时感应电流为零，故 D 正确 6 如图 5 所示， 一圆形金属线圈放置在水平桌面上， 匀强磁场垂直桌面竖直向下， 过线圈上A 点作切线OO，OO与线圈在同一平面上在线圈以OO为轴翻转 180°的过程中，线圈中 电流方向( ) 图 5 A始终为ABCA B始终为ACBA C先为ACBA再为ABCA D先为ABCA再为ACBA 答案 A 解析 在线圈以OO为轴翻转 090°的过程中，穿过线圈正面向里的磁通量逐渐减少，由 楞次定律可知感应电流方向为ABCA； 线圈以OO为轴翻转 90°180°的过程中，穿 过线圈反面向里的磁通量逐渐增加，由楞次定律可知感应电流方向仍然为ABCA，A 正 确 7长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动，如图 6 甲所示长直导线中通以大 小和方向都随时间做周期性变化的电流，It图象如图乙所示规定沿长直导线方向向上的 电流为正方向关于 0T时间内矩形线框中感应电流的方向，下列说法正确的是( ) 图 6 A由顺时针方向变为逆时针方向 B由逆时针方向变为顺时针方向 C由顺时针方向变为逆时针方向，再变为顺时针方向 D由逆时针方向变为顺时针方向，再变为逆时针方向 答案 D 解析 0 时间内，直导线中向上的电流增大，通过线框中的磁通量增大，线框中产生逆时 T 4 针方向的感应电流. 时间内，直导线中向上的电流减小，通过线框中的磁通量减少，线框 T 4 T 2 中产生顺时针方向的感应电流 ； 同样判断出 T时间内、TT时间内的感应电流方向分别 T 2 3 4 3 4 为顺时针和逆时针，故选 D. 8 如图 7 所示， 两条互相平行的导线M、N中通有大小相等、 方向相同的电流， 矩形导线框abcd 和两条导线在同一平面内且ad边与导线M平行， 线框沿着与两导线垂直的方向自右向左在两 导线间匀速移动，则在移动过程中，线框中的感应电流的方向为( ) 图 7 A先顺时针后逆时针 B先逆时针后顺时针 C一直是逆时针 D一直是顺时针 答案 C 9(2018·福州市高二检测)通电长直导线中有恒定电流I，方向竖直向上，矩形线框与直导 线在同一竖直面内，现要使线框中产生如图 8 所示方向的感应电流，则应使线框( ) 图 8 A稍向左平移 B稍向右平移 C稍向上平移 D以直导线为轴匀速转动 答案 B 解析 由楞次定律可知，线框左移，磁通量增加，感应电流的方向与题图所示方向相反；选 项 C、D 磁通量不变，无感应电流产生故选项 B 正确 考点三 右手定则的应用 10 如图 9 所示，CDEF是一个矩形金属框， 当导体棒AB向右移动时， 回路中会产生感应电流， 则下列说法中正确的是( ) 图 9 A导体棒中的电流方向由BA B电流表 A1中的电流方向由FE C电流表 A1中的电流方向由EF D电流表 A2中的电流方向由DC 答案 B 解析 根据右手定则， 导体棒内部电流方向为A到B， 所以电流表A1中的电流方向由FE， A、 C 错，B 对同理电流表 A2中的电流方向由CD，D 错 11如图 10 所示，匀强磁场与圆形导体环所在平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右 匀速运动时( ) 图 10 A圆环中磁通量不变，环上无感应电流产生 B整个环中有顺时针方向的电流 C整个环中有逆时针方向的电流 D环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流 答案 D 解析由右手定则知ef上的感应电流由ef，故右侧的电流方向为逆时针，左侧的电流方 向为顺时针，选 D. 12.如图 11 所示，MN、PQ为同一水平面的两平行光滑导轨，导轨间有垂直于导轨平面的磁场 (图中未画出)， 导体ab、cd与导轨有良好的接触并能自由滑动， 当导体ab沿导轨向右滑动时， 则( ) 图 11 Acd向右滑 Bcd不动 Ccd向左滑D无法确定 答案 A 13(2017·盐城市高二第二学期期末)1831 年，法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发 电机，它是利用电磁感应的原理制成的，是人类历史上的第一台发电机图示是这个圆盘发 电机的示意图：铜盘安装在水平的铜轴上，铜片甲、乙分别与转动轴、铜盘边缘接触下列 四幅图中的图 A、B 中磁场方向与铜盘平行；图 C、D 中磁场方向与铜盘垂直，C 图中磁场区 域仅在甲、丙之间，D 图中磁场区域仅在甲、乙之间从右向左看铜盘以相同的角速度逆时 针方向转动，电阻R上有电流且方向沿纸面向上的是( ) 答案 D 解析 A、B 图中圆盘与磁场方向平行不切割磁感线，故没有感应电流产生，A、B 错误 ； C 图中， 从右向左看，铜盘逆时针转动时，由右手定则可知，铜盘内感应电流的方向由乙流向甲，所 以电阻R上的电流方向沿纸面向下，C 错误D 图中，根据右手定则可知，铜盘内感应电流的 方向从甲到乙，流经R的电流方向沿纸面向上，D 正确 14(多选)如图 12 所示，导体棒AB、CD可在水平光滑轨道上自由滑动，下列说法正确的是 ( ) 图 12 A将导体棒CD固定，当导体棒AB向左移动时，AB中感应电流的方向为A到B B将导体棒CD固定，当AB向右移动时，AB中感应电流的方向为A到B C将导体棒AB固定，当CD向左移动时，AB中感应电流的方向为A到B D将导体棒AB固定，当CD向右移动时，AB中感应电流的方向为A到B 答案 AC 解析 由右手定则可判断， 将导体棒CD固定， 当AB向左运动时，AB中感应电流方向为AB； 当AB向右运动时，AB中感应电流方向为BA，A 正确，B 错误 ； 将导体棒AB固定，当CD向 左运动时，CD中的感应电流方向为CD，AB中的感应电流方向为AB； 当CD向右移动时，AB 中感应电流方向为BA，C 正确，D 错误