高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊第二章 電磁感應(yīng)1 楞次定律導(dǎo)學(xué)案及答案

這是一份高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第二冊第二章 電磁感應(yīng)1 楞次定律導(dǎo)學(xué)案及答案，共8頁。
素養(yǎng)培優(yōu)課(四)　楞次定律的應(yīng)用培優(yōu)目標(biāo)：1.理解電磁感應(yīng)中的“增反減同”，能利用“增離減靠”法判斷導(dǎo)體受力或運(yùn)動方向?！?/span>2.理解電磁感應(yīng)中的“來拒去留”，能利用“來拒去留”法判斷導(dǎo)體所受安培力的方向?！?/span>3.理解電磁感應(yīng)中的“增縮減擴(kuò)”，能利用“增縮減擴(kuò)”法判斷閉合線圈面積的變化趨勢?！?/span>4.理解安培定則、左手定則、右手定則和楞次定律的區(qū)別，知道它們的適用范圍。“增離減靠”法的應(yīng)用發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時，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)體的相對運(yùn)動，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)離磁場源起到阻礙的作用(“增離”)。2．若原磁通量減小，則通過靠近磁場源起到阻礙的作用(“減靠”)。【例1】　一長直鐵芯上繞有一固定線圈M，鐵芯右端與一木質(zhì)圓柱密接，木質(zhì)圓柱上套有一閉合金屬環(huán)N，N可在木質(zhì)圓柱上無摩擦移動，M連接在如圖所示的電路中，其中R為滑動變阻器，E1和E2為直流電源，S為單刀雙擲開關(guān)，下列情況中，可觀測到N向左運(yùn)動的是(　　)A．在S斷開的情況下，S向a閉合的瞬間B．在S斷開的情況下，S向b閉合的瞬間C．在S已向a閉合的情況下，將R的滑片向c端移動時D．在S已向a閉合的情況下，將R的滑片向d端移動時C　[根據(jù)題意知，圓環(huán)N向左運(yùn)動，根據(jù)“增離減靠”原則知，線圈M上的磁場在減弱，流過M的電流在減小，故C正確。]1．如圖所示，ab是一個可以繞垂直于紙面的軸O轉(zhuǎn)動的閉合矩形導(dǎo)體線圈，在滑動變阻器R的滑片P自左向右滑動過程中，線圈ab將(　　)A．靜止不動B．逆時針轉(zhuǎn)動C．順時針轉(zhuǎn)動D．發(fā)生轉(zhuǎn)動，但因電源的極性不明，無法確定轉(zhuǎn)動的方向C　[當(dāng)P向右滑動時，電路中電阻減小，電流增大，穿過線圈ab的磁通量增大，根據(jù)楞次定律判斷，線圈ab將順時針轉(zhuǎn)動，C正確。]“來拒去留”法的應(yīng)用由于磁場與導(dǎo)體的相對運(yùn)動產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時，產(chǎn)生感應(yīng)電流的導(dǎo)體受到磁場的安培力，這種安培力會“阻礙”相對運(yùn)動，用一句口訣就是“來拒去留”。【例2】　如圖所示，當(dāng)磁鐵突然向銅環(huán)運(yùn)動時，銅環(huán)的運(yùn)動情況是(　　)A．向右運(yùn)動　　 B．向左運(yùn)動C．靜止不動   D．不能判定A　[解法一：阻礙相對運(yùn)動法產(chǎn)生磁場的物體與閉合線圈之間的相互作用力可概括為四個字：“來拒去留”。磁鐵向銅環(huán)運(yùn)動時，銅環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流總是阻礙磁鐵與導(dǎo)體間的相對運(yùn)動，則磁鐵和銅環(huán)間有排斥作用。故A項正確。解法二：電流元受力分析法如圖所示，當(dāng)磁鐵向銅環(huán)運(yùn)動時，穿過銅環(huán)的磁通量增加，由楞次定律判斷出銅環(huán)中感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場的方向相反，即向右，根據(jù)安培定則可判斷出感應(yīng)電流方向，從左側(cè)看為順時針方向，把銅環(huán)的電流等效為多段直線電流元，取上、下兩小段電流元進(jìn)行研究，由左手定則判斷出兩段電流元的受力，由此可判斷整個銅環(huán)所受合力向右。故A項正確。解法三：等效法如圖所示，磁鐵向右運(yùn)動，使銅環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流可等效為條形磁鐵，而兩磁鐵有排斥作用。故A項正確。]2．如圖所示，螺線管cd的導(dǎo)線繞法不明，當(dāng)磁鐵ab插入螺線管時，閉合電路中有圖示方向的感應(yīng)電流產(chǎn)生，下列關(guān)于螺線管磁場極性的判斷，正確的是(　　)A．c端一定是N極B．d端一定是N極C．c端的極性一定與磁鐵b端的極性相同D．因螺線管的繞法不明，故無法判斷極性C　[根據(jù)楞次定律的另一種表述：“感應(yīng)電流的效果總是阻礙引起感應(yīng)電流的原因”，本題中螺線管中產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因是磁鐵ab的下降，為了阻礙該原因，感應(yīng)電流的效果只能使磁鐵與螺線管之間產(chǎn)生相斥的作用，即螺線管的c端一定與磁鐵的b端極性相同，與螺線管的繞法無關(guān)。但因?yàn)榇盆Fab的N、S極性不明，所以螺線管cd的兩端極性也不能明確，所以A、B、D錯誤，C正確。]“增縮減擴(kuò)”法的應(yīng)用當(dāng)閉合電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生時，電路的各部分導(dǎo)線就會受到安培力作用，會使電路的面積有變化(或有變化趨勢)。1．若原磁通量增加，則通過減小有效面積起到阻礙的作用(“增縮”)。2．若原磁通量減小，則通過增大有效面積起到阻礙的作用(“減擴(kuò)”)。【例3】　如圖所示，圓環(huán)形導(dǎo)體線圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一豎直螺線管b，二者軸線重合，螺線管與電源和滑動變阻器連接成如圖所示的電路。若將滑動變阻器的滑片P向上滑動，下面說法中正確的是(　　)A．穿過線圈a的磁通量變大B．線圈a有收縮的趨勢C．線圈a中將產(chǎn)生俯視順時針方向的感應(yīng)電流D．線圈a對水平桌面的壓力FN將增大C　[P向上滑動，回路電阻增大，電流減小，磁場減弱，穿過線圈a的磁通量變小，根據(jù)楞次定律，線圈a的面積有增大趨勢，A、B錯誤；由于線圈a中磁通量減小，根據(jù)楞次定律知線圈a中感應(yīng)電流應(yīng)為俯視順時針方向，C正確；由于線圈a中磁通量減小，根據(jù)楞次定律，線圈a有阻礙磁通量減小的趨勢，可知線圈a對水平桌面的壓力FN減小，D錯誤。]3．如圖所示，在載流直導(dǎo)線旁固定有兩平行光滑導(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，導(dǎo)體ab和cd的運(yùn)動情況是(　　)A．一起向左運(yùn)動B．一起向右運(yùn)動C．ab和cd相向運(yùn)動，相互靠近D．ab和cd相背運(yùn)動，相互遠(yuǎn)離C　[直導(dǎo)線中電流增強(qiáng)時，回路abdc中磁通量增大產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)“增縮減擴(kuò)”原則知，回路abdc的面積減小，即C正確。]“三定則一定律”的綜合應(yīng)用安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的適用情況如下表。比較項目安培定則左手定則右手定則楞次定律適用場合通電導(dǎo)線、圓環(huán)產(chǎn)生磁場時，磁場方向、電流方向關(guān)系通電導(dǎo)線在磁場中所受的安培力方向、電流方向、磁場方向的關(guān)系導(dǎo)體切割磁感線時速度方向、磁場方向、感應(yīng)電流方向的關(guān)系回路中磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電流時，原磁場方向、感應(yīng)電流磁場方向的關(guān)系綜合運(yùn)用這幾個規(guī)律的關(guān)鍵是分清各個規(guī)律的適用情況，不能混淆。【例4】　(多選)如圖所示裝置中，cd桿光滑且原來靜止。當(dāng)ab桿做如下哪些運(yùn)動時，cd桿將向右移動(導(dǎo)體棒切割磁感線速度越大，感應(yīng)電流越大)(　　)A．向右勻速運(yùn)動　　　　B．向右加速運(yùn)動C．向左加速運(yùn)動   D．向左減速運(yùn)動BD　[ab桿向右勻速運(yùn)動，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，在L2中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，所以cd桿不動，故A錯誤；ab桿向右加速運(yùn)動，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，該磁場向下通過L2，由楞次定律，在cd桿上產(chǎn)生c到d的感應(yīng)電流，根據(jù)左手定則，cd桿受到向右的安培力，cd桿將向右運(yùn)動，故B正確；同理可得C錯誤，D正確。]幾個規(guī)律的應(yīng)用中，要抓住各個對應(yīng)的因果關(guān)系：?1?因電而生磁?I→B?→安培定則；?2?因動而生電?v、B→I?→右手定則；?3?因電而受力?I、B→F安?→左手定則；?4?因變而生電?ΔΦ→I?→楞次定律。4.(多選)如圖所示，水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動的金屬棒PQ、MN，MN的左邊有一閉合電路，當(dāng)PQ在外力的作用下運(yùn)動時，MN向右運(yùn)動。則PQ所做的運(yùn)動可能是(　　)A．向右加速運(yùn)動   B．向左加速運(yùn)動C．向右減速運(yùn)動   D．向左減速運(yùn)動BC　[MN向右運(yùn)動，說明MN受到向右的安培力，因?yàn)?/span>ab在MN處的磁場垂直紙面向里MN中的感應(yīng)電流由M→NL1中感應(yīng)電流的磁場方向向上；若L2中磁場方向向上減弱PQ中電流為Q→P且減小向右減速運(yùn)動；若L2中磁場方向向下增強(qiáng)PQ中電流為P→Q且增大向左加速運(yùn)動。]1．如圖所示，絕緣水平面上有兩個離得很近的導(dǎo)體環(huán)a、b。將條形磁鐵沿它們的正中向下移動(不到達(dá)該平面)，a、b的移動情況可能是(　　)A．a、b將相互遠(yuǎn)離B．a、b將相互靠近C．a、b將不動D．無法判斷A　[根據(jù)Φ＝BS，條形磁鐵向下移動過程中B增大，所以穿過每個環(huán)中的磁通量都有增大的趨勢。由于S不可改變，為阻礙磁通量增大，導(dǎo)體環(huán)會盡量遠(yuǎn)離條形磁鐵，所以a、b將相互遠(yuǎn)離。]2．如圖所示，通電螺線管兩側(cè)各懸掛一個小銅環(huán)，銅環(huán)平面與螺線管截面平行。在開關(guān)S接通瞬間，兩銅環(huán)的運(yùn)動情況是(　　)A．同時向兩側(cè)推開B．同時向螺線管靠攏C．一個被推開，一個被吸引，但因電源正負(fù)極未知，無法具體判斷D．同時被推開或同時向螺線管靠攏，因電源正負(fù)極未知，無法具體判斷A　[當(dāng)電路接通瞬間，通電螺線管產(chǎn)生磁場，穿過兩側(cè)銅環(huán)的磁通量都增加，由楞次定律可知，兩環(huán)中感應(yīng)電流的磁場與螺線管中磁場方向相反，即受到螺線管磁場的排斥作用，使兩銅環(huán)分別向外側(cè)移動，選項A正確。]3．如圖所示，一個有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向外，一個矩形閉合導(dǎo)線框abcd，沿紙面由位置甲(左)勻速運(yùn)動到位置乙(右)，則(　　)A．導(dǎo)線框進(jìn)入磁場時，感應(yīng)電流方向?yàn)?/span>a→b→c→d→aB．導(dǎo)線框離開磁場時，感應(yīng)電流方向?yàn)?/span>a→d→c→b→aC．導(dǎo)線框離開磁場時，受到的安培力方向水平向右D．導(dǎo)線框進(jìn)入磁場時，受到的安培力方向水平向左D　[由右手定則可判斷出導(dǎo)線框進(jìn)入磁場時，感應(yīng)電流方向?yàn)?/span>a→d→c→b→a，導(dǎo)線框離開磁場時，感應(yīng)電流方向?yàn)?/span>a→b→c→d→a。由左手定則可判斷導(dǎo)線框進(jìn)入磁場時受到的安培力水平向左，導(dǎo)線框離開磁場時受到的安培力水平向左，因此選項D正確。]4．(多選)如圖所示，光滑固定導(dǎo)軌M、N水平放置，兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放于導(dǎo)軌上，形成一個閉合回路，當(dāng)一條形磁鐵從某高處下落接近回路過程中(不計空氣阻力)(　　)A．P、Q將互相靠攏B．P、Q將互相遠(yuǎn)離C．磁鐵的加速度仍為gD．磁鐵的加速度小于gAD　[從回路面積變化的角度看：當(dāng)磁鐵靠近閉合回路時，磁通量增加，兩導(dǎo)體棒由于受到磁場對其中感應(yīng)電流的力的作用而互相靠攏以阻礙磁通量的增加，故A項正確；從阻礙相對運(yùn)動角度看：磁鐵靠近回路時必受到阻礙其靠近的向上的力的作用，因此磁鐵的加速度小于g，故D項正確。]