2024年高中物理第2章第1節(jié)感應(yīng)電流的方向講義含解析魯科版選修3-2

PAGEPAGE10感應(yīng)電流的方向1．探究感應(yīng)電流的方向(1)試驗探究甲將螺線管與電流計組成閉合回路，分別將條形磁鐵的N極、S極插入、抽出線圈，如圖甲所示，記錄感應(yīng)電流方向如圖乙所示。乙(2)試驗記錄圖號磁場方向感應(yīng)電流方向(俯視)感應(yīng)電流的磁場方向歸納總結(jié)a向下逆時針向上感應(yīng)電流的磁場阻礙磁通量的增加b向上順時針向下c向下順時針向下感應(yīng)電流的磁場阻礙磁通量的削減d向上逆時針向上(3)試驗結(jié)論①當(dāng)穿過線圈的磁通量增加時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相反；②當(dāng)穿過線圈的磁通量削減時，感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相同。若將產(chǎn)生感應(yīng)電流的線圈等效為條形磁鐵，可以依據(jù)什么來推斷感應(yīng)電流的磁場對原條形磁鐵的作用狀況？解析：可以依據(jù)“同名磁極相斥，異名磁極相吸”來推斷。2．楞次定律感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變更。3．右手定則(1)運用方法：伸開右手，讓拇指與其余四指在同一個平面內(nèi)，使拇指與并攏的四指垂直；讓磁感線垂直穿入手心，使拇指指向?qū)w運動的方向，其余四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向。(2)適用范圍：適用于閉合電路部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的狀況。1．感應(yīng)電流的磁場肯定阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變更(√)2．感應(yīng)電流的磁場肯定與引起感應(yīng)電流的磁場反向(×)3．楞次定律可以推斷不閉合回路中感應(yīng)電動勢的方向(√)解析：1.依據(jù)楞次定律可知，1正確。2．可能反向也可能同向，2錯誤。3．楞次定律可以推斷閉合回路中感應(yīng)電動勢的方向，也可以推斷不閉合回路中感應(yīng)電動勢的方向，3正確。1．因果關(guān)系楞次定律反映了電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的因果關(guān)系，磁通量發(fā)生變更是緣由，產(chǎn)生感應(yīng)電流是結(jié)果，緣由產(chǎn)生結(jié)果，結(jié)果反過來影響緣由。2．“阻礙”的理解3．“阻礙”的表現(xiàn)從能量守恒定律的角度，楞次定律可廣義地表述為：感應(yīng)電流的“效果”總是要抗拒(或阻礙)引起感應(yīng)電流的緣由。常見的狀況有三種：(1)阻礙原磁通量的變更(增反減同)。(2)阻礙導(dǎo)體的相對運動(來拒去留)。(3)通過變更線圈面積來“抗拒”(增縮減擴)。4．應(yīng)用楞次定律解題的一般步驟eq\x(\a\al(明確所探討的閉合,回路和原磁場方向))→eq\x(\a\al(推斷閉合回路內(nèi)原,磁場的磁通量變更))→eq\x(由楞次定律推斷感應(yīng)電流的磁場方向)→eq\x(由安培定則依據(jù)感應(yīng)電流的磁場方向推斷出感應(yīng)電流方向)[典例1]如圖所示，在磁感應(yīng)強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中，有一質(zhì)量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質(zhì)細桿懸掛在O點，并可繞O點搖擺。金屬線框從右側(cè)某一位置由靜止起先釋放，在搖擺到左側(cè)最高點的過程中，細桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面。則線框中感應(yīng)電流的方向是()A．a(chǎn)→b→c→d→aB．d→c→b→a→dC．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d[思路探究](1)明確原磁場方向和穿過回路的磁通量的變更狀況。(2)依據(jù)楞次定律推斷感應(yīng)電流的方向。[解析]一起先由下向上的磁通量在削減，由楞次定律可知感應(yīng)電流方向是d→c→b→a→d；越過豎直位置后，反向穿過的磁通量增加，由楞次定律可知，感應(yīng)電流方向不變，B正確。[答案]B[總結(jié)提能]對阻礙的三點理解(1)阻礙不是阻擋，最終引起感應(yīng)電流的磁通量還是發(fā)生了變更，是“阻而未止”。(2)阻礙不是相反。當(dāng)引起感應(yīng)電流的磁通量增大時，感應(yīng)電流的磁場方向與引起感應(yīng)電流的磁通量方向相反；當(dāng)引起感應(yīng)電流的磁通量削減時，感應(yīng)電流的磁場方向與引起感應(yīng)電流的磁通量方向相同。(3)涉及相對運動時，阻礙的是導(dǎo)體與磁體的相對運動，而不是阻礙導(dǎo)體或磁體的運動。1．如圖所示，一水平放置的矩形線圈abcd，在瘦長的磁鐵的N極旁邊豎直下落，保持bc邊在紙外，ad邊在紙內(nèi)，從圖中的位置Ⅰ經(jīng)過位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近Ⅱ。在這個過程中，繞圈中感應(yīng)電流()A．沿abcd流淌B．沿dcba流淌C．由Ⅰ到Ⅱ是沿abcd流淌，由Ⅱ到Ⅲ是沿dcba流淌D．由Ⅰ到Ⅱ是沿dcba流淌，由Ⅱ到Ⅲ是沿abcd流淌解析：選A由條形磁鐵的磁場可知，線圈在位置Ⅱ時穿過閉合線圈的磁通量為零，線圈從位置Ⅰ到位置Ⅱ，從下向上穿過線圈的磁通量在削減，依據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向是abcd；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，依據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向仍為abcd，A正確，B、C、D錯誤。規(guī)律比較內(nèi)容楞次定律右手定則區(qū)分探討對象整個閉合回路閉合回路的一部分，即做切割磁感線運動的導(dǎo)體適用范圍各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象只適用于導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運動的狀況應(yīng)用用于磁感應(yīng)強度B隨時間變更而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象較便利用于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象較便利聯(lián)系右手定則是楞次定律的特例[典例2]在如圖所示電路中，A、B兩個線圈繞在同一個閉合鐵芯上，線圈B與電流表G組成一閉合電路，線圈A的兩端分別與平行的金屬導(dǎo)軌P、Q相連，P、Q處在勻強磁場中，磁場方向與導(dǎo)軌面垂直。試分析推斷：當(dāng)導(dǎo)體棒ab在平行導(dǎo)軌P、Q上向左做(1)勻速、(2)勻加速、(3)勻減速滑動時，是否有電流通過電流表？若有電流通過，其方向如何？[思路探究]eq\x(右手定則判定電動勢方向)→eq\x(安培定則判定A的磁場)→eq\x(楞次定律判定?中有無電流及其方向)[解析]導(dǎo)體棒ab向左切割磁感線運動時，將產(chǎn)生由a到b的感應(yīng)電流，感應(yīng)電流通過線圈A時，鐵芯中有順時針方向的磁場，這個磁場既穿過線圈A，又穿過線圈B。(1)當(dāng)ab向左做勻速運動時，感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流都不變。穿過線圈B的磁通量不發(fā)生變更，線圈B中不會產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，所以沒有感應(yīng)電流通過電流表。(2)當(dāng)ab向左做勻加速運動時，速度不斷增大，感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流隨著v增大而增大，穿過線圈B的磁通量也增大，線圈B中將產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象，依據(jù)楞次定律，線圈B中感應(yīng)電流的磁場方向應(yīng)朝上，阻礙磁通量增大；運用安培定則，線圈B中的電流將由d到c通過電流表G。(3)當(dāng)ab向左做勻減速運動時，通過電流表G的感應(yīng)電流方向是由c到d。[答案](1)沒有(2)感應(yīng)電流由d到c通過電流表G(3)感應(yīng)電流由c到d通過電流表G2．如圖所示，當(dāng)圓環(huán)向右運動時acb、adb、elf中有電流的是________________，它們的方向分別為______________，a、b兩點相比較________點電勢高。解析：當(dāng)圓環(huán)向右運動時，acb、adb同時向右做切割磁感線運動，這種切割方式等效于在a、b間連兩條直導(dǎo)線。由右手定則可知，感應(yīng)電流的方向是b→c→a→e→l→f→b和b→d→a→e→l→f→b，相當(dāng)于acb、adb兩個相同電源并聯(lián)，外電路是線圈elf，即圓環(huán)相當(dāng)于電流由b→a的電源，故a點電勢高。答案：acb、adb、elfb→c→a、b→d→a、e→l→fa1．電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，感應(yīng)電流的能量(電能)不能無中生有，只能從其他形式的能量轉(zhuǎn)化過來。如圖所示，當(dāng)條形磁鐵靠近線圈時，線圈中產(chǎn)生圖示方向的電流，而這個感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場對條形磁鐵產(chǎn)生斥力，阻礙條形磁鐵的靠近，必需有外力克服這個斥力做功，它才能移近線圈；當(dāng)條形磁鐵離開線圈時，感應(yīng)電流方向與圖中所示方向相反，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場對磁鐵產(chǎn)生引力，阻礙條形磁鐵的離開。這里外力做功的過程就是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程。2．電磁感應(yīng)中的能量守恒“阻礙”的結(jié)果，是實現(xiàn)了其他形式的能向電能轉(zhuǎn)化，假如沒有“阻礙”，將違反能量守恒定律，可以得出總能量增加的錯誤結(jié)論。所以楞次定律體現(xiàn)了在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能的轉(zhuǎn)化與守恒，能量守恒定律也要求感應(yīng)電流的方向聽從楞次定律。[典例3]如圖所示，邊長為L的正方形導(dǎo)線框質(zhì)量為m，由距磁場H高處自由下落，其下邊ab進入勻強磁場后，線圈起先做減速運動，直到其上邊cd剛剛穿出磁場時，速度減為ab邊進入磁場時的一半，磁場的寬度也為L，則線框穿過勻強磁場過程中產(chǎn)生的焦耳熱為()A．2mgLB．2mgL＋mgHC．2mgL＋eq\f(3,4)mgHD．2mgL＋eq\f(1,4)mgH[思路探究](1)明確線圈進入磁場時和穿出磁場時速度關(guān)系。(2)對線圈整個過程運用能量守恒求解。[解析]正方形導(dǎo)線框由距磁場H高處自由下落到磁場上邊緣時速度為v＝eq\r(2gH)，進入磁場后，磁通量變更有感應(yīng)電流產(chǎn)生，受到磁場對電流向上的安培力作用，安培力對線框做負功，使機械能轉(zhuǎn)化為電能，從而產(chǎn)生焦耳熱，Q＝ΔE機＝mg(H＋2L)－eq\f(1,2)meq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(v,2)))2＝2mgL＋eq\f(3,4)mgH，C正確。[答案]C3．電阻為R的矩形線圈abcd，邊長ab＝L、ad＝h，質(zhì)量為m，自某一高度自由下落，通過一勻強磁場。磁場的方向垂直紙面對里，磁場區(qū)域的寬度為h，如圖所示。假如線圈恰好以恒定速度通過磁場，問線圈中產(chǎn)生的焦耳熱等于多少？(重力加速度為g)解析：本題可用Q＝I2Rt來求解，但較困難。采納能量守恒的方法來解，則很簡捷，線圈勻速通過磁場時，線圈的重力勢能的削減量應(yīng)等于線圈產(chǎn)生的焦耳熱，所以Q＝2mgh答案：2mgh思想方法楞次定律推論的應(yīng)用1．楞次定律的推論對楞次定律中“阻礙”的含義可以推廣為“感應(yīng)電流的效果總是阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的緣由”，概括如下：(1)當(dāng)回路的磁通量發(fā)生變更時，感應(yīng)電流的效果就是阻礙原磁通量的變更，即“增反減同”。(2)當(dāng)出現(xiàn)引起磁通量變更的相對運動時，感應(yīng)電流的效果就是阻礙(導(dǎo)體間的)相對運動，即“來拒去留”。(3)當(dāng)回路可以形變時，感應(yīng)電流可以使線圈面積有擴大或縮小的趨勢，即“增縮減擴”。(4)當(dāng)回路磁通量變更由自身電流變更引起時，感應(yīng)電流的效果是阻礙原電流的變更(自感現(xiàn)象)，即“增反減同”。2．應(yīng)用原則當(dāng)不涉及感應(yīng)電流方向的判定時，用楞次定律的上述推論解題更快捷簡便。[典例][多選]如圖所示，光滑固定的金屬導(dǎo)軌M、N水平放置，兩根導(dǎo)體棒P、Q平行放置在導(dǎo)軌上，形成一個閉合回路，一條形磁鐵從高處下落接近回路時()A．P、Q將相互靠攏B．P、Q將相互遠離C．磁鐵的加速度仍為gD．磁鐵的加速度小于g[解析]依據(jù)楞次定律的推論(2)“來拒去留”，當(dāng)條形磁鐵靠近回路時，必受到回路賜予的向上的斥力，因而磁鐵的加速度小于g；(3)“增縮減擴”，當(dāng)條形磁鐵靠近回路時，穿過回路的磁通量增加，回路中的感應(yīng)電流受條形磁鐵磁場的作用力必定有使回路面積減小的趨勢，以阻礙磁通量的增加，故P、Q相互靠攏，A、D正確。[答案]AD[點評]利用楞次定律的推論解題優(yōu)點是簡潔快速，但要正確區(qū)分涉及的兩個磁場(即引起感應(yīng)電流的原磁場及感應(yīng)電流的磁場)或兩個電流(產(chǎn)生原磁場的原電流及感應(yīng)電流)，涉及導(dǎo)體間相對運動時用“來拒去留”；涉及磁通量變更及原電流變更時用“增反減同”。[變式訓(xùn)練]如圖所示，勻稱帶正電的絕緣圓環(huán)a與金屬圓環(huán)b同心共面放置，當(dāng)a繞O點在其所在平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，b中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，且具有收縮趨勢，由此可知，圓環(huán)a沿()A．順時針加速旋轉(zhuǎn)B．順時針減速旋轉(zhuǎn)C．逆時針加速旋轉(zhuǎn)D．逆時針減速旋轉(zhuǎn)解析：選B據(jù)楞次定律的推論“增反減同”，b環(huán)中產(chǎn)生順時針方向的感應(yīng)電流，說明a中原電流可能順時針削減，也可能逆時針增加，但b環(huán)有收縮的趨勢，說明a環(huán)中的電流應(yīng)與b環(huán)中的電流同向，同向電流相互吸引，才能使b環(huán)收縮，故a環(huán)中的電流只是順時針削減，因此帶正電的a環(huán)只能沿順時針減速旋轉(zhuǎn)，B正確。1．如圖所示，閉合金屬圓環(huán)沿垂直于磁場方向放置在有界勻強磁場中，將它從勻強磁場中勻速拉出，以下各種說法中正確的是()A．向左拉出和向右拉出時，環(huán)中的感應(yīng)電流方向相反B．向左或向右拉出時，環(huán)中感應(yīng)電流方向都是沿順時針方向C．向左或向右拉出時，環(huán)中感應(yīng)電流方向都是沿逆時針方向D．環(huán)在離開磁場之前，就已經(jīng)有了感應(yīng)電流解析：選B將金屬圓環(huán)不管從哪邊拉出磁場，穿過閉合圓環(huán)的磁通量都要削減，依據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場要阻礙原磁通量的削減，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同，應(yīng)用安培定則可以推斷出感應(yīng)電流的方向是順時針方向，B正確，A、C錯誤；另外在圓環(huán)離開磁場前，穿過圓環(huán)的磁通量沒有變更，該種狀況無感應(yīng)電流，D錯誤。2．導(dǎo)體在磁場中因切割磁感線而產(chǎn)生了感應(yīng)電流，在如圖所示的圖象中，B、v、I方向均正確的是()解析：選D依據(jù)右手定則可知，D項符合條件，D正確。3．某試驗小組用如圖所示的試驗裝置來驗證楞次定律，當(dāng)條形磁鐵自上而下穿過固定的線圈時，通過電流計的感應(yīng)電流方向是()A．自a→G→bB．先a→G→b，后b→G→aC．自b→G→aD．先b→G→a，后a→G→b解析：選B磁鐵磁感線的方向是從上到下，磁鐵穿過的過程中，磁通量向下先增加后削減，由楞次定律推斷知，磁通量向下增加時，感應(yīng)電流的磁場阻礙增加，方向向上，依據(jù)安培定則知感應(yīng)電流的方向為a→G→b；磁通量向下削減時，感應(yīng)電流的磁場應(yīng)當(dāng)向下，感應(yīng)電流方向為b→G→a，B正確。4．如圖所示，光滑平行金屬導(dǎo)軌PP′和QQ′都處于同一水平面內(nèi)，P和Q之間連接一電阻R，整個裝置處于豎直向下的勻強磁場中，現(xiàn)在用一水平向右的力F拉動垂直于導(dǎo)軌放置的導(dǎo)體棒MN，下列關(guān)于導(dǎo)體棒MN中感應(yīng)電流方向和它所受安培力方向的說法中正確的是()①感應(yīng)電流方向為N→M②感應(yīng)電流方向為M→N③安培力方向水平向左④安培力方向水平向右A．①③B．①④C．②③D．②④解析：選A正確應(yīng)用右手定則和左手定則。由右手定則易知，MN中感應(yīng)電流方向為N→M；再由左手定則可判知，MN所受安培力方向垂直于導(dǎo)體棒水平向左；故①、③說法正確，A正確。5．如圖所示為“探討電磁感應(yīng)現(xiàn)象”的試驗裝置。(1)將圖中所缺的導(dǎo)線補接完整(要求滑動變阻器滑片