物理选择性必修 第二册1 楞次定律教课课件ppt

这是一份物理选择性必修 第二册1 楞次定律教课课件ppt，共50页。PPT课件主要包含了必备知识·素养奠基，磁通量，原磁场方向，原磁场的磁通量，磁场方向，磁感线，感应电流，关键能力·素养形成，“阻碍”的理解，课堂回眸等内容，欢迎下载使用。

一、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要阻碍引起感应电流的_______的变化。2.应用楞次定律判断感应电流方向的步骤:(1)明确所研究的闭合电路,判断___________。(2)判断闭合电路内_______________的变化情况。(3)由楞次定律判断感应电流的_________。(4)根据感应电流的磁场方向,由_____定则判断出感应电流的方向。
二、右手定则内容:伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内,让_______从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是_________的方向。
一　楞次定律的理解和应用1.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,原因产生结果,结果反过来影响原因。
3.运用楞次定律判定感应电流方向的方法:
【思考·讨论】如图表示一对同轴螺线管,图中线圈A中的电流方向用“•”和“×”表示,请画出线圈A的磁感线,再分析如果线圈A中的电流增大,则线圈B中的感应电流是什么方向?(科学思维)
提示:A产生的磁场方向如图,如果线圈A中的电流增大,则B中产生的电流的方向上边向里,下边向外。
【典例示范】如图,a、b、c三个上下平行的圆形线圈同轴水平放置,现闭合b线圈中的电键S,则在闭合S的瞬间,由上向下观察(　　)A.a、c线圈中无感应电流B.a、c线圈中的感应电流都沿顺时针方向C.a、c线圈中的感应电流都沿逆时针方向D.a、c线圈中感应电流的方向相反
【解析】选B。闭合S时,b线圈中电流沿逆时针方向,根据安培定则,穿过a线圈的磁场方向向上,磁通量增大,根据楞次定律,感应电流的磁场方向向下,由安培定则判断感应电流为顺时针方向,同理c线圈中的感应电流也为顺时针方向。故B正确,A、C、D错误。
【规律方法】1.楞次定律的一般表述:电磁感应的效果总要阻碍引起电磁感应的原因。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”增缩减扩。(4)阻碍自身电流的变化(自感现象将在后面学习到)。
【素养训练】1.如图所示,磁场中有一导线MN与“ ”形光滑的金属框组成闭合电路,当导线向右运动时,下列说法正确的是(　　)A.电路中有顺时针方向的电流B.电路中有逆时针方向的电流C.导线的N端相当于电源的正极D.电路中无电流产生
【解析】选B。根据右手定则,由题意可知,当导线向右运动时,产生的感应电流方向由N端经过导线到M端,因此有逆时针方向的感应电流,故A错误,B正确; 由上分析可知,电源内部的电流方向由负极到正极,因此N端相当于电源的负极,故C错误;根据感应电流产生的条件可知,电路会产生感应电流,故D错误。
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。
【补偿训练】如图所示,一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管,则电路中(　　)A.始终有自a向b的感应电流流过电流表GB.始终有自b向a的感应电流流过电流表GC.先有a→G→b方向的感应电流,后有b→G→a方向的感应电流D.将不会产生感应电流
【解析】选C。条形磁铁内部磁场的方向是从S极指向N极,可知条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管的过程中磁场的方向都是向右的,当条形磁铁进入螺线管的时候,闭合线圈中的磁通量增加;当条形磁铁穿出螺线管时,闭合线圈中的磁通量减少,根据楞次定律判断条形磁铁进入和穿出螺线管的过程中,感应电流的磁场分别是向左和向右的,再由安培定则可以判断出,先有a→G→b方向的感应电流,后有b→G→a方向的感应电流,选项C正确,A、B、D错误。
二　楞次定律、右手定则、左手定则的对比1.楞次定律与右手定则的比较:
2.右手定则、右手螺旋定则(安培定则)和左手定则的区别:(1)右手定则判断的是导体切割磁感线时产生的感应电动势方向与磁场方向、导体运动方向三者之间的关系,应用时右手呈伸直状。(2)右手螺旋定则(安培定则)判断的是电流方向与它产生的磁场方向之间的关系,右手必须呈螺旋状,对直电流和环形电流大拇指和四指所代表的对象不一样。(3)左手定则判断的是磁场对电流的安培力方向或对带电粒子的洛伦兹力方向与磁场方向、电流或带电粒子运动方向之间的关系,应用时左手呈伸直状。
【典例示范】如图所示,平行导体滑轨MM′、NN′放置于同一水平面上,固定在竖直向下的匀强磁场中,导体棒AB、CD横放在滑轨上且静止,形成一个闭合电路。当AB向右滑动的瞬间,电路中感应电流的方向及CD受到的安培力方向分别为(　　)A.电流方向沿ABCD,安培力方向向右B.电流方向沿ADCB,安培力方向向右C.电流方向沿ABCD,安培力方向向左D.电流方向沿ADCB,安培力方向向左　
【解析】选B。由右手定则可知,当AB向右运动时电流由B到A,故电流方向沿ADCB;则再由左手定则可得CD受力向右,故B正确,A、C、D错误。
【素养训练】1.(2020·全国Ⅲ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。
2.(多选)(2018·全国卷Ⅰ) 如图,两个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈通过开关与电源连接,另一线圈与远处沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针处于静止状态。下列说法正确的是(　　)
A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动B.开关闭合后并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向C.开关闭合后并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向D.开关闭合后并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
【解析】选A、D。开关闭合后的瞬间,根据安培定则可知,两线圈内的磁场方向水平向右。因为线圈内的磁通量增加,根据楞次定律可判断直导线内的电流方向由南到北,再根据安培定则可知直导线内的电流在正上方产生的磁场方向垂直纸面向里,则小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动,故选项A正确;开关闭合后并保持一段时间后,与直导线相连的线圈内磁通量不变,则直导线没有感应电流,故小磁针不动,故选项B、C错误;开关闭合后并保持一段时间再断开后的瞬间,与直导线相连的线圈内磁通量减少,根据楞次定律可判断直导线内的电流方向由北到南,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,故选项D正确。
【补偿训练】1.如图所示电路,若将滑动变阻器滑片向上移动,则a、b环中感应电流的方向是 (　　)A.a环顺时针,b环顺时针B.a环顺时针,b环逆时针C.a环逆时针,b环顺时针D.a环逆时针,b环逆时针
【解析】选C。电路中电流的方向为逆时针方向,由安培定则可知,在a处的磁场方向向外,在b处的磁场的方向向里;当滑动变阻器滑片向上移动时,接入电路中的电阻值增大,所以电路中的电流减小,则向外穿过a的磁通量减小,由楞次定律可知,a环产生的感应电流的方向为逆时针方向;同时向里穿过b的磁通量也减小,由楞次定律可知,b环产生的感应电流的方向为顺时针方向。故A、B、D错误,C正确。
2.四根同样光滑的细铝杆a、b、c、d放在同一水平桌面上,其中c、d固定,a、b静止地放在c、d杆上,接触良好,O点为回路中心,如图所示,当条形磁铁的一端从O点正上方迅速插向回路时,a、b两杆将(　　)A.保持不动B.分别远离O点C.分别向O点靠近D.因不知磁极的极性,故无法判断
【解析】选C。可以假设磁铁的下端为N极,当条形磁铁插入导轨之间时,穿过导轨的磁通量增大,根据楞次定律判断出导轨中产生感应电流的方向,再依据左手定则判断出磁铁的磁场对感应电流的安培力作用,从而得出两棒的运动情况;然后再假设磁铁的下端为S极用同样的方法判断。本题也可灵活应用楞次定律的一般表述判断。
【拓展例题】考查内容:楞次定律与能量守恒【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d0≪L。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a→b→c→d→aB.金属线框离开磁场时感应电流的方向为a→d→c→b→aC.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,dc边切割磁感线,由楞次定律可判断,感应电流的方向为a→d→c→b→a;当线框离开磁场时,同理可判断其感应电流的方向为a→b→c→d→a,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。
1.如图,通有恒定电流的固定直导线右侧有一矩形线圈,导线与线圈置于同一光滑水平面。若增大导线中的电流强度,线圈将(　　)A.保持静止　　　　　 B.发生转动C.向左平移D.向右平移
【解析】选D。当导线中电流强度增大,导线产生的磁场增强,使得穿过线圈的磁通量增大,从而产生感应电流阻碍磁通量的增大,由楞次定律可知,线圈向右运动时可以阻碍磁通量的增大。故D正确,A、B、C错误。
2.如图所示,弹簧上端固定,下端悬挂一个磁铁。如果在磁铁的下端的水平桌面上放一个固定的闭合线圈,并使磁铁上下振动。磁铁在向下运动的过程中,说法正确的是(　　)A.线圈给磁铁的磁场力始终向上B.线圈给磁铁的磁场力先向上再向下C.线圈给磁铁的磁场力始终向下D.线圈给磁铁的磁场力先向下再向上
【解析】选A。根据楞次定律的“来拒去留”,则当磁铁在向下运动的过程中,线圈产生感应电流,形成感应磁场,从而阻碍磁铁的向下运动,则线圈给它的磁场力始终向上,故A正确,B、C、D错误。
【补偿训练】如图所示,紧绕有闭合线圈的绝缘圆筒放在电子秤上,某同学将一条形磁铁竖直向下先加速后减速插入圆筒。插入磁铁过程中,电子秤的示数(　　)A.比插入磁铁前电子秤的示数大B.比插入磁铁前电子秤的示数小C.加速插入时比插入磁铁前电子秤的示数大,减速插入时比插入磁铁前电子秤的示数小D.加速插入时比插入磁铁前电子秤的示数小,减速插入时比插入磁铁前电子秤的示数大
【解析】选A。不论磁铁的哪一极向下插入,穿过线圈的磁通量均增加,根据楞次定律可知,线圈都将阻碍磁铁相对于线圈的运动,所以线圈受到向下的磁场力的作用,则线圈对下面的电子秤的压力增大,与磁场加速或减速无关,故A正确,B、C、D错误。
3.现代汽车中有一种防抱死系统(简称ABS),该系统有一个自动检测车速的装置,用来控制车轮的转动,其原理如图所示:铁质齿轮P与车轮同步转动,右侧紧靠有一个绕有线圈的条形磁体,磁体的左端是S极,右端是N极,M是一个电流检测器。当车轮带动齿轮转动时,这时由于铁齿靠近或离开线圈时,使穿过线圈的磁通量发生变化,导致线圈中产生了感应电流。这个脉冲电流信号经放大后去控制制动机构,可有效地防止车轮制动时被抱死。在齿A从图中所示位置顺时针转到虚线位置过程中,M中的感应电流方向为(　　)
A.一直从右向左　　　　　　　 B.一直从左向右C.先从右向左,后从左向右 D.先从左向右,后从右向左
【解析】选D。铁齿靠近线圈时被磁化,产生的磁场方向从右向左,齿轮P从图示位置按顺时针方向转动的过程中,先是A下面的铁齿离开,通过线圈的磁通量先减小,接着A齿靠近,通过线圈的磁通量增加。根据楞次定律,线圈中感应电流的磁场先向左后向右,根据右手螺旋定则判断出感应电流的方向,所以通过M的感应电流的方向先从左向右,然后从右向左。故D正确,A、B、C错误。
4.如图所示,水平放置的条形磁铁中央,有一闭合金属弹性圆环,条形磁铁中心线与圆环的轴线重合。现将圆环沿半径向外均匀扩大,则(　　)A.穿过圆环的磁通量增大B.圆环中无感应电流C.从左往右看,圆环中产生顺时针方向的感应电流D.圆环受到磁铁的作用力沿半径向外
【解析】选C。磁感线是闭合曲线,磁铁内部穿过线圈的磁感线条数等于外部所有磁感线的总和,图中内部磁感线比外部多。外部的磁感线与内部的磁感线方向相反,外部的磁感线被内部抵消。现将弹性圆环均匀向外扩大,则磁铁外部磁感线条数多,将内部磁感线抵消多,导致磁通量变小,故A错误;由A选项分析,可知,磁通量变小,则由楞次定律得,从左往右看,产生顺时针方向的感应电流,故B错误,C正确;产生顺时针感应电流,在外部磁感线的作用下,根据左手定则可知,弹性圆环受到的安培力方向沿半径向内,故D错误。
【新思维·新考向】情境:某电子天平原理如图所示,E形磁铁的两侧为N极,中心为S极,两极间的磁感应强度大小均为B,磁极宽度均为L,忽略边缘效应。一正方形线圈套于中心磁极,其骨架与秤盘连为一体,线圈两端C、D与外电路连接。当质量为m的重物放在秤盘上时,弹簧被压缩,秤盘和线圈一起向下运动(骨架与磁极不接触),随后外电路对线圈供电,秤盘和线圈恢复到未放重物时的位置并静止,由此时对应的供电电流I可确定重物的质量。
问题:已知线圈匝数为n,线圈电阻为R,重力加速度为g。问:(1)线圈向下运动过程中,线圈中感应电流是从C端还是从D端流出?(2)供电电流I是从C端还是从D端流入?求重物质量与电流的关系。(3)若线圈消耗的最大功率为P,该电子天平能称量的最大质量是多少?
【解析】(1)E形磁铁的两侧为N极,中心为S极,线圈向下运动时,由右手定则可以判断出感应电流的方向是逆时针方向(从上向下看),电流由C端流出,D端流入。(2)秤盘和线圈向上恢复到未放重物时的位置并静止,说明安培力的方向向上,由左手定则即可判断出电流的方向是逆时针方向(从上向下看),电流由C端流出,由D端流入。两极间的磁感应强度大小均为B,磁极宽度均为L,线圈匝数为n,左右两侧受力相等,得:mg=2n·BIL,即为: