高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第二册第1节 科学探究:感应电流的方向优秀第2课时学案及答案

第1节　科学探究：感应电流的方向(第2课时)

学习目标：1.[科学思维]理解楞次定律的内容，能运用楞次定律判断感应电流的方向。　2.[科学态度与责任]理解楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。　3.[科学思维]掌握右手定则，并理解右手定则的实质。

阅读本节教材，回答第29页“问题”并梳理必要知识点。

教材P29问题提示：感应电流的方向与引起感应电流的磁场方向及磁通量的变化有关，可用楞次定律或右手定则判断感应电流的方向。

一、楞次定律

1．实验现象分析

将螺线管与电流表组成闭合回路，分别将条形磁铁的任一极插入、抽出螺线管，如图所示，记录感应电流方向。

　(a)　　　　　　　　　　(b)

2.实验结论

当穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当穿过螺线管的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同。

3．楞次定律

感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

二、右手定则

1．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个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向，如图所示。

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。

1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)

(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)楞次定律表明感应电流的效果总是与引起感应电流的原因相对抗。

   (√)

(3)右手定则只适用于闭合电路中的部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。  (√)

(4)使用右手定则时必须让磁感线垂直穿过掌心。  (×)

(5)任何感应电流方向的判断既可使用楞次定律，又可使用右手定则。

   (×)

2．根据楞次定律可知感应电流的磁场一定(　　)

A．阻碍引起感应电流的磁通量

B．与引起感应电流的磁场反向

C．阻碍引起感应电流的磁通量的变化

D．与引起感应电流的磁场方向相同

C　[感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化，而不是阻碍磁通量，它和引起感应电流的磁场可以同向，也可以反向。]

3．(多选)两根相互平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中，与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以在导轨上自由滑动，当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法正确的是(　　)

A．导体棒CD内有电流通过，方向是D→C

B．导体棒CD内有电流通过，方向是C→D

C．磁场对导体棒CD的作用力向左

D．磁场对导体棒CD的作用力向右

BD　[AB棒向右运动时，由右手定则知，感应电流的方向由B→A，故在CD中电流由C→D，A错，B对；再由左手定则判CD所受安培力为向右，C错，D对。]

(教师用书独具)教材P31“迷你实验室”答案提示：强磁体通过铝管时，会产生感应电流，感应电流的磁场阻碍强磁体的下落。

1．因果关系

闭合导体回路中原磁通量的变化是产生感应电流的原因，而感应电流的磁场的产生是感应电流存在的结果，即只有当闭合导体回路中的磁通量发生变化时，才会有感应电流的磁场出现。

2．楞次定律中“阻碍”的含义

3．“阻碍”的表现

从能量守恒定律的角度，楞次定律可广义地表述为：感应电流的“效果”总是要反抗(或阻碍)引起感应电流的原因。常见的情况有三种：

(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．楞次定律的实质

“阻碍”的结果，是实现了其他形式的能向电能转化，如果没有“阻碍”，将违背能量守恒定律，可以得出总能量增加的错误结论。所以楞次定律体现了在电磁感应现象中能的转化与守恒，能量守恒定律也要求感应电流的方向服从楞次定律。

【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．闭合电路的一部分导体在磁场中运动时，必受磁场阻碍作用

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

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，选项A正确；闭合电路的一部分导体在磁场中平行磁感线运动时，不受磁场阻碍作用，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；当原磁场增强时感应电流的磁场跟原磁场反向，当原磁场减弱时感应电流的磁场跟原磁场同向，选项D错误。]

对阻碍的三点理解

(1)阻碍不是阻止，最终引起感应电流的磁通量还是发生了变化，是“阻而未止”。

(2)阻碍不是相反。当引起感应电流的磁通量增大时，感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相反；当引起感应电流的磁通量减少时，感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相同。

(3)涉及相对运动时，阻碍的是导体与磁体的相对运动，而不是阻碍导体或磁体的运动。

1．关于感应电流，以下说法中正确的是(　　)

A．感应电流的方向总是与原电流的方向相反

B．感应电流的方向总是与原电流的方向相同

C．感应电流的磁场总是阻碍闭合电路内原磁场的磁通量的变化

D．感应电流的磁场总是与原线圈内的磁场方向相反

C　[由楞次定律可知，感应电流的磁场总是阻碍闭合电路内部原磁场的磁通量的变化，故C正确；如果原磁场中的磁通量是增大的，则感应电流的磁场方向就与它相反，来阻碍它的增大，如果原磁场中的磁通量是减小的，则感应电流的磁场方向就与它相同，来阻碍它的减小，故A、B、D错误。]

1．楞次定律应用四步曲

(1)确定原磁场的方向。

(2)判定产生感应电流的磁通量如何变化(增加还是减少)。

(2)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。

2．磁通量变化比较复杂时可以分段：把磁通量变化分成单调变化的区间来处理。

【例2】　如图所示，一水平放置的矩形线圈abcd，在细长的磁铁的N极附近竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，从图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近Ⅱ。在这个过程中，线圈中感应电流(　　)

A．沿abcd流动

B．沿dcba流动

C．由Ⅰ到Ⅱ是沿abcd流动，由Ⅱ到Ⅲ是沿dcba流动

D．由Ⅰ到Ⅱ是沿dcba流动，由Ⅱ到Ⅲ是沿abcd流动

A　[矩形线圈由位置Ⅰ到位置Ⅱ和由位置Ⅱ到位置Ⅲ两过程中，穿过线圈的磁感线方向相反。由条形磁铁的磁场可知，线圈在位置Ⅱ时穿过闭合线圈的磁通量最少(为零)，线圈从位置Ⅰ到位置Ⅱ，从下向上穿过线圈的磁通量在减少，线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ，从上向下穿过线圈的磁通量在增加，根据楞次定律可知感应电流的方向是abcd，A正确。]

运用楞次定律判定感应电流方向的思路

2．如图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摆动。金属线框从右侧某一位置由静止开始释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面。则线框中感应电流的方向是(　　)

A．a→b→c→d→a

B．d→c→b→a→d

C．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→a

D．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d

B　[一开始由下向上的磁通量在减少，由楞次定律可知感应电流方向是d→c→b→a→d；越过竖直位置后，反向穿过的磁通量增加，由楞次定律可知，感应电流方向不变，B对。]

1．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。

2．楞次定律与右手定则的区别及联系

【例3】　如图所示，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，一圆环形金属线框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

思路点拨：(1)导体棒切割磁感线运动时，可由右手定则确定导体棒中的电流方向。

(2)线圈T内感应电流的方向可由楞次定律判断。

D　[金属杆PQ向右切割磁感线，根据右手定则可知PQRS中感应电流沿逆时针方向；原来T中的磁场方向垂直于纸面向里，闭合回路PQRS中的感应电流产生的磁场方向垂直于纸面向外，使得穿过T的向里的磁通量减小，根据楞次定律可知T中产生顺时针方向的感应电流。综上所述，可知A、B、C项错误，D项正确。]

应用右手定则时的两点注意

(1)右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况，导体和磁场没有相对运动不能应用。

(2)右手定则判定导体切割磁感线产生的感应电动势时，四指的指向是由低电势指向高电势。

3．下列图中表示闭合电路中的一部分导体ab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a→b的是(　　)

A　　　　B　　　　　C　　　　D

A　[题中四图都属于闭合电路的一部分导体切割磁感线，应用右手定则判断可得：A中电流方向为a→b，B中电流方向为b→a，C中电流方向沿a→d→c→b→a，D中电流方向为b→a。故选A。]

1．关于电磁感应现象，下列说法中正确的是(　　)

A．感应电流的磁场总是与原磁场方向相反

B．闭合线圈放在变化的磁场中就一定能产生感应电流

C．闭合线圈放在匀强磁场中做切割磁感线运动时，一定能产生感应电流

D．感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的磁通量的变化

D　[电磁感应现象中，若磁通量减小，则感应电流的磁场与原磁场方向相同，选项A错误；若闭合线圈平面与磁场方向平行，则无论磁场强弱如何变化，穿过线圈的磁通量始终为零，不产生感应电流，选项B错误；若线圈切割磁感线时，穿过线圈的磁通量不发生变化，则不能产生感应电流，选项C错误；只有选项D正确。]

2.(多选)如图所示，当磁铁运动时，流过电阻的电流由A经R到B，则磁铁的运动可能是(　　)

A．向下运动

B．向上运动

C．向左平移

D．以上都不可能

BC　[此题可通过逆向思维应用楞次定律来判定。由感应电流方向A→R→B，应用安培定则知感应电流在线圈内产生的磁场方向应是从上指向下，由楞次定律判断得线圈内磁通量的变化应是向下减小或向上增加，由条形磁铁的磁感线分布知线圈内原磁场是向下的，故应是磁通量减小，即磁铁向上运动或向左、右平移，所以B、C正确。]

3．(多选)如图所示，竖直向下的匀强磁场中，有一个带铜轴的铜盘，用铜刷把盘缘和轴连接，外接一电流表，当铜盘按图示匀速转动，则(　　)

A．Ⓖ中有a→b的电流

B．Ⓖ中有b→a的电流

C．盘面磁通量不变，不产生感应电流

D．有从盘缘向盘中心的电流

BD　[将铜盘看作无数个轴向铜棒组成这些“铜棒”切割磁感线，由右手定则可判定选项B、D正确。]

4．(多选)如图所示，在条形磁铁中央位置的正上方水平固定一铜质圆环。以下判断正确的是(　　)

A．释放圆环，环下落时产生感应电流

B．释放圆环，环下落时无感应电流

C．释放圆环，环下落时环的机械能守恒

D．释放圆环，环下落时环的机械能不守恒

BC　[由条形磁铁磁场分布特点可知，穿过其中央位置正上方的圆环的合磁通量为零。所以，在环下落的过程中磁通量不变，没有感应电流，圆环只受重力作用，则环下落时机械能守恒，故A、D错误，B、C正确。]

5．重为G的线圈系在一个弹簧测力计上，其下方有一通电导线，如图甲所示，导线所通过的电流如图乙所示，它们均在同一平面内，求下列不同时刻弹簧测力计的示数与G的关系。

甲　　　　　　　　　乙

(1)在t1时刻；(2)在t2时刻；　 (3)在t3时刻。

[解析]　(1)在t1时刻穿过线圈的磁通量增加，线圈产生感应电流，由楞次定律和左手定则知，弹簧测力计的示数小于G；

(2)在t2时刻穿过线圈的磁通量不变，线圈不产生感应电流，由力的平衡知，弹簧测力计的示数等于G；

(3)在t3时刻穿过线圈的磁通量减少，线圈产生感应电流，由楞次定律和左手定则知，弹簧测力计的示数大于G。

[答案]　(1)小于G　(2)等于G　(3)大于G