2017-2018高中物理 第一章 電磁感應(yīng) 習(xí)題課:楞次定律的應(yīng)用學(xué)案 粵教版選修3-2
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1、習(xí)題課:楞次定律的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)1.應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向.2.理解安培定則、左手定則、右手定則和楞次定律的區(qū)別一、利用“結(jié)論法”判斷感應(yīng)電流的方向1“增反減同”法感應(yīng)電流的磁場,總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量(原磁場磁通量)的變化(1)當(dāng)原磁場磁通量增加時(shí),感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反(2)當(dāng)原磁場磁通量減少時(shí),感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同口訣記為“增反減同”例1如圖1所示,一水平放置的矩形閉合線圈abcd在細(xì)長磁鐵的N極附近豎直下落,保持bc邊在紙外,ad邊在紙內(nèi),由圖中位置經(jīng)過位置到位置,位置和位置都很接近位置,這個(gè)過程中線圈的感應(yīng)電流 ()圖1A沿abcd流動(dòng)B沿dcb
2、a流動(dòng)C先沿abcd流動(dòng),后沿dcba流動(dòng)D先沿dcba流動(dòng),后沿abcd流動(dòng)答案A解析由條形磁鐵的磁場分布可知,線圈在位置時(shí)穿過閉合線圈的磁通量最小為零,線圈從位置到位置,從下向上穿過線圈的磁通量在減少,線圈從位置到位置,從上向下穿過線圈的磁通量在增加,根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向是abcd.2“來拒去留”法由于磁場與導(dǎo)體的相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時(shí),產(chǎn)生的感應(yīng)電流與磁場間有力的作用,這種力的作用會(huì)“阻礙”相對運(yùn)動(dòng)口訣記為“來拒去留”例2如圖2所示,當(dāng)磁鐵突然向銅環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí),銅環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是()圖2A向右擺動(dòng)B向左擺動(dòng)C靜止D無法判定答案A解析當(dāng)磁鐵突然向銅環(huán)運(yùn)動(dòng)時(shí),穿過銅環(huán)的磁通量增加,為
3、阻礙磁通量的增加,銅環(huán)遠(yuǎn)離磁鐵向右運(yùn)動(dòng)3“增縮減擴(kuò)”法就閉合電路的面積而言,收縮或擴(kuò)張是為了阻礙電路原磁通量的變化若穿過閉合電路的磁通量增加,面積有收縮趨勢;若穿過閉合電路的磁通量減少,面積有擴(kuò)張趨勢口訣為“增縮減擴(kuò)”說明:此法只適用于回路中只有一個(gè)方向的磁感線的情況例3如圖3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)軌上有兩個(gè)可自由滑動(dòng)的導(dǎo)體ab和cd.當(dāng)載流直導(dǎo)線中的電流逐漸增大時(shí),導(dǎo)體ab和cd的運(yùn)動(dòng)情況是 ()圖3A一起向左運(yùn)動(dòng)B一起向右運(yùn)動(dòng)Cab和cd相向運(yùn)動(dòng),相互靠近Dab和cd相背運(yùn)動(dòng),相互遠(yuǎn)離答案C解析由于在閉合回路abdc中,ab和
4、cd電流方向相反,所以兩導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向一定相反,排除A、B;當(dāng)載流直導(dǎo)線中的電流逐漸增大時(shí),穿過閉合回路的磁通量增大,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流總是阻礙穿過回路磁通量的變化,所以兩導(dǎo)體相互靠近,減小面積,達(dá)到阻礙磁通量增大的目的故選C.4“增離減靠”法當(dāng)磁場變化且線圈回路可移動(dòng)時(shí),由于磁場增強(qiáng)使得穿過回路的磁通量增加,線圈將通過遠(yuǎn)離磁體來阻礙磁通量增加;反之,由于磁場減弱使線圈中的磁通量減少時(shí),線圈將靠近磁體來阻礙磁通量減少,口訣記為“增離減靠”例4如圖4所示,通電螺線管兩側(cè)各懸掛一個(gè)小銅環(huán),銅環(huán)平面與螺線管截面平行,當(dāng)開關(guān)S接通瞬間,兩銅環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是()圖4A同時(shí)向兩側(cè)推開B同時(shí)向螺線管靠攏C一
5、個(gè)被推開,一個(gè)被吸引,但因電源正負(fù)極未知,無法具體判斷D同時(shí)被推開或同時(shí)向螺線管靠攏,但因電源正負(fù)極未知,無法具體判斷答案A解析開關(guān)S接通瞬間,小銅環(huán)中磁通量從無到有增加,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的磁場要阻礙磁通量的增加,則兩環(huán)將同時(shí)向兩側(cè)運(yùn)動(dòng)故A正確二、“三定則一定律”的綜合應(yīng)用安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的適用場合如下表.比較項(xiàng)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(shí),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、磁場方向三者方向關(guān)系導(dǎo)體切割磁感線時(shí)速度方向、磁場方向、感應(yīng)電流方向三者方向關(guān)系回路中磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電流時(shí)原磁場方向、感
6、應(yīng)電流磁場方向關(guān)系綜合運(yùn)用這幾個(gè)規(guī)律的關(guān)鍵是分清各個(gè)規(guī)律的適用場合,不能混淆例5(多選)如圖5所示,導(dǎo)軌間的磁場方向垂直于紙面向里,當(dāng)導(dǎo)線MN在導(dǎo)軌上向右加速滑動(dòng)時(shí),正對電磁鐵A的圓形金屬環(huán)B中(說明:導(dǎo)體棒切割磁感線速度越大,感應(yīng)電流越大) ()圖5A有感應(yīng)電流,且B被A吸引BMN受到的安培力方向水平向左CMN受到的安培力方向水平向右D有感應(yīng)電流,且B被A排斥答案BD解析MN向右加速滑動(dòng),根據(jù)右手定則,MN中的電流方向從NM,且大小在逐漸變大,根據(jù)左手定則知MN受到的安培力方向水平向左,故B正確,C錯(cuò)誤根據(jù)安培定則知,電磁鐵A的磁場方向向左,且大小逐漸增強(qiáng),根據(jù)楞次定律知,B環(huán)中的感應(yīng)電流產(chǎn)
7、生的磁場方向向右,B被A排斥,D正確,A錯(cuò)誤幾個(gè)規(guī)律的使用中,要抓住各個(gè)對應(yīng)的因果關(guān)系:(1)因電而生磁(IB)安培定則(2)因動(dòng)而生電(v、BI)右手定則(3)因電而受力(I、BF安)左手定則三、能量的角度理解楞次定律感應(yīng)電流的產(chǎn)生并不是創(chuàng)造了能量導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),產(chǎn)生感應(yīng)電流,感應(yīng)電流受到安培力作用,導(dǎo)體克服安培力做功從而實(shí)現(xiàn)其他形式能向電能的轉(zhuǎn)化,所以楞次定律的“阻礙”是能量轉(zhuǎn)化和守恒的體現(xiàn)例6如圖6所示,上下開口、內(nèi)壁光滑的銅管P和塑料管Q豎直放置,小磁塊先后在兩管中從相同高度處由靜止釋放,并落至底部,則小磁塊()圖6A在P和Q中都做自由落體運(yùn)動(dòng)B在兩個(gè)下落過程中的機(jī)械能都守恒C
8、在P中的下落時(shí)間比在Q中的長D落至底部時(shí)在P中的速度比在Q中的大答案C解析小磁塊下落過程中,在銅管P中產(chǎn)生感應(yīng)電流,小磁塊受到向上的磁場力,不做自由落體運(yùn)動(dòng),而在塑料管Q中只受到重力,在Q中做自由落體運(yùn)動(dòng),故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;根據(jù)功能關(guān)系知,在P中下落時(shí),小磁塊機(jī)械能減少,在Q中下落時(shí),小磁塊機(jī)械能守恒,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;在P中加速度較小,在P中下落時(shí)間較長,選項(xiàng)C正確;由于在P中下落時(shí)要克服磁場力做功,機(jī)械能有損失,故可知落到底部時(shí)在P中的速度比在Q中的小,選項(xiàng)D錯(cuò)誤.1如圖7所示,水平放置的光滑桿上套有A、B、C三個(gè)金屬環(huán),其中B接電源在接通電源的瞬間,A、C兩環(huán)()圖7A都被B吸引B都被B排斥CA
9、被吸引,C被排斥DA被排斥,C被吸引答案B解析在接通電源的瞬間,通過B環(huán)的電流從無到有,電流產(chǎn)生的磁場從無到有,穿過A、C兩環(huán)的磁通量從無到有,A、C兩環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電流,由楞次定律可知,感應(yīng)電流總是阻礙原磁通量的變化,為了阻礙原磁通量的增加,A、C兩環(huán)都被B環(huán)排斥而遠(yuǎn)離B環(huán),故A、C、D錯(cuò)誤,B正確2如圖8所示,水平桌面上放有一個(gè)閉合鋁環(huán),在鋁環(huán)軸線上方有一個(gè)條形磁鐵當(dāng)條形磁鐵沿軸線豎直向下迅速移動(dòng)時(shí),下列判斷正確的是 ()圖8A鋁環(huán)有收縮趨勢,對桌面壓力減小B鋁環(huán)有收縮趨勢,對桌面壓力增大C鋁環(huán)有擴(kuò)張趨勢,對桌面壓力減小D鋁環(huán)有擴(kuò)張趨勢,對桌面壓力增大答案B解析根據(jù)楞次定律可知:當(dāng)條形磁鐵沿軸
10、線豎直向下迅速移動(dòng)時(shí),閉合鋁環(huán)內(nèi)的磁通量增大,因此鋁環(huán)面積應(yīng)有收縮的趨勢,同時(shí)有遠(yuǎn)離磁鐵的趨勢,故增大了和桌面的擠壓程度,從而使鋁環(huán)對桌面壓力增大,故B項(xiàng)正確3(多選)如圖9所示,閉合圓形金屬環(huán)豎直固定,光滑水平導(dǎo)軌穿過圓環(huán),條形磁鐵沿導(dǎo)軌以初速度v0向圓環(huán)運(yùn)動(dòng),其軸線穿過圓環(huán)圓心,與環(huán)面垂直,則磁鐵在穿過圓環(huán)的整個(gè)過程中,下列說法正確的是()圖9A磁鐵靠近圓環(huán)的過程中,做加速運(yùn)動(dòng)B磁鐵靠近圓環(huán)的過程中,做減速運(yùn)動(dòng)C磁鐵遠(yuǎn)離圓環(huán)的過程中,做加速運(yùn)動(dòng)D磁鐵遠(yuǎn)離圓環(huán)的過程中,做減速運(yùn)動(dòng)答案BD4.(多選)如圖10所示,水平放置的兩條光滑軌道上有可自由移動(dòng)的金屬棒PQ、MN,當(dāng)PQ在外力的作用下運(yùn)動(dòng)
11、時(shí),MN在磁場力的作用下向右運(yùn)動(dòng),則PQ所做的運(yùn)動(dòng)可能是()圖10A向右加速運(yùn)動(dòng)B向左加速運(yùn)動(dòng)C向右減速運(yùn)動(dòng)D向左減速運(yùn)動(dòng)答案BC解析當(dāng)PQ向右運(yùn)動(dòng)時(shí),用右手定則可判定PQ中感應(yīng)電流的方向是由QP,由安培定則可知穿過L1的磁場方向是自下而上的;若PQ向右加速運(yùn)動(dòng),則穿過L1的磁通量增加,用楞次定律可以判斷流過MN的感應(yīng)電流是從NM的,用左手定則可判定MN受到向左的安培力,將向左運(yùn)動(dòng),選項(xiàng)A錯(cuò)誤;若PQ向右減速運(yùn)動(dòng),流過MN的感應(yīng)電流方向、MN所受的安培力的方向均將反向,MN向右運(yùn)動(dòng),所以選項(xiàng)C正確;同理可判斷選項(xiàng)B正確,選項(xiàng)D錯(cuò)誤一、選擇題(19題為單選題,1012題為多選題)1如圖1所示,M
12、N是一根固定的通電長直導(dǎo)線,電流方向向上,今將一金屬線框abcd放在導(dǎo)線上,讓線框的位置偏向?qū)Ь€的左邊,兩者彼此絕緣,當(dāng)導(dǎo)線上的電流突然增大時(shí),線框整個(gè)受力為()圖1A受力向右B受力向左C受力向上D受力為零答案A解析金屬線框放在導(dǎo)線MN上,導(dǎo)線中電流產(chǎn)生磁場,根據(jù)安培定則判斷可知,線框左右兩側(cè)磁場方向相反,線框左側(cè)的磁通量大于線框右側(cè)的磁通量,當(dāng)導(dǎo)線中電流增大時(shí),穿過線框的磁通量增大,線框產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律可知,感應(yīng)電流的磁場要阻礙磁通量的變化,則線框?qū)⑾虼磐繙p小的方向運(yùn)動(dòng),即向右移動(dòng),故A正確,B、C、D錯(cuò)誤2如圖2所示,粗糙水平桌面上有一質(zhì)量為m的銅質(zhì)矩形線圈當(dāng)一豎直放置的條形磁
13、鐵從線圈中線AB正上方快速經(jīng)過時(shí),若線圈始終不動(dòng),則關(guān)于線圈受到的支持力FN及在水平方向運(yùn)動(dòng)趨勢的正確判斷是 ()圖2AFN先小于mg后大于mg,運(yùn)動(dòng)趨勢向左BFN先大于mg后小于mg,運(yùn)動(dòng)趨勢向左CFN先小于mg后大于mg,運(yùn)動(dòng)趨勢向右DFN先大于mg后小于mg,運(yùn)動(dòng)趨勢向右答案D解析條形磁鐵從線圈正上方由左向右運(yùn)動(dòng)的過程中,線圈中的磁通量先增大后減小,根據(jù)楞次定律的“來拒去留”可知,線圈先有向下和向右運(yùn)動(dòng)的趨勢,后有向上和向右運(yùn)動(dòng)的趨勢故線圈受到的支持力先大于重力后小于重力,運(yùn)動(dòng)趨勢向右故選D.3.如圖3所示,一個(gè)有彈性的金屬線圈被一根橡皮繩吊于通電直導(dǎo)線的正下方,直導(dǎo)線與線圈在同一豎直面
14、內(nèi),當(dāng)通電直導(dǎo)線中電流增大時(shí),金屬線圈的面積S和橡皮繩的長度l將()圖3AS增大,l變長BS減小,l變短CS增大,l變短DS減小,l變長答案D解析當(dāng)通電直導(dǎo)線中電流增大時(shí),穿過金屬線圈的磁通量增大,金屬線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流要阻礙原磁通量的增大:一是用縮小面積的方式進(jìn)行阻礙;二是用遠(yuǎn)離直導(dǎo)線的方式進(jìn)行阻礙,故D正確4.如圖4所示,銅質(zhì)金屬環(huán)從條形磁鐵的正上方由靜止開始下落,在下落過程中,下列判斷正確的是()圖4A金屬環(huán)在下落過程中的機(jī)械能守恒B金屬環(huán)在下落過程中動(dòng)能的增加量小于其重力勢能的減少量C金屬環(huán)的機(jī)械能先減小后增大D磁鐵對桌面的壓力始終大于其自身的重力答案B5.如圖
15、5所示,條形磁鐵從高h(yuǎn)處自由下落,中途穿過一個(gè)固定的空心線圈,開關(guān)S斷開時(shí),至落地用時(shí)t1,落地時(shí)速度為v1;S閉合時(shí),至落地用時(shí)t2,落地時(shí)速度為v2.則它們的大小關(guān)系正確的是()圖5At1t2,v1v2Bt1t2,v1v2Ct1t2,v1v2Dt1v2答案D解析開關(guān)S斷開時(shí),線圈中無感應(yīng)電流,對磁鐵無阻礙作用,故磁鐵自由下落,ag;當(dāng)S閉合時(shí),線圈中有感應(yīng)電流,對磁鐵有阻礙作用,故ag.所以t1v2.6如圖6所示,兩個(gè)相同的輕質(zhì)鋁環(huán)套在一根水平光滑絕緣桿上,當(dāng)一條形磁鐵向左運(yùn)動(dòng)靠近兩環(huán)時(shí),兩環(huán)的運(yùn)動(dòng)情況是 ()圖6A同時(shí)向左運(yùn)動(dòng),間距變大B同時(shí)向左運(yùn)動(dòng),間距變小C同時(shí)向右運(yùn)動(dòng),間距變小D同
16、時(shí)向右運(yùn)動(dòng),間距變大答案B解析磁鐵向左運(yùn)動(dòng),穿過兩環(huán)的磁通量都增加根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的磁場將阻礙原磁通量增加,所以兩者都向左運(yùn)動(dòng)另外,兩環(huán)產(chǎn)生的感應(yīng)電流方向相同,依據(jù)安培定則和左手定則可以判斷兩個(gè)環(huán)之間是相互吸引的,所以選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤,B正確7如圖7所示,固定的水平長直導(dǎo)線中通有電流I,矩形線框與導(dǎo)線在同一豎直平面內(nèi),且一邊與導(dǎo)線平行線框由靜止釋放,在下落過程中()圖7A穿過線框的磁通量保持不變B線框中感應(yīng)電流方向保持不變C線框所受安培力的合力為零D線框的機(jī)械能不斷增大答案B解析線框在下落過程中,所在位置磁場減弱,穿過線框的磁感線的條數(shù)減少,磁通量減小故A錯(cuò)誤下落過程中,因?yàn)榇磐侩S線
17、框下落而減小,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相同,不變,所以感應(yīng)電流的方向不變,故B正確線框左右兩邊受到的安培力互相抵消,上邊受的安培力大于下邊受的安培力,安培力合力不為零故C錯(cuò)誤線框中產(chǎn)生電能,機(jī)械能減小故D錯(cuò)誤8如圖8所示,A為水平放置的膠木圓盤,在其側(cè)面均勻分布著負(fù)電荷,在A的正上方用絕緣絲線懸掛一個(gè)金屬環(huán)B,使B的環(huán)面水平且與圓盤面平行,其軸線與膠木圓盤A的軸線OO重合,現(xiàn)使膠木圓盤A由靜止開始繞其軸線OO按箭頭所示方向加速轉(zhuǎn)動(dòng),則 ()圖8A金屬環(huán)B的面積有擴(kuò)大的趨勢,絲線受到的拉力增大B金屬環(huán)B的面積有縮小的趨勢,絲線受到的拉力減小C金屬環(huán)B的面積有擴(kuò)大的趨勢,絲線受到的
18、拉力減小D金屬環(huán)B的面積有縮小的趨勢,絲線受到的拉力增大答案B解析膠木圓盤A由靜止開始繞其軸線OO按箭頭所示方向加速轉(zhuǎn)動(dòng),形成環(huán)形電流,環(huán)形電流的大小增大,根據(jù)右手螺旋定則知,通過B的磁通量向下,且增大,根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流引起的效果阻礙原磁通量的增大,知金屬環(huán)的面積有縮小的趨勢,且有向上的運(yùn)動(dòng)趨勢,所以絲線的拉力減小故B正確,A、C、D錯(cuò)誤9為了測量列車運(yùn)行的速度和加速度大小,可采用如圖9甲所示的裝置,它由一塊安裝在列車車頭底部的強(qiáng)磁體和埋設(shè)在軌道地面的一組線圈及電流測量記錄儀組成(電流測量記錄儀未畫出)當(dāng)列車經(jīng)過線圈上方時(shí),線圈中產(chǎn)生的電流被記錄下來,P、Q為接測量儀器的端口若俯視軌道平
19、面磁場垂直地面向里(如圖乙),則在列車經(jīng)過測量線圈的過程中,流經(jīng)線圈的電流方向?yàn)?)圖9A始終逆時(shí)針方向B先順時(shí)針,再逆時(shí)針方向C先逆時(shí)針,再順時(shí)針方向D始終順時(shí)針方向答案C解析在列車經(jīng)過線圈的上方時(shí),由于列車上的磁場的方向向下,所以線圈內(nèi)的磁通量方向向下,先增大后減小,根據(jù)楞次定律可知,線圈中的感應(yīng)電流的方向?yàn)橄饶鏁r(shí)針,再順時(shí)針方向10.如圖10所示,在水平面上有一固定的導(dǎo)軌,導(dǎo)軌為U形金屬框架,框架上放置一金屬桿ab,不計(jì)摩擦,在豎直方向上有勻強(qiáng)磁場,則()圖10A若磁場方向豎直向上并增強(qiáng)時(shí),桿ab將向右移動(dòng)B若磁場方向豎直向上并減弱時(shí),桿ab將向右移動(dòng)C若磁場方向豎直向下并增強(qiáng)時(shí),桿ab
20、將向右移動(dòng)D若磁場方向豎直向下并減弱時(shí),桿ab將向右移動(dòng)答案BD解析不管磁場方向豎直向上還是豎直向下,當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí),回路中磁通量增大,由楞次定律知桿ab將向左移動(dòng),反之,桿ab將向右移動(dòng),選項(xiàng)B、D正確11如圖11是某電磁沖擊鉆的原理圖,若突然發(fā)現(xiàn)鉆頭M向右運(yùn)動(dòng),則可能是()圖11A開關(guān)S閉合瞬間B開關(guān)S由閉合到斷開的瞬間C開關(guān)S已經(jīng)是閉合的,滑動(dòng)變阻器滑片P向左迅速滑動(dòng)D開關(guān)S已經(jīng)是閉合的,滑動(dòng)變阻器滑片P向右迅速滑動(dòng)答案AC解析當(dāng)開關(guān)突然閉合時(shí),左線圈上有了電流,產(chǎn)生磁場,而對于右線圈來說,磁通量增加,產(chǎn)生感應(yīng)電流,使鉆頭M向右運(yùn)動(dòng),故A項(xiàng)正確;當(dāng)開關(guān)S已經(jīng)閉合時(shí),只有左側(cè)線圈電流增大才會(huì)導(dǎo)致鉆頭M向右運(yùn)動(dòng),故C項(xiàng)正確12繞有線圈的鐵芯直立在水平桌面上,鐵芯上套著一個(gè)鋁環(huán),線圈與電源、開關(guān)相連,如圖12所示線圈上端與電源正極相連,閉合開關(guān)的瞬間,鋁環(huán)向上跳起則下列說法中正確的是()圖12A若保持開關(guān)閉合,則鋁環(huán)不斷升高B若保持開關(guān)閉合,則鋁環(huán)停留在跳起后的某一高度C若保持開關(guān)閉合,則鋁環(huán)跳起到某一高度后將回落D如果電源的正、負(fù)極對調(diào),觀察到的現(xiàn)象不變答案CD解析鋁環(huán)跳起是開關(guān)閉合時(shí)鋁環(huán)上產(chǎn)生的感應(yīng)電流與通電螺線管上的電流相互作用而引起的故C、D正確13
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