（新課標）2022高考物理 主題三 電磁感應及其應用 3.1 電磁感應 3.1.3 第2課時 楞次定律的拓展應用學案 新人教版選修3-2

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1、（新課標）2022高考物理 主題三 電磁感應及其應用 3.1 電磁感應 3.1.3 第2課時 楞次定律的拓展應用學案 新人教版選修3-2 1.增縮減擴 當閉合電路中有感應電流產(chǎn)生時，電路的各部分導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。 (2)若原磁通量減小，則通過增大有效面積起到阻礙的作用?？谠E記為“增縮減擴”。 注意：本方法適用于磁感線單方向穿過閉合回路的情況。 [例1] (多選)(2017·臨沂一中高二檢測)如圖1所示，勻強磁場垂直于軟導線回路平面，由于磁場發(fā)生變化，回路變?yōu)閳A形，則磁場(　　)

2、 圖1 A.逐漸增強，方向向外 B.逐漸增強，方向向里 C.逐漸減弱，方向向外 D.逐漸減弱，方向向里 解析　對于線圈來說，圓形面積最大，即由于磁場變化，導致線圈面積變大，根據(jù)楞次定律的推論增縮減擴，可判斷磁場在減弱，可能是方向向外的磁場逐漸減弱，也可能是方向向里的磁場逐漸減弱，選項C、D正確。 答案　CD 2.來拒去留 由于磁場與導體的相對運動產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象時，產(chǎn)生的感應電流受到磁場的安培力，這種安培力會“阻礙”相對運動，口訣記為“來拒去留”。 [例2] (多選)如圖2所示，光滑固定導軌m、n水平放置，兩根導體棒p、q平行放于導軌上，形成一個閉合回路。當一條形磁鐵從高處

3、下落接近回路時(　　) 圖2 A.p、q將互相靠攏 B.p、q將互相遠離 C.磁鐵的加速度仍為g D.磁鐵的加速度小于g 解析　根據(jù)楞次定律的另一表述——感應電流的效果總是要反抗產(chǎn)生感應電流的原因，本題中的“原因”是回路中的磁通量增加，歸根結底是磁鐵靠近回路，“效果”便是阻礙磁通量的增加和磁鐵的靠近，即來拒去留，所以p、q將相互靠近且磁鐵的加速度小于g，故選項A、D正確。 答案　AD 3.增遠減靠 (1)若原磁通量增加，則通過遠離磁場源起到阻礙的作用。 (2)若原磁通量減小，則通過靠近磁場源起到阻礙的作用?？谠E記為“增遠減靠”。 [例3] 如圖3所示，通電螺線管兩側各

4、懸掛一個小銅環(huán)，銅環(huán)平面與螺線管截面平行，當開關S接通瞬間，兩銅環(huán)的運動情況是(　　) 圖3 A.同時向兩側推開 B.同時向螺線管靠攏 C.一個被推開，一個被吸引，但因電源正負極未知，無法具體判斷 D.同時被推開或同時向螺線管靠攏，但因電源正負極未知，無法具體判斷 解析　開關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，感應電流的磁場要阻礙磁通量的增加，則兩環(huán)將同時向兩側運動，故選項A正確。 答案　A 　三定則一定律的區(qū)別與應用 　安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律綜合應用的比較 基本現(xiàn)象 應用的定則或定律 運動電荷、電流產(chǎn)生磁場 安培定則 磁場對運

5、動電荷、電流有作用力 左手定則 電磁感應 部分導體做切割磁感線運動 右手定則 閉合回路磁通量變化 楞次定律 [例4] (多選)如圖4所示裝置中，金屬桿cd光滑且原來靜止在金屬導軌上。當金屬桿ab做如下哪些運動時，金屬桿cd將向右移動(導體棒切割磁感線速度越大，感應電流越大)(　　) 圖4 A.向右勻速運動 B.向右加速運動 C.向左加速運動 D.向左減速運動 解析　ab勻速運動時，ab中感應電流恒定，L1中磁通量不變，穿過L2的磁通量不變，L2中無感應電流產(chǎn)生，cd桿保持靜止，選項A錯誤；ab向右加速運動時，L2中的磁場方向向下，磁通量增加，由楞次定律知L2中感應

6、電流產(chǎn)生的磁場方向向上，故通過cd的電流方向向下，cd向右移動，選項B正確；同理可得選項C錯誤，選項D正確。 答案　BD [例5] (多選)如圖5所示，甲圖中線圈A的a、b端加上如圖乙所示的電壓時，在0～t0時間內，線圈B中感應電流的方向及線圈B的受力方向情況是(　　) 圖5 A.感應電流方向不變 B.受力方向不變 C.感應電流方向改變 D.受力方向改變 解析　根據(jù)題意可知，當Uab＞0時，電流是從a流向b，由右手螺旋定則可知，磁場方向水平向右，由于電壓減小，所以磁通量變小，根據(jù)楞次定律可得，線圈B的感應電流順時針(從左向右看)。當Uab＜0時，電流是從b流向a，由右手螺旋

7、定則可知，磁場方向水平向左，電壓增大，則磁通量變大，根據(jù)楞次定律可得，線圈B的感應電流順時針(從左向右看)。故電流方向不變，選項A正確，C錯誤；由“增遠減靠”可知受安培力的方向改變，選項D正確，B錯誤。 答案　AD 三定則一定律的應用技巧 (1)應用楞次定律時，一般要用到安培定則。 (2)研究感應電流受到的安培力時，一般先用右手定則確定電流方向，再用左手定則確定安培力方向，有時也可以直接應用楞次定律的推論確定。 　從能量的角度理解楞次定律 感應電流的產(chǎn)生并不是創(chuàng)造了能量。導體做切割磁感線運動時，產(chǎn)生感應電流，感應電流受到安培力作用，導體克服安培力做功從而實現(xiàn)其他形式能向電能的轉

8、化，所以楞次定律的“阻礙”是能量轉化和守恒的體現(xiàn)。 [例6] 如圖6所示，上下開口、內壁光滑的銅管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6 A.在P和Q中都做自由落體運動 B.在兩個下落過程中的機械能都守恒 C.在P中的下落時間比在Q中的長 D.落至底部時在P中的速度比在Q中的大 解析　小磁塊下落過程中，在銅管P中產(chǎn)生感應電流，小磁塊受到向上的磁場力，不做自由落體運動，而在塑料管Q中只受到重力，在Q中做自由落體運動，故選項A錯誤；根據(jù)功能關系知，在P中下落時，小磁塊機械能減少，在Q中下落時，小磁塊機械能守恒，故選項B錯

9、誤；在P中加速度較小，在P中下落時間較長，選項C正確；由于在P中下落時要克服磁場力做功，機械能有損失，故可知落到底部時在P中的速度比在Q中的小，選項D錯誤。 答案　C 1.(增反減同)1931年，英國物理學家狄拉克從理論上預言：存在只有一個磁極的粒子，即“磁單極子”。1982年，美國物理學家卡布萊設計了一個尋找磁單極子的實驗。他設想，如果一個只有N極的磁單極子從上向下穿過如圖7所示的超導線圈，那么，從上向下看，超導線圈將出現(xiàn)(　　) 圖7 A.先有逆時針方向的感應電流，然后有順時針方向的感應電流 B.先有順時針方向的感應電流，然后有逆時針方向的感應電流 C.始終有順時針方向

10、持續(xù)流動的感應電流 D.始終有逆時針方向持續(xù)流動的感應電流 解析　在磁單極子運動的過程中，當磁單極子位于超導線圈上方時，原磁場的方向向下，磁通量增加，則感應電流的磁場方向向上，由安培定則可知，產(chǎn)生逆時針(俯視)方向的感應電流；當磁單極子位于超導線圈下方時，原磁場的方向向上，磁通量減小，則感應電流的磁場方向向上，由安培定則可知，產(chǎn)生逆時針(俯視)方向的感應電流，故選項D正確。 答案　D 2.(增縮減擴)如圖8所示，一個有彈性的金屬圓環(huán)被一根橡皮繩吊于通電直導線的正下方，直導線與圓環(huán)在同一豎直面內，當通電直導線中電流增大時，彈性圓環(huán)的面積S和橡皮繩的長度l將(　　) 圖8 A.S增

11、大，l變長 B.S減小，l變短 C.S增大，l變短 D.S減小，l變長 解析　當通電直導線中電流增大時，穿過金屬圓環(huán)的磁通量增大，金屬圓環(huán)中產(chǎn)生感應電流，根據(jù)楞次定律，感應電流要阻礙磁通量的增大，一是用縮小面積的方式進行阻礙；二是用遠離直導線的方法進行阻礙，故選項D正確。 答案　D 3.(來拒去留)如圖9所示，金屬環(huán)水平固定放置，現(xiàn)將一豎直的條形磁鐵在圓環(huán)上方沿圓環(huán)軸線從靜止開始釋放，在條形磁鐵穿過圓環(huán)的過程中，條形磁鐵與圓環(huán)(　　) 圖9 A.始終相互吸引 B.始終相互排斥 C.先相互吸引，后相互排斥 D.先相互排斥，后相互吸引 解析　磁鐵靠近圓環(huán)的過程中

12、，穿過圓環(huán)的磁通量增加，根據(jù)楞次定律可知，感應電流的磁場阻礙穿過圓環(huán)的原磁通量的增加，與原磁場方向相反，如圖甲所示，二者之間是斥力；當磁鐵穿過圓環(huán)下降離開圓環(huán)時，穿過圓環(huán)的磁通量減小，根據(jù)楞次定律可知，感應電流的磁場阻礙穿過圓環(huán)的磁通量的減小，二者方向相同，如圖乙所示，磁鐵與圓環(huán)之間是引力，因此選項D正確。 答案　D 4.(增遠減靠)(多選)如圖10所示，導軌間的磁場方向垂直于紙面向里，當導線MN在導軌上向右加速滑動時，正對電磁鐵A的圓形金屬環(huán)B中(說明：導體棒切割磁感線速度越大，感應電流越大)(　　) 圖10 A.MN受到的安培力方向水平向左 B.MN受到的安培力方向水平向

13、右 C.有感應電流，且B被A吸引 D.有感應電流，且B被A排斥 解析　MN向右加速滑動，根據(jù)右手定則，MN中的電流方向從N→M，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，故選項A正確，B錯誤；根據(jù)安培定則知，電磁鐵A內部的磁場方向向左，且大小逐漸增強，根據(jù)楞次定律知，B環(huán)中的感應電流產(chǎn)生的磁場方向向右，B被A排斥，選項D正確，C錯誤。 答案　AD 5.(與楞次定律相結合的綜合應用)如圖11所示，固定的水平長直導線中通有電流I，矩形線框與導線在同一豎直平面內，且一邊與導線平行。線框由靜止釋放，在下落過程中(　　) 圖11 A.穿過線框的磁通量保持不變 B.

14、線框中感應電流方向保持不變 C.線框所受安培力的合力為零 D.線框的機械能不斷增大 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，故選項A錯誤；下落過程中，因為磁通量隨線框下落而減小，根據(jù)楞次定律，感應電流的磁場與原磁場方向相同，所以感應電流的方向不變，故選項B正確；線框左右兩邊受到的安培力互相抵消，上邊受到的安培力大于下邊受到的安培力，安培力合力不為零，故選項C錯誤；線框中產(chǎn)生電能，機械能減小，故選項D錯誤。 答案　B 基礎過關 1.如圖1所示，絕緣水平面上有兩個離得很近的導體環(huán)a、b。將條形磁鐵沿它們的正中向下移動(不到達該平面)，a、b

15、將如何移動(　　) 圖1 A.a、b將相互遠離 B.a、b將相互靠近 C.a、b將不動 D.無法判斷 解析　根據(jù)Φ＝BS，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，導體環(huán)應該盡量遠離磁鐵，所以a、b將相互遠離，選項A正確。 答案　A 2.如圖2所示，在磁感應強度大小為B、方向豎直向上的勻強磁場中，有一質量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質細桿懸掛在O點，并可繞O點擺動。金屬線框從右側某一位置由靜止開始釋放，在擺動到左側最高點的過程中，細桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面。則線框中感應電流的方

16、向是(　　) 圖2 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 解析　線框從右側開始由靜止釋放，穿過線框平面的磁通量逐漸減少，由楞次定律可得感應電流的磁場方向與原磁場方向相同，根據(jù)安培定則，感應電流的方向為d→c→b→a→d；過O點后線框繼續(xù)向左擺動過程中，磁感線從反面穿入線框，穿過線框平面的磁通量逐漸增大，由楞次定律可得感應電流的磁場方向與原磁場方向相反，由安培定則可知感應電流的方向仍為d→c→b→a→d，故選項B正確。 答案　B 3.如圖3所示，銅質金屬環(huán)從條形磁

17、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3 A.金屬環(huán)在下落過程中的機械能守恒 B.金屬環(huán)在下落過程中動能的增加量小于其重力勢能的減少量 C.金屬環(huán)的機械能先減小后增大 D.磁鐵對桌面的壓力始終大于其自身的重力 解析　金屬環(huán)下落過程中，產(chǎn)生感應電流，故機械能不守恒，選項A錯誤；且減少的重力勢能有一部分轉化為電能，選項B正確，C錯誤；在金屬環(huán)下落過程中，磁鐵與環(huán)產(chǎn)生相互作用，在磁鐵中心位置時，無相互作用力，此時磁鐵對桌面壓力等于自身重力，故選項D錯誤。 答案　B 4.如圖4所示，條形磁鐵從高h處自由下落，中途穿過一個固定的空心線圈，開關S斷開時，至

18、落地用時t1，落地時速度為v1；S閉合時，至落地用時t2，落地時速度為v2。則它們的大小關系正確的是(　　) 圖4 A.t1>t2，v1＞v2 B.t1＝t2，v1＝v2 C.t1＜t2，v1＜v2 D.t1＜t2，v1＞v2 解析　開關S斷開時，線圈中無感應電流，對磁鐵無阻礙作用，故磁鐵自由下落，a＝g；當S閉合時，線圈中有感應電流，對磁鐵有阻礙作用，故a＜g。所以t1＜t2，v1＞v2，選項D正確。 答案　D 5.已知北半球地磁場的豎直分量向下。如圖5所示，在北京某中學實驗室的水平桌面上，放置邊長為L的正方形閉合導體線圈abcd，線圈的ab邊沿南北方向，ad邊沿東西方向

19、。下列說法正確的是(　　) 圖5 A.若使線圈向東平動，則b點的電勢比a點的電勢低 B.若使線圈向北平動，則a點的電勢比d點的電勢低 C.若以ab為軸將線圈向上翻轉，則線圈中感應電流方向為a→b→c→d→a D.若以ab為軸將線圈向上翻轉，則線圈中感應電流方向為a→d→c→b→a 解析　若使線圈向東平動，線圈的ab邊和cd邊切割磁感線，由右手定則知b(c)點電勢高于a(d)點電勢，選項A錯誤，同理知選項B錯誤；若以ab為軸將線圈向上翻轉，穿過線圈平面的磁通量變小，由楞次定律可知線圈中感應電流方向為a→b→c→d→a，選項C正確，D錯誤。 答案　C 6.如圖6所示，兩個相同的

20、輕質鋁環(huán)套在一根水平光滑絕緣桿上，當一條形磁鐵向左運動靠近兩環(huán)時，兩環(huán)的運動情況是(　　) 圖6 A.同時向左運動，間距變大 B.同時向左運動，間距變小 C.同時向右運動，間距變小 D.同時向右運動，間距變大 解析　磁鐵向左運動，穿過兩環(huán)的磁通量都增加。根據(jù)楞次定律，感應電流的磁場將阻礙原磁通量增加，所以兩者都向左運動。另外，兩環(huán)產(chǎn)生的感應電流方向相同，依據(jù)安培定則和左手定則可以判斷兩個環(huán)之間是相互吸引的，間距變小，所以選項A、C、D錯誤，B正確。 答案　B 能力提升 7.如圖7所示，勻強磁場垂直于豎直放置的金屬框abcd，若ab邊受豎直向上的磁場力作用，則線框可能的運動

21、情況是(　　) 圖7 A.向左平移進入磁場 B.向右平移離開磁場 C.沿豎直方向向上平移 D.沿豎直方向向下平移 解析　ab邊受豎直向上的磁場力的作用，根據(jù)左手定則判斷出ab邊中感應電流的方向是a→b，再根據(jù)右手定則判斷線框ad邊向左平移切割磁感線，選項A正確。 答案　A 8.如圖8，通電導線MN與單匝矩形線圈abcd共面，位置靠近ab且相互絕緣。當MN中電流突然減小時，線圈所受安培力的合力方向(　　) 圖8 A.向左 B.向右 C.垂直紙面向外 D.垂直紙面向里 解析　因為導線MN靠近ab，由圖可知，線圈中等效合磁場為垂直紙面向里，當MN中電流減小時，由楞

22、次定律可知感應電流的磁場阻礙磁通量的減小，故線圈向右運動，所受安培力的合力向右，故只有B項正確。 答案　B 9.如圖所9示，在載流直導線附近固定有兩平行光滑導軌A、B，導軌與直導線平行且在同一水平面內，在導軌上有兩條可自由滑動的導體棒ab和cd。載流直導線中的電流逐漸增強時，導體棒ab和cd的運動情況是(　　) 圖9 A.一起向左運動 B.一起向右運動 C.ab和cd相向運動，相互靠近 D.ab和cd相背運動，相互遠離 解析　法一　電流增強時，電流在abdc回路中產(chǎn)生的垂直向里的磁場增強，回路磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知，回路產(chǎn)生逆時針方向電流；ab邊電流方向a→b，所

23、受安培力向右，cd邊電流方向d→c，所受安培力向左，故ab和cd相向運動，選項C正確。 法二　電流增強時，電流在abdc回路中產(chǎn)生的垂直向里的磁場增強，回路磁通量增大，根據(jù)楞次定律可知，回路要減小面積以阻礙磁通量的增加(增縮減擴)，因此，兩導體棒要相向運動，相互靠攏，選項C正確。 答案　C 10.如圖10所示，A為水平放置的膠木圓盤，在其側面均勻分布著負電荷，在A的正上方用絕緣絲線懸掛一個金屬環(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動，則(　　) 圖10 A.金屬環(huán)B的面積有擴大的趨勢，絲線

24、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的面積有擴大的趨勢，絲線受到的拉力減小 D.金屬環(huán)B的面積有縮小的趨勢，絲線受到的拉力增大 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動，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的磁場方向向下，磁通量增大，根據(jù)楞次定律，感應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，且有向上的運動趨勢，所以絲線的拉力減小，故選項B正確，A、C、D錯誤。 答案　B 11.為了測量列車運行的速度和加速度大小，可采用如圖11甲所示的裝置，它由一塊安裝在列車車頭底部的強磁體和埋設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)。當列車經(jīng)過線圈上方時，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)線圈的電流方向為(　　) 圖11 A.始終逆時針方向 B.先順時針，再逆時針方向 C.先逆時針，再順時針方向 D.始終順時針方向 解析　在列車經(jīng)過線圈的上方時，由于列車上的磁場的方向向下，所以線圈內的磁通量先增大后減小，根據(jù)楞次定律可知，線圈中的感應電流的方向為先逆時針，再順時針方向，選項C正確。 答案　C