2019-2020年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.doc

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2019-2020年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 [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，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，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Ⅰ經(jīng)過位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ，這個過程中線圈的感應(yīng)電流 (　　) 圖1 A．沿abcd流動 B．沿dcba流動 C．先沿abcd流動，后沿dcba流動 D．先沿dcba流動，后沿abcd流動 答案　A 解析　由條形磁鐵的磁場分布可知，線圈在位置Ⅱ時穿過閉合線圈的磁通量最小為零，線圈從位置Ⅰ到位置Ⅱ，從下向上穿過線圈的磁通量在減少，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，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)體的相對運動產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象時，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“阻礙”相對運動．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)運動時，銅環(huán)的運動情況是(　　) 圖2 A．向右擺動 B．向左擺動 C．靜止 D．無法判定 答案　A 解析　當(dāng)磁鐵突然向銅環(huán)運動時，穿過銅環(huán)的磁通量增加，為阻礙磁通量的增加，銅環(huán)遠(yuǎn)離磁鐵向右運動． 3．“增縮減擴”法 就閉合電路的面積而言，收縮或擴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，面積有擴張趨勢．口訣為“增縮減擴”． 說明：此法只適用于回路中只有一個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)軌上有兩個可自由滑動的導(dǎo)體ab和cd.當(dāng)載流直導(dǎo)線中的電流逐漸增大時，導(dǎo)體ab和cd的運動情況是 (　　) 圖3 A．一起向左運動 B．一起向右運動 C．a(chǎn)b和cd相向運動，相互靠近 D．a(chǎn)b和cd相背運動，相互遠(yuǎn)離 答案　C 解析　由于在閉合回路abdc中，ab和cd電流方向相反，所以兩導(dǎo)體運動方向一定相反，排除A、B；當(dāng)載流直導(dǎo)線中的電流逐漸增大時，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時，由于磁場增強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，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)的運動情況是(　　) 圖4 A．同時向兩側(cè)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(fù)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(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)將同時向兩側(cè)運動．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，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)電流時原磁場方向、感應(yīng)電流磁場方向關(guān)系 綜合運用這幾個規(guī)律的關(guān)鍵是分清各個規(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)軌上向右加速滑動時，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5 A．有感應(yīng)電流，且B被A吸引 B．MN受到的安培力方向水平向左 C．MN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，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B正確，C錯誤．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，根據(jù)楞次定律知，B環(huán)中的感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向向右，B被A排斥，D正確，A錯誤． 幾個規(guī)律的使用中，要抓住各個對應(yīng)的因果關(guān)系： (1)因電而生磁(I→B)―→安培定則 (2)因動而生電(v、B→I)→右手定則 (3)因電而受力(I、B→F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)體做切割磁感線運動時，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 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(guān)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. 1．如圖7所示，水平放置的光滑桿上套有A、B、C三個金屬環(huán)，其中B接電源．在接通電源的瞬間，A、C兩環(huán)(　　) 圖7 A．都被B吸引 B．都被B排斥 C．A被吸引，C被排斥 D．A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錯誤，B正確． 2．如圖8所示，水平桌面上放有一個閉合鋁環(huán)，在鋁環(huán)軸線上方有一個條形磁鐵．當(dāng)條形磁鐵沿軸線豎直向下迅速移動時，下列判斷正確的是 (　　) 圖8 A．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)有擴張趨勢，對桌面壓力減小 D．鋁環(huán)有擴張趨勢，對桌面壓力增大 答案　B 解析　根據(jù)楞次定律可知：當(dāng)條形磁鐵沿軸線豎直向下迅速移動時，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)運動，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)的整個過程中，下列說法正確的是(　　) 圖9 A．磁鐵靠近圓環(huán)的過程中，做加速運動 B．磁鐵靠近圓環(huán)的過程中，做減速運動 C．磁鐵遠(yuǎn)離圓環(huán)的過程中，做加速運動 D．磁鐵遠(yuǎn)離圓環(huán)的過程中，做減速運動 答案　BD 4.(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的金屬棒PQ、MN，當(dāng)PQ在外力的作用下運動時，MN在磁場力的作用下向右運動，則PQ所做的運動可能是(　　) 圖10 A．向右加速運動 B．向左加速運動 C．向右減速運動 D．向左減速運動 答案　BC 解析　當(dāng)PQ向右運動時，用右手定則可判定PQ中感應(yīng)電流的方向是由Q→P，由安培定則可知穿過L1的磁場方向是自下而上的；若PQ向右加速運動，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N→M的，用左手定則可判定MN受到向左的安培力，將向左運動，選項A錯誤；若PQ向右減速運動，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向右運動，所以選項C正確；同理可判斷選項B正確，選項D錯誤． 一、選擇題(1～9題為單選題，10～12題為多選題) 1．如圖1所示，MN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，線框整個受力為(　　) 圖1 A．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，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小的方向運動，即向右移動，故A正確，B、C、D錯誤． 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鐵從線圈中線AB正上方快速經(jīng)過時，若線圈始終不動，則關(guān)于線圈受到的支持力FN及在水平方向運動趨勢的正確判斷是 (　　) 圖2 A．FN先小于mg后大于mg，運動趨勢向左 B．FN先大于mg后小于mg，運動趨勢向左 C．FN先小于mg后大于mg，運動趨勢向右 D．FN先大于mg后小于mg，運動趨勢向右 答案　D 解析　條形磁鐵從線圈正上方由左向右運動的過程中，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動的趨勢，后有向上和向右運動的趨勢．故線圈受到的支持力先大于重力后小于重力，運動趨勢向右．故選D. 3.如圖3所示，一個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內(nèi)，當(dāng)通電直導(dǎo)線中電流增大時，金屬線圈的面積S和橡皮繩的長度l將(　　) 圖3 A．S增大，l變長 B．S減小，l變短 C．S增大，l變短 D．S減小，l變長 答案　D 解析　當(dāng)通電直導(dǎo)線中電流增大時，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行阻礙；二是用遠(yuǎn)離直導(dǎo)線的方式進行阻礙，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4 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 答案　B 5.如圖5所示，條形磁鐵從高h(yuǎn)處自由下落，中途穿過一個固定的空心線圈，開關(guān)S斷開時，至落地用時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(guān)系正確的是(　　) 圖5 A．t1>t2，v1>v2 B．t1＝t2，v1＝v2 C．t1v2 答案　D 解析　開關(guān)S斷開時，線圈中無感應(yīng)電流，對磁鐵無阻礙作用，故磁鐵自由下落，a＝g；當(dāng)S閉合時，線圈中有感應(yīng)電流，對磁鐵有阻礙作用，故av2. 6．如圖6所示，兩個相同的輕質(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 答案　B 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(yīng)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(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環(huán)之間是相互吸引的，所以選項A、C、D錯誤，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7 A．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?。蔄錯誤．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(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錯誤．線框中產(chǎn)生電能，機械能減?。蔇錯誤． 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，則 (　　) 圖8 A．金屬環(huán)B的面積有擴大的趨勢，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 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，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，且有向上的運動趨勢，所以絲線的拉力減?。蔅正確，A、C、D錯誤． 9．為了測量列車運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，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9 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 答案　C 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(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)電流的方向為先逆時針，再順時針方向． 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，不計摩擦，在豎直方向上有勻強磁場，則(　　) 圖10 A．若磁場方向豎直向上并增強時，桿ab將向右移動 B．若磁場方向豎直向上并減弱時，桿ab將向右移動 C．若磁場方向豎直向下并增強時，桿ab將向右移動 D．若磁場方向豎直向下并減弱時，桿ab將向右移動 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)強度增大時，回路中磁通量增大，由楞次定律知桿ab將向左移動，反之，桿ab將向右移動，選項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向右運動，則可能是(　　) 圖11 A．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，滑動變阻器滑片P向左迅速滑動 D．開關(guān)S已經(jīng)是閉合的，滑動變阻器滑片P向右迅速滑動 答案　AC 解析　當(dāng)開關(guān)突然閉合時，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向右運動，故A項正確；當(dāng)開關(guān)S已經(jīng)閉合時，只有左側(cè)線圈電流增大才會導(dǎo)致鉆頭M向右運動，故C項正確． 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12 A．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．