2014-2015学年高中物理 第一章 电磁感应 感应电流的方向学案 粤教版选修3-2.doc

学案2　感应电流的方向 ‎[学习目标定位] 1.正确理解楞次定律的内容及其本质.2.掌握右手定则，并理解右手定则实际上为楞次定律的一种具体表现形式.3.能够熟练运用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向．‎ ‎1．安培定则(适用于直导线)：用右手握住通电直导线，让伸直的大拇指所指的方向跟电流的方向一致，那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向．‎ ‎2．安培定则(适用于环形电流及通电螺线管)：用右手握住导线，让弯曲的四指所指的方向跟环形电流的方向一致，那么伸直的大拇指所指的方向就是环形导线轴线上磁感线的方向．‎ 一、感应电流的方向 实验表明，磁通量增加时，感应电流磁场方向与原磁场方向相反；磁通量减少时，感应电流磁场方向与原磁场方向相同．‎ 二、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．‎ 三、右手定则 伸开右手，让拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线垂直从手心进入，拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向．‎ 一、楞次定律 ‎[问题设计]‎ 根据如图1甲、乙、丙、丁所示进行电路图连接与实验操作，并填好实验现象记录表格．‎ 图1‎ 甲 乙 丙 丁 条形磁铁运动的情况 N极向下 插入线圈 S极向下 插入线圈 S极向上 拔出线圈 N极向上 拔出线圈 原磁场方向(向上或向下)‎ 向下 向上 向下 向上 12‎ 穿过线圈的磁通量变化情况(增加或减少)‎ 增加 增加 减少 减少 感应电流的方向(在螺线管上方俯视)‎ 逆时针 顺时针 顺时针 逆时针 感应电流的磁场方向(向上或向下)‎ 向上 向下 向下 向上 原磁场与感应电流磁场的方向关系 相反 相反 相同 相同 ‎(1)请根据上表所填内容分析，感应电流的磁场方向是否总是与原磁场方向相反或相同？什么时候相反？什么时候相同？感应电流的磁场对原磁场磁通量变化有何影响？‎ ‎(2)分析当磁铁靠近或远离线圈时两者的相互作用有什么规律？‎ 答案　(1)不一定，有时相反，有时相同；闭合回路中原磁场的磁通量增加时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反；闭合回路中原磁场的磁通量减少时，感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同；感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化．‎ ‎(2)当条形磁铁插入时，磁铁与线圈的磁极是同名磁极相对；当条形磁铁拔出时，磁铁与线圈的磁极是异名磁极相对．即：两者靠近时，相互排斥；两者远离时，相互吸引．感应电流总要阻碍原磁场的相对运动．‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．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．‎ ‎2．楞次定律中“阻碍”的含义：‎ ‎(1)谁起阻碍作用——感应电流的磁场 ‎(2)阻碍什么——阻碍的是穿过回路的磁通量的变化，而不是磁通量本身．‎ ‎(3)如何阻碍——当原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反；当原磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，“阻碍”不是感应电流的磁场与原磁场的方向相反，而是“增反减同”．‎ ‎(4)阻碍效果——阻碍并不是阻止，结果是增加的还增加，减少的还减少，只是延缓了原磁场的磁通量的变化．‎ ‎3．从相对运动的角度看，感应电流的效果是阻碍相对运动(来拒去留)．‎ ‎[延伸思考]　电磁感应过程中有电能变化，该电能是否凭空增加？从能量守恒的角度如何解释？‎ 答案　从能量守恒的角度来看，感应电流的磁场总是在阻碍着它自己的产生，为了维持感应电流，就必须克服这个阻碍作用而做功，使其他形式的能量转化成电能，这就是感应电流能量的来源．‎ 二、楞次定律的应用 ‎[问题设计]‎ 在长直通电导线附近有一闭合线圈abcd，如图2所示．当直导线中的电流强度I逐渐减小时，试判断线圈中感应电流的方向．‎ 图2‎ 请从解答此题的实践中，总结出用楞次定律判定感应电流方向的具体思路．‎ 答案　线圈abcd中感应电流方向为顺时针．‎ 若要判定感应电流方向，需先弄清楚感应电流的磁场方向．根据楞次定律“阻碍”的含义，则要先明确原磁场的方向及其磁通量的变化情况．‎ ‎[要点提炼]‎ 应用楞次定律判断感应电流方向的步骤：‎ ‎(1)明确研究对象是哪一个闭合电路．‎ 12‎ ‎(2)明确原磁场的方向．‎ ‎(3)判断闭合回路内原磁场的磁通量是增加还是减少．‎ ‎(4)由楞次定律判断感应电流的磁场方向．‎ ‎(5)由安培定则判断感应电流的方向．‎ 三、右手定则 ‎[问题设计]‎ 如图3所示，导体棒ab向右做切割磁感线运动．‎ 图3‎ ‎(1)请用楞次定律判断感应电流的方向．‎ ‎(2)能否找到一种更简单的方法来判断闭合回路中部分导体切割磁感线产生的电流的方向呢？(提示：研究电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向三者之间的关系)‎ 答案　(1)感应电流的方向a→d→c→b→a.‎ ‎(2)可以用右手定则来判断．‎ ‎[要点提炼]‎ ‎1．右手定则是楞次定律的特例．‎ ‎(1)楞次定律适用于各种电磁感应现象，对于磁感应强度B随时间t变化而产生的电磁感应现象较方便．‎ ‎(2)右手定则只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况．‎ ‎2．当切割磁感线时四指的指向就是感应电流的方向，即感应电动势的方向(注意等效电源的正负极)．‎ 一、对楞次定律的理解 例1　(单选)关于楞次定律，下列说法中正确的是 (　　)‎ A．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的增强 B．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的减弱 C．感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化 D．感应电流的磁场总是阻碍原磁通量的变化 解析　楞次定律的内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，故选D.‎ 答案　D 二、楞次定律的应用 例2　(单选)如图4所示，一平面线圈用细杆悬于P点，开始时细杆处于水平位置，释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动．已知线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过位置Ⅰ和位置Ⅱ时，顺着磁场方向看去，线圈中感应电流的方向分别为 (　　)‎ 图4‎ A．逆时针方向，逆时针方向 12‎ B．逆时针方向，顺时针方向 C．顺时针方向，顺时针方向 D．顺时针方向，逆时针方向 解析　线圈在位置Ⅰ时，磁通量方向水平向右且在增加．根据楞次定律知，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，所以感应电流的磁场方向应水平向左．根据安培定则知，顺着磁场方向看去，线圈中的感应电流方向为逆时针方向．当线圈第一次通过位置Ⅱ时，穿过线圈的磁通量方向水平向右且在减小．根据楞次定律，感应电流的磁场方向水平向右．再根据安培定则，顺着磁场方向看去，线圈中感应电流的方向应为顺时针方向．‎ 答案　B 12‎ 针对训练　(单选)如图5所示，闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在匀强磁场中，将它从匀强磁场中匀速拉出，以下各种说法中正确的是(　　)‎ 图5‎ A．向左和向右拉出时，环中感应电流方向相反 B．向左和向右拉出时，环中感应电流方向都是沿顺时针方向 C．向左和向右拉出时，环中感应电流方向都是沿逆时针方向 D．当圆环全部处在磁场中运动时，也有感应电流产生 答案　B 解析　圆环中感应电流的方向，取决于圆环中磁通量的变化情况，向左或向右将圆环拉出磁场的过程中，圆环中垂直纸面向里的磁感线的条数都要减少，根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场的方向与原磁场方向相同，即都垂直纸面向里，应用安培定则可以判断出感应电流的方向沿顺时针方向．圆环全部处在磁场中运动时，虽然导线做切割磁感线运动，但环中磁通量不变．只有在圆环离开磁场过程中，环的一部分在磁场中，另一部分在磁场外，环中磁通量才发生变化，环中才有感应电流．B选项正确．‎ 三、右手定则的应用 例3　(单选)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(　　)‎ 解析　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中电流沿a→d→c→b→a方向，D中电流方向为b→a.故选A.‎ 答案　A 12‎ ‎1．(对楞次定律的理解)(单选)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 答案　A 解析　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，当原磁场减弱时跟原磁场同向，选项D错误．‎ ‎2．(楞次定律的应用)(双选)如图6所示，有一通电直导线L和闭合导体框abcd处于同一平面内，当通电导线L运动时，以下说法正确的是 (　　)‎ 图6‎ A．当导线L向左平移时，导体框abcd中感应电流的方向为abcda B．当导线L向左平移时，导体框abcd中感应电流的方向为adcba C．当导线L向右平移时(未到达ad)，导体框abcd中感应电流的方向为abcda D．当导线L向右平移时(未到达ad)，导体框abcd中感应电流的方向为adcba 答案　AD 12‎ 解析　当导线L向左平移时，闭合导体框abcd中磁场减弱，磁通量减少，abcd回路中产生的感应电流的磁场将阻碍磁通量的减少，由于导线L在abcd中磁场方向垂直纸面向里，所以abcd中感应电流的磁场方向应为垂直纸面向里，由安培定则可知感应电流的方向为abcda，选项A正确；当导线L向右平移时，闭合导体框abcd中磁场增强，磁通量增加，abcd回路中产生的感应电流的磁场将阻碍原磁通量的增加，可知感应电流的磁场为垂直纸面向外，再由安培定则可知感应电流的方向为adcba，选项D正确．‎ ‎3．(楞次定律的应用)(双选)如图7所示，在水平面上有一个闭合的线圈，将一根条形磁铁从线圈的上方插入线圈中，在磁铁进入线圈的过程中，线圈中会产生感应电流，磁铁会受到线圈中电流的作用力，若从线圈上方俯视，关于感应电流和作用力的方向，以下判断正确的是 (　　)‎ 图7‎ A．若磁铁的N极向下插入，线圈中产生顺时针方向的感应电流 B．若磁铁的S极向下插入，线圈中产生顺时针方向的感应电流 C．无论N极向下插入还是S极向下插入，磁铁都受到向下的引力 D．无论N极向下插入还是S极向下插入，磁铁都受到向上的斥力 答案　BD 解析　若磁铁的N极向下插入，穿过线圈的磁通量增加，磁场方向向下，根据楞次定律可知，感应磁场方向向上，由安培定则知，线圈中产生逆时针方向的感应电流，故A错误；若磁铁的S极向下插入，穿过线圈的磁通量增加，磁场方向向上，根据楞次定律可知，感应磁场方向向下，由安培定则知，线圈中产生顺时针方向的感应电流，故B正确；通电线圈的磁场与条形磁铁相似，根据安培定则判断可知，当N极向下插入时，线圈上端相当于N极，当S极向下插入时，线圈上端相当于S极，存在斥力，故C错误，D正确．导体与磁体的作用力也可以根据楞次定律的另一种表述判断：感应电流的磁场总要阻碍导体与磁体间的相对运动，无论N极向下插入还是S极向下插入，磁体与线圈的相对位置都在减小，故磁体与线圈之间存在斥力．故C错误，D正确．所以选B、D.‎ ‎4．(右手定则的应用)(双选)如图8 所示，光滑平行金属导轨PP′和QQ′，都处于同一水平面内，P和Q之间连接一电阻R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中．现在将垂直于导轨放置一根导体棒MN，用一水平向右的力F拉动导体棒MN，以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是 (　　)‎ 图8‎ A．感应电流方向是N→M B．感应电流方向是M→N C．安培力水平向左 D．安培力水平向右 答案　AC 12‎ 解析　由右手定则知，MN中感应电流方向是N→M，再由左手定则可知，MN所受安培力方向垂直导体棒水平向左，C正确，故选A、C.‎ 题组一　对楞次定律的理解 ‎1．(单选)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．感应电流的磁场总要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 答案　C 解析　由楞次定律可知，感应电流的磁场总要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，则感应电流的磁场就与它相反，来消弱它的增大，如果原磁场中的磁通量是减小的，则感应电流的磁场就与它相同，来阻碍它的减小，故A、B、D错误．‎ ‎2．(单选)根据楞次定律可知，感应电流的磁场一定是 (　　)‎ A．与引起感应电流的磁场反向 B．阻止引起感应电流的磁通量变化 C．阻碍引起感应电流的磁通量变化 D．使电路磁通量为零 答案　C 解析　由楞次定律可知，感应电流的磁场总要阻碍引起它的原磁通量的变化．具体来说就是“增反减同”．因此C正确．‎ 题组二　楞次定律的应用 ‎3．(单选)矩形导线框abcd与长直导线MN放在同一水平面上，ab边与MN平行，导线MN中通入如图1所示的电流，当MN中的电流增大时，下列说法正确的是 (　　)‎ 图1‎ A．导线框abcd中没有感应电流 B．导线框abcd中有顺时针方向的感应电流 C．导线框所受的安培力的合力方向水平向左 D．导线框所受的安培力的合力方向水平向右 答案　D 解析　直导线中通有向上均匀增大的电流，根据安培定则知，通过线框的磁场方向垂直纸面向里，且均匀增大，根据楞次定律知感应电流的方向为逆时针方向．故A、B错误．根据左手定则知，ab边所受安培力方向水平向右，cd边所受安培力方向水平向左，离导线越近，磁感应强度越大，所以ab边所受的安培力大于cd边所受的安培力，则导线框所受安培力的合力方向水平向右，故C错误，D正确．故选D.‎ 12‎ ‎4．(单选)如图2所示，AOC是光滑的金属轨道，AO沿竖直方向，OC沿水平方向，PQ是一根金属直杆立在轨道上，直杆从图示位置由静止开始在重力作用下运动，运动过程中Q端始终在OC上，空间存在着垂直纸面向外的匀强磁场，则在PQ杆滑动的过程中，下列判断正确的是 (　　)‎ 图2‎ A．感应电流的方向始终是P→Q B．感应电流的方向先是由P→Q，后是由Q→P C．PQ受磁场力的方向垂直于杆向左 D．PQ受磁场力的方向先垂直于杆向右，后垂直于杆向左 答案　B 解析　在PQ杆滑动的过程中，杆与导轨所围成的三角形面积先增大后减小，三角形POQ内的磁通量先增大后减小，由楞次定律可判断B项对，A项错．再由PQ中电流方向及左手定则可判断C、D项错误，故选B.‎ ‎5．(单选)如图3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 (　　)‎ 图3‎ A．始终有感应电流自a向b流过电流表G B．始终有感应电流自b向a流过电流表G C．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 答案　C 解析　当条形磁铁进入螺线管时，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，由楞次定律可知C正确．‎ ‎6．(单选)如图4所示，金属环所在区域存在着匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里．当磁感应强度逐渐增大时，内、外金属环中感应电流的方向为(　　)‎ 图4‎ A．外环顺时针，内环逆时针 B．外环逆时针，内环顺时针 C．内、外环均为逆时针 D．内、外环均为顺时针 答案　B 12‎ 解析　首先明确研究的回路由外环和内环共同组成，回路中包围的磁场方向垂直纸面向里且内、外环之间的磁通量增加．由楞次定律可知两环之间的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，垂直于纸面向外，再由安培定则判断出感应电流的方向是：外环沿逆时针方向，内环沿顺时针方向，故选项B正确．‎ ‎7．(单选)如图5所示，一对大磁极，中间处可视为匀强磁场，上、下边缘处为非匀强磁场，一矩形导线框abcd保持水平，从两磁极间中心上方某处开始下落，并穿过磁场，则(　　)‎ 图5‎ A．线框中有感应电流，方向是先a→b→c→d→a后d→c→b→a→d B．线框中有感应电流，方向是先d→c→b→a→d后a→b→c→d→a C．受磁场的作用，线框要发生转动 D．线框中始终没有感应电流 答案　D 解析　由于线框从两极间中心上方某处开始下落，根据对称性知，下落过程中穿过线框abcd的磁通量始终是零，没有变化，所以始终没有感应电流，因此不会受磁场的作用．故选项D正确．‎ ‎8．(单选)如图6所示，金属线框与直导线AB在同一平面内，直导线中通有电流I，将线框由位置1拉至位置2的过程中，线框的感应电流的方向是 (　　)‎ 图6‎ A．先顺时针，后逆时针，再顺时针 B．始终顺时针 C．先逆时针，后顺时针，再逆时针 D．始终逆时针 答案　C 解析　在靠近直导线直到处于中间位置的过程中，磁通量先增大后减小，原磁场方向垂直纸面向里，感应电流的磁场方向应先垂直纸面向外后再垂直纸面向里，由安培定则可判断电流方向为先逆时针后顺时针，同理当处于中间位置到线框全穿过直导线的过程中，感应电流方向为顺时针，当远离导线的过程中，感应电流方向为逆时针，故选C.‎ ‎9．(单选)如图7所示，在水平地面下有一条沿东西方向铺设的水平直导线，导线中通有自东向西稳定、强大的直流电流．现用一闭合的检测线圈(线圈中串有灵敏的检流计，图中未画出)检测此通电直导线的位置，若不考虑地磁场的影响，检测线圈位于水平面内，从距直导线很远处由北向南沿水平地面通过导线的上方并移至距直导线很远处的过程中，俯视检测线圈，其中的感应电流的方向是 (　　)‎ 图7‎ A．先顺时针后逆时针 B．先逆时针后顺时针 12‎ C．先逆时针后顺时针，然后再逆时针 D．先顺时针后逆时针，然后再顺时针 答案　C 解析　根据通电直导线周围磁感线的特点，检测线圈由远处移至直导线正上方过程中，穿过线圈的磁场有向下的分量，磁通量先增加后减小，由楞次定律和安培定则知，线圈中的电流方向先逆时针后顺时针．当检测线圈由直导线正上方移至远处过程中，穿过线圈的磁场有向上的分量，磁通量先增加后减小，由楞次定律和安培定则知，线圈中的电流方向先顺时针后逆时针，所以C正确．‎ ‎10．(双选)北半球地磁场的竖直分量向下．如图8所示，在北京某中学实验室的水平桌面上，放置一个边长为L的正方形闭合导体线圈abcd，线圈的ab边沿南北方向，ad边沿东西方向．下列说法中正确的是(　　)‎ 图8‎ A．若使线圈向东平动，则a点的电势比b点的电势低 B．若使线圈向北平动，则a点的电势比b点的电势低 C．若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→b→c→d→a D．若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a 答案　AC 解析　用楞次定律判断产生的感应电流的方向．线圈向东平动时，ba和cd两边切割磁感线，且两边切割磁感线产生的感应电动势大小相同，a点电势比b点电势低，A对；同理，线圈向北平动，则a、b电势相等，高于c、d两点电势，B错；以ab为轴将线圈翻转，向下的磁通量减小了，感应电流的磁场方向应该向下，再由安培定则知，感应电流的方向为a→b→c→d→a，则C对，D错．‎ 题组三　右手定则的应用 ‎11．(单选)如图9所示，匀强磁场与圆形导体环平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时(　　)‎ 图9‎ A．圆环中磁通量不变，环上无感应电流产生 B．整个环中有顺时针方向的电流 C．整个环中有逆时针方向的电流 D．环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流 答案　D 解析　由右手定则知ef上的电流由e→f，故右侧的电流方向为逆时针，左侧的电流方向为顺时针，选D.‎ ‎12．(单选)如图10所示，导线框abcd与通电直导线在同一平面内，直导线通有恒定电流并通过ad和bc的中点，当线框向右运动的瞬间，则(　　)‎ 12‎ 图10‎ A．线框中有感应电流，且按顺时针方向 B．线框中有感应电流，且按逆时针方向 C．线框中有感应电流，但方向难以判断 D．由于穿过线框的磁通量为零，所以线框中没有感应电流 答案　B 解析　此题可用两种方法求解，借此感受分别在哪种情况下应用右手定则和楞次定律更便捷．‎ 方法一：首先由安培定则判断通电直导线周围的磁场方向(如图所示)，因ab导线向右做切割磁感线运动，由右手定则判断感应电流方向由a→b，同理可判断cd导线中的感应电流方向由c→d，ad、bc两边不做切割磁感线运动，所以整个线框中的感应电流是沿逆时针方向的．‎ 方法二：首先由安培定则判断通电直导线周围的磁场方向(如图所示)，由对称性可知合磁通量Φ＝0；当导线框向右运动时，穿过线框的磁通量增大(方向垂直纸面向里)，由楞次定律可知感应电流的磁场方向应垂直纸面向外，最后由安培定则判断感应电流方向沿逆时针，故B选项正确．‎ ‎13．(双选)如图11所示，小圆圈表示处于匀强磁场中的闭合电路一部分导线的横截面，速度v在纸面内．关于感应电流的有无及方向的判断正确的是(　　)‎ ‎　‎ 图11‎ A．甲图中有感应电流，方向向里 B．乙图中有感应电流，方向向外 C．丙图中无感应电流 D．丁图中a、b、c、d四个位置均无感应电流 答案　AC 解析　甲图中导线切割磁感线，根据右手定则，可知电流方向向里，A正确；乙、丙图中导线不切割磁感线，无电流，B错误，C正确；丁图中导线在b、d位置时切割磁感线，有感应电流，在a、c位置时速度的方向与磁感线方向平行，不切割磁感线，无电流，D错误．‎ 12‎