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1　楞次定律
第二章　电磁感应及其应用
[学习目标]　
1.理解右手定则,并能应用右手定则判定导线切割磁感线运动产生的感应电流的方向。2.体验楞次定律的探究过程,培养观察实验的能力以及对实验现象分析、归纳、总结的能力。理解楞次定律的内容,能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向。3.掌握楞次定律的应用,理解楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的具体表现。
探究·必备知识
「探究新知」
知识点一　右手定则
1.内容:如图,伸开右手,使大拇指与其余并拢的四指 ,并与手掌在 平面内,让磁感线 从手心穿入,并使拇指指向 的方向,这时四指所指的方向就是 的方向。
2.适用范围:只适用于判定导线 运动而产生感应电流的情况。
垂直
同一
垂直
导线运动
感应电流
切割磁感线
1.实验探究
(1)将螺线管与电流计组成闭合回路,分别将条形磁铁的N极、S极插入或拔出螺线管,如图所示,记录感应电流的方向。
知识点二　楞次定律
(2)分析归纳。
①螺线管内磁通量增加时(图甲、乙)。
向下
图示 原磁场方向 感应电流方向(俯视) 感应电流的磁场方向
甲 向上 顺时针
乙 逆时针 向上
②螺线管内磁通量减小时(图丙、丁)。
图示 原磁场方向 感应电流方向(俯视) 感应电流的磁场方向
丙 向上 逆时针
丁 顺时针 向下
向下
向上
向下
(3)实验结论。
感应电流的方向与原磁场的 及原磁场穿过线圈的磁通量 有关。当引起感应电流的原磁场(B0)穿过螺线管的磁通量增加时,感应电流的磁场(B′)方向与原磁场(B0)方向 ;当引起感应电流的原磁场(B0)穿过螺线管的磁通量减小时,感应电流的磁场(B′)方向与原磁场(B0)方向 。
方向
增减
相反
相同
2.楞次定律
(1)内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总是要 引起感应电流的磁通量的 。
(2)楞次定律是 定律在电磁感应中的具体表现。使回路中产生感应电流的过程,要克服 的阻力做功,做功的过程要消耗能量,转化为回路中的 能。
阻碍
变化
能量守恒
磁场
电
1.利用楞次定律判断感应电流(感应电动势)方向的步骤
(1)明确研究的对象是哪一个 。
(2)明确引起 的、穿过该闭合回路的磁场(B0)的方向。
(3)确定原磁场(B0)穿过该闭合回路的磁通量是 还是 。
(4)根据楞次定律,确定该闭合回路内 的磁场(B′)的方向。
(5)利用安培定则判断能够形成上述磁场(B′)的 的方向。
知识点三　楞次定律的应用
闭合回路
电磁感应
增大
减小
感应电流
感应电流
2.楞次定律和右手定则的关系
(1)楞次定律和右手定则并无矛盾。
(2)当闭合回路中有部分导体做切割磁感线的运动时,运用 更简便。
右手定则
「新知检测」
1.思考判断
(1)由楞次定律知,感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。
(　 　)
(2)回路不闭合,穿过回路的磁通量变化时,也会产生“阻碍”作用。(　 　)
(3)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。(　 　)
(4)楞次定律表明感应电流的效果总与引起感应电流的原因对抗。(　 　)
(5)因动而生电,可以用右手定则来判定感应电流的方向。(　 　)
×
×
√
√
√
2.思维探究
(1)若导体不动,磁场运动,怎样应用右手定则
【答案】 (1)闭合回路部分导体做切割磁感线运动具有相对性,如果导体不动,磁场运动,则大拇指指向为导体相对于磁场的运动方向。
(2)楞次定律中“阻碍”是阻止的意思吗
【答案】 (2)阻碍不是阻止,阻碍只是延缓了磁通量的变化,但这种变化仍将继续进行。
(3)穿过闭合回路的磁场不止一个,怎样理解穿过该回路的磁通量的变化
【答案】 (3)不是某一个磁场的磁通量的变化,而是所有磁场的合磁通量的变化。
突破·关键能力
要点一　对楞次定律的理解与应用
「情境探究」
小亮在学习了电磁感应之后,自己制作了一个手动手电筒。如图是手电筒的简单结构示意图,左右两端是两块完全相同的条形磁铁,中间是一根绝缘直杆,由绝缘细铜丝绕制的多匝环形线圈只可在直杆上自由滑动,线圈两端接一灯泡,晃动手电筒时线圈也来回滑动,灯泡就会发光,其中O点是两磁极连线的中点,a、b两点关于O点对称。思考以下问题:
(1)该手电筒的工作原理是什么
【答案】 (1)线圈来回滑动时,穿过线圈的磁通量不断变化,线圈中产生感应电流,灯泡发光。
(2)灯泡中的电流方向是否变化
【答案】 (2)线圈由a滑至b过程中,磁场方向向左,穿过线圈的磁通量先减小后增加,根据楞次定律和安培定则可知,灯泡中电流方向先由右向左,后由左向右,同样可判断线圈由b滑至a过程中,灯泡中电流方向先由右向左,后由左向右。所以线圈中电流方向不断变化。
「要点归纳」
1.因果关系
楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系,磁通量发生变化是原因,产生感应电流是结果,原因产生结果,结果反过来影响原因。
2.对楞次定律中“阻碍”的理解
[例1] 如图所示,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,线框中感应电流的方向是(　　)
[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
C
【解析】 根据安培定则可得,直导线AB左边磁场方向垂直于纸面向里,右边磁场方向垂直于纸面向外。线框由位置1拉至位置2的过程中,当线框在直导线AB左侧运动时,磁场方向向里且增大,则磁通量增加,根据楞次定律和安培定则可知,感应电流方向为逆时针。当线框右边靠近直导线AB到线框中轴与直导线AB重合时,由于左边磁场向里、右边磁场向外,则磁通量减小,根据楞次定律和安培定则可知,感应电流方向为顺时针。当线框中轴与直导线AB重合到线框左边离开直导线AB时,由于左边磁场向里、右边磁场向外,则磁通量增加,根据楞次定律和安培定则可知,感应电流方向为顺时针。当线框在直导线AB右侧运动时,由于磁场向外且大小减小,则磁通量减小,根据楞次定律和安培定则可知,感应电流方向为逆时针,C正确,A、B、D错误。
[针对训练1] 电阻R、电容C与一线圈连成闭合电路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N极朝下,如图所示。现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端的过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是(　　)
[A] 从a到b,上极板带正电
[B] 从a到b,下极板带正电
[C] 从b到a,上极板带正电
[D] 从b到a,下极板带正电
D
【解析】 在磁铁自由下落,N极接近线圈上端的过程中,通过线圈的磁通量方向向下且在增大,根据楞次定律可判断出线圈中感应电流的磁场方向向
上,利用安培定则可知线圈中感应电流方向为逆时针(由上往下看),流过R的电流方向从b到a,电容器下极板带正电,选项D正确。
要点二　右手定则与左手定则、楞次定律的比较及联系
「情境探究」
(1)左手定则、右手定则、安培定则分别用来判断哪个物理量的方向
【答案】 (1)左手定则用于判断安培力和洛伦兹力的方向;右手定则用于判断闭合电路的部分导体切割磁感线时产生的感应电流方向;安培定则用于判断电流的磁场方向。
(2)能否用左手定则判断感应电流的方向
(3)闭合回路中部分导体切割磁感线时,右手定则和楞次定律是否都可以用来判断感应电流的方向
【答案】 (2)不能。
【答案】 (3)是。
「要点归纳」
1.右手定则与左手定则的比较
项目 右手定则 左手定则
作用 判断感应 电流的方向 判断通电导体所受
安培力的方向
已知条件 已知切割运动 方向和磁场方向 已知电流方向
和磁场方向
2.右手定则与楞次定律的关系
项目 右手定则 楞次定律
研究对象 闭合回路的一部分 整个闭合回路
适用范围 一段导体在磁场中 做切割磁感线运动 磁通量变化引起感
应电流的各种情况
关系 右手定则是楞次定律的特殊情况 3.相互联系
(1)应用楞次定律,必然要用到安培定则。
(2)判断感应电流受到的安培力,有时可以先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安培力的方向。
[例2] (多选)如图,线圈L1、L2绕在水平放置的闭合铁芯上,与线圈L2相连的导轨光滑并水平固定,导轨内存在竖直向下的匀强磁场B2,与线圈L1相连的导轨倾斜固定,导轨内存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场B1。当金属杆cd在倾斜导轨上做某种运动时,使得金属杆ab向左运动,已知金属杆切割磁感线的速度越大,感应电流越大,产生的磁场越强,则金属杆cd在倾斜导轨上的运动情况可能是(　 　)
[A] 加速向下 [B] 匀速向下
[C] 加速向上 [D] 减速向上
AD
【解析】 金属杆ab向左运动,说明受到向左的安培力,由左手定则可知,金属杆中的电流由b到a;由安培定则可知,右侧线框中感应电流产生的磁场方向向下,若左侧金属杆向下运动,左侧线框中产生的磁通量向下,右侧线框中的磁通量向上;则由楞次定律可知,左侧线框中的磁场增强,故产生以上现象只能是加速运动,A正确,B错误。若左侧金属杆向上运动,左侧线框中产生的磁通量向上,右侧线框中的磁通量向下,则由楞次定律可知,左侧线框中的磁场减弱,故产生以上现象只能是减速运动,C错误,D正确。
“一定律、三定则”的应用技巧
·规律方法·
基本现象 应用的定则或定律
运动电荷、电流产生磁场 安培定则
磁场对运动电荷、电流有作用力 左手定则
电磁 感应 部分导体做切割磁感线运动 右手定则
闭合回路磁通量变化 楞次定律
[针对训练2] 如图所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,MN的左边有一如图所示的闭合电路,当PQ在一外力的作用下运动时,MN向右运动,则PQ所做的运动可能是(　　)
[A] 向左加速运动 [B] 向右加速运动
[C] 向左减速运动 [D] 向右匀速运动
A
【解析】 根据安培定则可知,MN处于ab产生的垂直于纸面向里的磁场中,
MN在安培力作用下向右运动,说明MN受到的安培力向右,由左手定则可知电流由M指向N,L1中感应电流的磁场方向向上,由楞次定律可知,L2线圈中产生感应电流的磁场应该是向上减小或向下增加,再由右手定则可知PQ可能是向左加速运动或向右减速运动,A正确,B、C、D错误。
要点三　探究影响感应电流方向的因素
[例3] 同学们在学习了感应电流产生的条件后,想通过实验探究影响感应电流方向的因素,实验过程如下:
(1)按照图甲所示电路连接器材,闭合开关,电流表指针向右偏转,对调电源正、负极,重复以上操作。该步骤目的是获得电流表指针偏转方向与　　　　(选填“电流”或“磁铁的运动”)方向的对应关系。
电流
【解析】 (1)按照题图甲所示电路连接器材,闭合开关,电流表指针向右偏转,对调电源正、负极,重复以上操作。该步骤目的是获得电流表指针偏转方向与电流方向的对应关系以及判断电流表是否能正常工作。
(2)按照图乙所示电路连接器材,查明线圈中导线的绕向,以确定磁体运动
时感应电流产生的磁场方向。
(3)分别改变磁体磁场的方向和磁体的运动方向,观察指针偏转方向,使用
表格中记录的数据;根据第1步探究的对应关系,表中实验4中标有“▲”的
空格应填　　　　(选填“向上”“向下”“向左”或“向右”)。
实验 序号 磁体磁场的 方向(正视) 磁体运 动情况 指针偏 转情况 感应电流的磁场方
向(正视)
1 向下 插入线圈 向左 向上
2 向下 拔出线圈 向右 向下
3 向上 插入线圈 向右 向下
4 向上 拔出线圈 向左 ▲
向上
【解析】 (3)磁体磁场的方向向上,拔出线圈,发现指针向左偏转,根据实验序号1数据可知感应电流的磁场方向向上。
(4)根据表中所记录数据,进行如下分析:
①由实验1和　 (填实验序号)可得出结论:感应电流方向与磁体运动情况有关。
2
【解析】 (4)①根据控制变量法要探究感应电流方向与磁体运动情况,需保证磁体磁场的方向相同,磁体运动方向不同,所以由实验1和2可得出结论:感应电流方向与磁体运动情况有关。
②由实验2、4得出的结论:穿过闭合回路的磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向　　　　(选填“相同”“相反”或“无关”)。
(5)经过进一步讨论和学习,同学们掌握了影响感应电流方向的因素及其结论,为电磁感应定律的学习打下了基础。
相同
【解析】 ②由实验2、4可得出结论:穿过闭合回路的磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向相同。
[针对训练3] 绕在同一铁芯上的线圈Ⅰ、Ⅱ按图所示方法连接,判断在以下各情况中,线圈Ⅱ中是否有感应电流产生,若有,则判断R中感应电流方向。
(均选填“无”“向左”或“向右”)
(1)闭合开关S的瞬间:　　　　。
向右
【解析】 (1)闭合开关S的瞬间,线圈Ⅰ的轴线上磁场方向水平向右,线圈Ⅱ所在位置磁场水平向右增大,则线圈Ⅱ中产生的感应电流从右端流入,左端流出,则R中感应电流方向向右。
(2)保持开关S闭合时:　　　　。
无
【解析】 (2)保持开关S闭合时,穿过线圈Ⅱ的磁通量不变,没有感应电流产生。
(3)断开开关S的瞬间:　　　　。
向左
【解析】 (3)断开开关S的瞬间,穿过线圈Ⅱ的磁场向右减小,则线圈Ⅱ中产生的感应电流从右端流出,左端流入,则R中感应电流方向向左。
(4)开关S闭合,将滑动变阻器R0的滑片向左滑动时:　　　　。
向右
【解析】 (4)开关S闭合,将滑动变阻器R0的滑片向左滑动时,线圈Ⅰ所在电路电流增大,磁场增强,穿过线圈Ⅱ的磁通量向右增大,则R中感应电流方向向右。
提升·核心素养
「模型·方法·结论·拓展」
楞次定律中的几种推论
内容 例证
阻碍原磁通量变化——“增反减同”
磁铁靠近线圈,B感与B原反向
阻碍相对运动——“来拒去留”
磁铁靠近,是斥力
磁铁远离,是引力
使回路面积有扩大或缩 小的趋势——“增缩减扩”
P、Q是光滑固定导轨,a、b是可动金属棒,磁铁下移,面积应减小,a、b靠近
B减小,线圈扩张
[示例] 如图所示,在光滑绝缘的水平桌面上放一弹性闭合导体环,在导体环轴线上方有一条形磁铁。当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时,下列判断正确的是(　　)
[A] 导体环有收缩趋势
[B] 通过导体环的磁通量保持不变
[C] 导体环对桌面的压力小于重力
[D] 导体环中产生顺时针方向的感应电流
A
【解析】 当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时,穿过导体环的磁通量增大,根据楞次定律可知导体环产生的感应电流所受的安培力将使导体环有收缩趋势和远离磁铁的趋势,则导体环对桌面的压力大于重力,故A正确,B、C错误;由于磁铁的极性未知,因此无法判断导体环中感应电流的方向,故D错误。
「科学·技术·社会·环境」
延时继电器
延时继电器主要用于直流或交流操作的各种保护和自动控制线路中,作为辅助继电器,以增加触点数量和触点容量,可根据需要自由调节延时的时间。延时继电器可广泛应用于商业和工业楼宇,实现简单的自动化功能,如通风、供暖、百叶窗升降调节和互锁、升降机、泵、照明、标识、监控等场合。
[示例] (多选)如图所示是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B,线圈A跟电源连接,线圈B两端连在一起,构成一个闭合电路。在断开开关S的时候,弹簧K并不会立刻将衔铁D拉起而使触头C(连接工作电路)离开,而是过一小段时间后才执行这个动作。延时继电器就是这样得名的。下列说法正确的是(　 　)
[A] 断开开关S时,电阻R中的电流从上往下
[B] 保持开关S闭合,电阻R中的电流从上往下
[C] 断开开关S后,一小段时间电磁铁仍会吸住衔铁D
[D] 若线圈B不闭合,仍有延时效果
AC
【解析】 S保持闭合,线圈A中电流稳定,则线圈B中无感应电流,故B错误;断开开关时,由楞次定律和安培定则可知,电阻R中的电流方向从上往下,故A正确;延时效果是由于断开开关时,线圈B产生感应电流,电磁铁仍有磁性,仍然对D有吸引力,仍会吸住衔铁D一小段时间,若线圈B不闭合,无感应电流,无延时效果,故C正确,D错误。
检测·学习效果
1.在电磁感应现象中,下列说法正确的是(　　)
[A] 感应电流的磁场总是阻碍原来磁场磁通量的变化
[B] 闭合线框放在变化的磁场中一定能产生感应电流
[C] 闭合线框放在变化的磁场中做切割磁感线运动,一定能产生感应电流
[D] 感应电流的磁场总是跟原来磁场的方向相反
A
【解析】 根据楞次定律可知,感应电流的磁场总是阻碍原来磁场磁通量的变化,故A正确;闭合线框放在变化的磁场中,如果线框与磁场平行,穿过线框的磁通量不变,线框中不能产生感应电流,故B错误;闭合线框在变化的磁场中做切割磁感线运动,线框中磁通量不一定变化,线框中不一定有感应电流产生,故C错误;当原来磁场的磁通量增加时,感应电流的磁场跟原来的磁场方向相反,当原来磁场的磁通量减小时,感应电流的磁场跟原来的磁场方向相同,故D错误。
2.金属线框abcd与一长导线在同一平面内,导线通有恒定电流I。线框由图中位置Ⅰ匀速运动到位置Ⅱ。在此过程中,有关穿过线框的磁通量与感应电流的方向,下列说法正确的是(　　)
[A] 垂直于纸面向里的磁通量增大,感应电流方向沿abcda
[B] 垂直于纸面向里的磁通量减小,感应电流方向沿abcda
[C] 垂直于纸面向外的磁通量增大,感应电流方向沿adcba
[D] 垂直于纸面向里的磁通量减小,感应电流方向沿adcba
B
【解析】 由安培定则得,导线右侧的磁场为垂直于纸面向里,线框由题图中位置Ⅰ匀速运动到位置Ⅱ过程中,线框远离导线,线框所处位置的磁场减弱,所以磁通量垂直于纸面向里减小,根据楞次定律可知,感应电流方向沿abcda。故选B。
3.如图所示的磁场中有一个垂直于磁场中心磁感线放置的闭合圆环,现在将圆环从图示A位置水平向右移到B位置,从右向左看,感应电流方向和圆环变形趋势正确的是(　　)
[A] 逆时针,扩张趋势
[B] 逆时针,收缩趋势
[C] 顺时针,扩张趋势
[D] 顺时针,收缩趋势
A
【解析】 由题图可知,圆环由A位置水平向右移到B位置的过程中,穿过圆环向右的磁感线条数变少,故说明磁通量变小,根据楞次定律可知,圆环中感应电流产生的磁场方向向右,再根据安培定则知圆环中感应电流方向是逆时针方向(从右向左看),根据楞次定律推论“增缩减扩”可知圆环有扩张趋势。故选A。
4.小亮用如下实验探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素。
(1)如图甲所示,已知电流从电流表的正接线柱流入时,指针向右偏转。则当图中磁体快速向下运动时,可观察到电流表指针　　　　(选填“不”“向左”或“向右”)偏转。
向右
【解析】 (1)通过实验得知,当电流从电流表的正接线柱流入时,指针向右偏转,则当磁体向下运动时,穿过线圈的磁通量向下增加,根据楞次定律可知,感应电流从电流表的正接线柱流入,其指针向右偏转。
(2)用如图乙所示的实物电路探究影响感应电流方向的因素,先将图乙的实物连线补充完整。在闭合开关前,滑动变阻器滑片应移至最　　 　　(选填
“左”或“右”)端。
【答案及解析】 (2)将题图乙中的实物连线,如图所示。
为保护电路安全,所以滑动变阻器的滑片应该在阻值最大端,即滑片应该移到最左端。
左
(3)若图乙实物电路连接正确,开关闭合瞬间,电流表的指针向左偏转,将铁芯从线圈P中快速抽出时,可观察到电流表指针　　　　(选填“不”“向左”或“向右”)偏转。
【解析】 (3)开关闭合瞬间,电流表的指针向左偏转,穿过电流表回路线圈的磁通量增加,将铁芯从线圈中抽出时,则穿过电流表回路线圈的磁通量减小,由楞次定律可知,指针向右偏转。
向右
感谢观看1　楞次定律
[学习目标]　1.理解右手定则,并能应用右手定则判定导线切割磁感线运动产生的感应电流的方向。2.体验楞次定律的探究过程,培养观察实验的能力以及对实验现象分析、归纳、总结的能力。理解楞次定律的内容,能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向。3.掌握楞次定律的应用,理解楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的具体表现。
探究新知
知识点一　右手定则
1.内容:如图,伸开右手,使大拇指与其余并拢的四指垂直,并与手掌在同一平面内,让磁感线垂直从手心穿入,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。
2.适用范围:只适用于判定导线切割磁感线运动而产生感应电流的情况。
知识点二　楞次定律
1.实验探究
(1)将螺线管与电流计组成闭合回路,分别将条形磁铁的N极、S极插入或拔出螺线管,如图所示,记录感应电流的方向。
(2)分析归纳。
①螺线管内磁通量增加时(图甲、乙)。
图示 原磁场方向 感应电流 方向(俯视) 感应电流的 磁场方向
甲 向上 顺时针 向下
乙 向下 逆时针 向上
②螺线管内磁通量减小时(图丙、丁)。
图示 原磁场方向 感应电流 方向(俯视) 感应电流的 磁场方向
丙 向上 逆时针 向上
丁 向下 顺时针 向下
(3)实验结论。
感应电流的方向与原磁场的方向及原磁场穿过线圈的磁通量增减有关。当引起感应电流的原磁场(B0)穿过螺线管的磁通量增加时,感应电流的磁场(B′)方向与原磁场(B0)方向相反;当引起感应电流的原磁场(B0)穿过螺线管的磁通量减小时,感应电流的磁场(B′)方向与原磁场(B0)方向相同。
2.楞次定律
(1)内容:感应电流具有这样的方向,即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。
(2)楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的具体表现。使回路中产生感应电流的过程,要克服磁场的阻力做功,做功的过程要消耗能量,转化为回路中的电能。
知识点三　楞次定律的应用
1.利用楞次定律判断感应电流(感应电动势)方向的步骤
(1)明确研究的对象是哪一个闭合回路。
(2)明确引起电磁感应的、穿过该闭合回路的磁场(B0)的方向。
(3)确定原磁场(B0)穿过该闭合回路的磁通量是增大还是减小。
(4)根据楞次定律,确定该闭合回路内感应电流的磁场(B′)的方向。
(5)利用安培定则判断能够形成上述磁场(B′)的感应电流的方向。
2.楞次定律和右手定则的关系
(1)楞次定律和右手定则并无矛盾。
(2)当闭合回路中有部分导体做切割磁感线的运动时,运用右手定则更简便。
新知检测
1.思考判断
(1)由楞次定律知,感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。(　×　)
(2)回路不闭合,穿过回路的磁通量变化时,也会产生“阻碍”作用。(　×　)
(3)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。(　√　)
(4)楞次定律表明感应电流的效果总与引起感应电流的原因对抗。(　√　)
(5)因动而生电,可以用右手定则来判定感应电流的方向。(　√　)
2.思维探究
(1)若导体不动,磁场运动,怎样应用右手定则
(2)楞次定律中“阻碍”是阻止的意思吗
(3)穿过闭合回路的磁场不止一个,怎样理解穿过该回路的磁通量的变化
【答案】 (1)闭合回路部分导体做切割磁感线运动具有相对性,如果导体不动,磁场运动,则大拇指指向为导体相对于磁场的运动方向。
(2)阻碍不是阻止,阻碍只是延缓了磁通量的变化,但这种变化仍将继续进行。
(3)不是某一个磁场的磁通量的变化,而是所有磁场的合磁通量的变化。
要点一　对楞次定律的理解与应用
情境探究
　小亮在学习了电磁感应之后,自己制作了一个手动手电筒。如图是手电筒的简单结构示意图,左右两端是两块完全相同的条形磁铁,中间是一根绝缘直杆,由绝缘细铜丝绕制的多匝环形线圈只可在直杆上自由滑动,线圈两端接一灯泡,晃动手电筒时线圈也来回滑动,灯泡就会发光,其中O点是两磁极连线的中点,a、b两点关于O点对称。思考以下问题:
(1)该手电筒的工作原理是什么
(2)灯泡中的电流方向是否变化
【答案】 (1)线圈来回滑动时,穿过线圈的磁通量不断变化,线圈中产生感应电流,灯泡发光。
(2)线圈由a滑至b过程中,磁场方向向左,穿过线圈的磁通量先减小后增加,根据楞次定律和安培定则可知,灯泡中电流方向先由右向左,后由左向右,同样可判断线圈由b滑至a过程中,灯泡中电流方向先由右向左,后由左向右。所以线圈中电流方向不断变化。
要点归纳
1.因果关系
楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系,磁通量发生变化是原因,产生感应电流是结果,原因产生结果,结果反过来影响原因。
2.对楞次定律中“阻碍”的理解
[例1] 如图所示,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,线框中感应电流的方向是(　　)
[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】 根据安培定则可得,直导线AB左边磁场方向垂直于纸面向里,右边磁场方向垂直于纸面向外。线框由位置1拉至位置2的过程中,当线框在直导线AB左侧运动时,磁场方向向里且增大,则磁通量增加,根据楞次定律和安培定则可知,感应电流方向为逆时针。当线框右边靠近直导线AB到线框中轴与直导线AB重合时,由于左边磁场向里、右边磁场向外,则磁通量减小,根据楞次定律和安培定则可知,感应电流方向为顺时针。当线框中轴与直导线AB重合到线框左边离开直导线AB时,由于左边磁场向里、右边磁场向外,则磁通量增加,根据楞次定律和安培定则可知,感应电流方向为顺时针。当线框在直导线AB右侧运动时,由于磁场向外且大小减小,则磁通量减小,根据楞次定律和安培定则可知,感应电流方向为逆时针,C正确,A、B、D错误。
[针对训练1] 电阻R、电容C与一线圈连成闭合电路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N极朝下,如图所示。现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端的过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是(　　)
[A] 从a到b,上极板带正电
[B] 从a到b,下极板带正电
[C] 从b到a,上极板带正电
[D] 从b到a,下极板带正电
【答案】 D
【解析】 在磁铁自由下落,N极接近线圈上端的过程中,通过线圈的磁通量方向向下且在增大,根据楞次定律可判断出线圈中感应电流的磁场方向向上,利用安培定则可知线圈中感应电流方向为逆时针(由上往下看),流过R的电流方向从b到a,电容器下极板带正电,选项D正确。
要点二　右手定则与左手定则、楞次定律的比较及联系
情境探究
(1)左手定则、右手定则、安培定则分别用来判断哪个物理量的方向
(2)能否用左手定则判断感应电流的方向
(3)闭合回路中部分导体切割磁感线时,右手定则和楞次定律是否都可以用来判断感应电流的方向
【答案】 (1)左手定则用于判断安培力和洛伦兹力的方向;右手定则用于判断闭合电路的部分导体切割磁感线时产生的感应电流方向;安培定则用于判断电流的磁场方向。
(2)不能。
(3)是。
要点归纳
1.右手定则与左手定则的比较
项目 右手定则 左手定则
作用 判断感应 电流的方向 判断通电导体所受 安培力的方向
已知条件 已知切割运动 方向和磁场方向 已知电流方向 和磁场方向
图例
因果关系 运动电流 电流运动
应用实例 发电机 电动机
2.右手定则与楞次定律的关系
项目 右手定则 楞次定律
研究对象 闭合回路的一部分 整个闭合回路
适用范围 一段导体在磁场中 做切割磁感线运动 磁通量变化引起感 应电流的各种情况
关系 右手定则是楞次定律的特殊情况
3.相互联系
(1)应用楞次定律,必然要用到安培定则。
(2)判断感应电流受到的安培力,有时可以先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安培力的方向。
[例2] (多选)如图,线圈L1、L2绕在水平放置的闭合铁芯上,与线圈L2相连的导轨光滑并水平固定,导轨内存在竖直向下的匀强磁场B2,与线圈L1相连的导轨倾斜固定,导轨内存在垂直于导轨平面向上的匀强磁场B1。当金属杆cd在倾斜导轨上做某种运动时,使得金属杆ab向左运动,已知金属杆切割磁感线的速度越大,感应电流越大,产生的磁场越强,则金属杆cd在倾斜导轨上的运动情况可能是(　　)
[A] 加速向下 [B] 匀速向下
[C] 加速向上 [D] 减速向上
【答案】 AD
【解析】 金属杆ab向左运动,说明受到向左的安培力,由左手定则可知,金属杆中的电流由b到a;由安培定则可知,右侧线框中感应电流产生的磁场方向向下,若左侧金属杆向下运动,左侧线框中产生的磁通量向下,右侧线框中的磁通量向上;则由楞次定律可知,左侧线框中的磁场增强,故产生以上现象只能是加速运动,A正确,B错误。若左侧金属杆向上运动,左侧线框中产生的磁通量向上,右侧线框中的磁通量向下,则由楞次定律可知,左侧线框中的磁场减弱,故产生以上现象只能是减速运动,C错误,D正确。
“一定律、三定则”的应用技巧
基本现象 应用的定 则或定律
运动电荷、电流产生磁场 安培定则
磁场对运动电荷、电流有作用力 左手定则
电磁 感应 部分导体做切割磁感线运动 右手定则
闭合回路磁通量变化 楞次定律
[针对训练2] 如图所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,MN的左边有一如图所示的闭合电路,当PQ在一外力的作用下运动时,MN向右运动,则PQ所做的运动可能是(　　)
[A] 向左加速运动 [B] 向右加速运动
[C] 向左减速运动 [D] 向右匀速运动
【答案】 A
【解析】 根据安培定则可知,MN处于ab产生的垂直于纸面向里的磁场中,MN在安培力作用下向右运动,说明MN受到的安培力向右,由左手定则可知电流由M指向N,L1中感应电流的磁场方向向上,由楞次定律可知,L2线圈中产生感应电流的磁场应该是向上减小或向下增加,再由右手定则可知PQ可能是向左加速运动或向右减速运动,A正确,B、C、D错误。
要点三　探究影响感应电流方向的因素
[例3] 同学们在学习了感应电流产生的条件后,想通过实验探究影响感应电流方向的因素,实验过程如下:
(1)按照图甲所示电路连接器材,闭合开关,电流表指针向右偏转,对调电源正、负极,重复以上操作。该步骤目的是获得电流表指针偏转方向与　　　　(选填“电流”或“磁铁的运动”)方向的对应关系。
(2)按照图乙所示电路连接器材,查明线圈中导线的绕向,以确定磁体运动时感应电流产生的磁场方向。
(3)分别改变磁体磁场的方向和磁体的运动方向,观察指针偏转方向,使用表格中记录的数据;根据第1步探究的对应关系,表中实验4中标有“▲”的空格应填　　 　　(选填“向上”“向下”“向左”或“向右”)。
实验 序号 磁体磁场的 方向(正视) 磁体运 动情况 指针偏 转情况 感应电流 的磁场方 向(正视)
1 向下 插入线圈 向左 向上
2 向下 拔出线圈 向右 向下
3 向上 插入线圈 向右 向下
4 向上 拔出线圈 向左 ▲
(4)根据表中所记录数据,进行如下分析:
①由实验1和　　　　(填实验序号)可得出结论:感应电流方向与磁体运动情况有关。
②由实验2、4得出的结论:穿过闭合回路的磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向
　　　　(选填“相同”“相反”或“无关”)。
(5)经过进一步讨论和学习,同学们掌握了影响感应电流方向的因素及其结论,为电磁感应定律的学习打下了基础。
【答案】 (1)电流　(3)向上　(4)①2　②相同
【解析】 (1)按照题图甲所示电路连接器材,闭合开关,电流表指针向右偏转,对调电源正、负极,重复以上操作。该步骤目的是获得电流表指针偏转方向与电流方向的对应关系以及判断电流表是否能正常工作。
(3)磁体磁场的方向向上,拔出线圈,发现指针向左偏转,根据实验序号1数据可知感应电流的磁场方向向上。
(4)①根据控制变量法要探究感应电流方向与磁体运动情况,需保证磁体磁场的方向相同,磁体运动方向不同,所以由实验1和2可得出结论:感应电流方向与磁体运动情况有关。
②由实验2、4可得出结论:穿过闭合回路的磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向相同。
[针对训练3] 绕在同一铁芯上的线圈Ⅰ、Ⅱ按图所示方法连接,判断在以下各情况中,线圈Ⅱ中是否有感应电流产生,若有,则判断R中感应电流方向。(均选填“无”“向左”或“向右”)
(1)闭合开关S的瞬间:　　　　。
(2)保持开关S闭合时:　　　　。
(3)断开开关S的瞬间:　　　　。
(4)开关S闭合,将滑动变阻器R0的滑片向左滑动时:　　　　。
【答案】 (1)向右　(2)无　(3)向左　(4)向右
【解析】 (1)闭合开关S的瞬间,线圈Ⅰ的轴线上磁场方向水平向右,线圈Ⅱ所在位置磁场水平向右增大,则线圈Ⅱ中产生的感应电流从右端流入,左端流出,则R中感应电流方向
向右。
(2)保持开关S闭合时,穿过线圈Ⅱ的磁通量不变,没有感应电流产生。
(3)断开开关S的瞬间,穿过线圈Ⅱ的磁场向右减小,则线圈Ⅱ中产生的感应电流从右端流出,左端流入,则R中感应电流方向向左。
(4)开关S闭合,将滑动变阻器R0的滑片向左滑动时,线圈Ⅰ所在电路电流增大,磁场增强,穿过线圈Ⅱ的磁通量向右增大,则R中感应电流方向向右。
模型·方法·结论·拓展
楞次定律中的几种推论
内容 例证
阻碍原磁通量变化——“增反减同” 磁铁靠近线圈,B感与B原反向
续　表
内容 例证
阻碍相对运动——“来拒去留” 磁铁靠近,是斥力 磁铁远离,是引力
续　表
内容 例证
使回路面积有扩大或缩 小的趋势 ——“增缩减扩” P、Q是光滑固定导轨,a、b是可动金属棒,磁铁下移,面积应减小,a、b靠近
B减小,线圈扩张
[示例] 如图所示,在光滑绝缘的水平桌面上放一弹性闭合导体环,在导体环轴线上方有一条形磁铁。当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时,下列判断正确的是(　　)
[A] 导体环有收缩趋势
[B] 通过导体环的磁通量保持不变
[C] 导体环对桌面的压力小于重力
[D] 导体环中产生顺时针方向的感应电流
【答案】 A
【解析】 当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时,穿过导体环的磁通量增大,根据楞次定律可知导体环产生的感应电流所受的安培力将使导体环有收缩趋势和远离磁铁的趋势,则导体环对桌面的压力大于重力,故A正确,B、C错误;由于磁铁的极性未知,因此无法判断导体环中感应电流的方向,故D错误。
科学·技术·社会·环境
延时继电器
　　延时继电器主要用于直流或交流操作的各种保护和自动控制线路中,作为辅助继电器,以增加触点数量和触点容量,可根据需要自由调节延时的时间。延时继电器可广泛应用于商业和工业楼宇,实现简单的自动化功能,如通风、供暖、百叶窗升降调节和互锁、升降机、泵、照明、标识、监控等场合。
[示例] (多选)如图所示是一种延时继电器的示意图。铁芯上有两个线圈A和B,线圈A跟电源连接,线圈B两端连在一起,构成一个闭合电路。在断开开关S的时候,弹簧K并不会立刻将衔铁D拉起而使触头C(连接工作电路)离开,而是过一小段时间后才执行这个动作。延时继电器就是这样得名的。下列说法正确的是(　　)
[A] 断开开关S时,电阻R中的电流从上往下
[B] 保持开关S闭合,电阻R中的电流从上往下
[C] 断开开关S后,一小段时间电磁铁仍会吸住衔铁D
[D] 若线圈B不闭合,仍有延时效果
【答案】 AC
【解析】 S保持闭合,线圈A中电流稳定,则线圈B中无感应电流,故B错误;断开开关时,由楞次定律和安培定则可知,电阻R中的电流方向从上往下,故A正确;延时效果是由于断开开关时,线圈B产生感应电流,电磁铁仍有磁性,仍然对D有吸引力,仍会吸住衔铁D一小段时间,若线圈B不闭合,无感应电流,无延时效果,故C正确,D错误。
1.在电磁感应现象中,下列说法正确的是(　　)
[A] 感应电流的磁场总是阻碍原来磁场磁通量的变化
[B] 闭合线框放在变化的磁场中一定能产生感应电流
[C] 闭合线框放在变化的磁场中做切割磁感线运动,一定能产生感应电流
[D] 感应电流的磁场总是跟原来磁场的方向相反
【答案】 A
【解析】 根据楞次定律可知,感应电流的磁场总是阻碍原来磁场磁通量的变化,故A正确;闭合线框放在变化的磁场中,如果线框与磁场平行,穿过线框的磁通量不变,线框中不能产生感应电流,故B错误;闭合线框在变化的磁场中做切割磁感线运动,线框中磁通量不一定变化,线框中不一定有感应电流产生,故C错误;当原来磁场的磁通量增加时,感应电流的磁场跟原来的磁场方向相反,当原来磁场的磁通量减小时,感应电流的磁场跟原来的磁场方向相同,故D错误。
2.金属线框abcd与一长导线在同一平面内,导线通有恒定电流I。线框由图中位置Ⅰ匀速运动到位置Ⅱ。在此过程中,有关穿过线框的磁通量与感应电流的方向,下列说法正确的是(　　)
[A] 垂直于纸面向里的磁通量增大,感应电流方向沿abcda
[B] 垂直于纸面向里的磁通量减小,感应电流方向沿abcda
[C] 垂直于纸面向外的磁通量增大,感应电流方向沿adcba
[D] 垂直于纸面向里的磁通量减小,感应电流方向沿adcba
【答案】 B
【解析】 由安培定则得,导线右侧的磁场为垂直于纸面向里,线框由题图中位置Ⅰ匀速运动到位置Ⅱ过程中,线框远离导线,线框所处位置的磁场减弱,所以磁通量垂直于纸面向里减小,根据楞次定律可知,感应电流方向沿abcda。故选B。
3.如图所示的磁场中有一个垂直于磁场中心磁感线放置的闭合圆环,现在将圆环从图示A位置水平向右移到B位置,从右向左看,感应电流方向和圆环变形趋势正确的是(　　)
[A] 逆时针,扩张趋势
[B] 逆时针,收缩趋势
[C] 顺时针,扩张趋势
[D] 顺时针,收缩趋势
【答案】 A
【解析】 由题图可知,圆环由A位置水平向右移到B位置的过程中,穿过圆环向右的磁感线条数变少,故说明磁通量变小,根据楞次定律可知,圆环中感应电流产生的磁场方向向右,再根据安培定则知圆环中感应电流方向是逆时针方向(从右向左看),根据楞次定律推论“增缩减扩”可知圆环有扩张趋势。故选A。
4.小亮用如下实验探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素。
(1)如图甲所示,已知电流从电流表的正接线柱流入时,指针向右偏转。则当图中磁体快速向下运动时,可观察到电流表指针　　　　(选填“不”“向左”或“向右”)偏转。
(2)用如图乙所示的实物电路探究影响感应电流方向的因素,先将图乙的实物连线补充完整。在闭合开关前,滑动变阻器滑片应移至最　　　　(选填“左”或“右”)端。
(3)若图乙实物电路连接正确,开关闭合瞬间,电流表的指针向左偏转,将铁芯从线圈P中快速抽出时,可观察到电流表指针　　　　(选填“不”“向左”或“向右”)偏转。
【答案】 (1)向右　(2)图见解析　左　(3)向右
【解析】 (1)通过实验得知,当电流从电流表的正接线柱流入时,指针向右偏转,则当磁体向下运动时,穿过线圈的磁通量向下增加,根据楞次定律可知,感应电流从电流表的正接线柱流入,其指针向右偏转。
(2)将题图乙中的实物连线,如图所示。
为保护电路安全,所以滑动变阻器的滑片应该在阻值最大端,即滑片应该移到最左端。
(3)开关闭合瞬间,电流表的指针向左偏转,穿过电流表回路线圈的磁通量增加,将铁芯从线圈中抽出时,则穿过电流表回路线圈的磁通量减小,由楞次定律可知,指针向右偏转。
课时作业
(分值:52分)
单选题每题4分,多选题每题6分。
基础巩固
1.关于感应电流,下列说法正确的是(　　)
[A] 根据楞次定律知,感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量
[B] 感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化
[C] 感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向可能相同,也可能相反
[D] 当导体切割磁感线运动时,必须用右手定则确定感应电流的方向
【答案】 C
【解析】 由楞次定律知,感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化,不是阻碍原磁场的变化,A、B错误。由楞次定律知,如果是因磁通量的减少而引起的感应电流,则感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相同,阻碍磁通量的减少;如果是因磁通量的增加而引起的感应电流,则感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相反,阻碍磁通量的增加,C正确。导体切割磁感线运动时,可直接用右手定则确定感应电流的方向,也可以由楞次定律确定感应电流的方向,D错误。
2.如图甲所示,为灵敏电流计G(表盘中央为零刻度)接在电路中时指针的偏转情况。现将它与一线圈串联进行电磁感应实验,则下列对图乙的有关描述正确的是(　　)
[A] 图①的条形磁铁向下运动
[B] 图②中的电流表指针向右偏转
[C] 图③的条形磁铁上端为S极
[D] 图④的线圈绕向与图①相同
【答案】 A
【解析】 由题图甲可知,当电流从电流表的左侧接线柱流入时,指针向左偏。题图乙①中指针向左偏,可知感应电流从左侧接线柱流入,根据楞次定律和安培定则可知,条形磁铁向下运动,故A正确;题图乙②中当条形磁铁N极向下插入时,感应电流从左侧接线柱流入,则指针向左偏,故B错误;题图乙③中指针向右偏,则感应电流从右侧接线柱流入,条形磁铁下端为S极向下运动,故C错误;题图乙④中指针向右偏,则感应电流从右侧接线柱流入,线圈绕向与题图乙②相同,故D错误。
3.如图所示,A、B都是很轻的铝环,环A是闭合的,环B是断开的,横梁可以绕中间的支点自由转动。若用磁铁分别接近这两个圆环,则下列说法正确的是(　　)
[A] 用磁铁的任意一磁极接近A环时,A环均被排斥
[B] 磁铁N极远离A环时,A环会被排斥
[C] 磁铁S极接近B环时,B环会被吸引
[D] 磁铁N极远离B环时,B环会被吸引
【答案】 A
【解析】 当N极靠近A环时环内磁通量变大,根据楞次定律判断环中电流方向为逆时针,利用左手定则可判断圆环A受的安培力有使A远离磁铁方向的分力,故A环被排斥,同理可判断S极靠近时A环也被排斥,故A正确;同理判断N极、S极远离A环时,A环会被吸引,故B错误;磁极接近或者远离B环时,由于B环不闭合,因此没有感应电流,B环不受到安培力的作用,B环保持静止,故C、D错误。
4.(多选)如图所示,足够长的通电导线旁边同一平面有矩形线圈abcd,则(　　)
[A] 若线圈向右平动,其中感应电流方向是a→b→c→d
[B] 若线圈竖直向下平动,无感应电流产生
[C] 当线圈以ad边为轴转动时(转动角度小于90°),其中感应电流方向是a→b→c→d
[D] 当线圈向导线靠近时,其中感应电流方向是a→b→c→d
【答案】 BD
【解析】 根据安培定则知,线圈所在处的磁场垂直于纸面向里,当线圈向右平动、以ad边为轴转动时,穿过线圈的磁通量减少,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相同,感应电流方向为a→d→c→b,A、C错误;若线圈竖直向下平动,穿过线圈的磁通量不变,无感应电流产生,B正确;当线圈向导线靠近时,穿过线圈的磁通量增加,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反,垂直于纸面向外,感应电流方向为a→b→c→d,D正确。
5.两根相互平行的金属导轨水平放置于图中所示的匀强磁场中,在导轨上与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动。当AB在外力F作用下向右运动时,下列说法正确的是(　　)
[A] 磁场对导体棒CD的作用力水平向左
[B] 磁场对导体棒AB的作用力水平向右
[C] 导体棒CD内有电流通过,方向是C→D
[D] 导体棒CD内有电流通过,方向是D→C
【答案】 C
【解析】 当AB在外力F作用下向右运动时,导体棒AB和CD与两导体棒间的导轨组成一个闭合回路,由右手定则可知回路中电流方向为A→C→D→B,又由左手定则可知,磁场对导体棒CD的作用力水平向右,磁场对导体棒AB的作用力水平向左,故A、B、D错误,C正确。
6.为了测量列车运行的速度和加速度的大小,可采用如图甲所示的装置,它由一块安装在列车车头底部的强磁铁和埋设在轨道地面的一组线圈及电流测量记录仪(测量记录仪未画出)组成。当列车经过线圈上方时,线圈中产生的电流被记录下来,P、Q为接测量仪器的端口。若俯视轨道平面磁场垂直于地面向里(如图乙),则在列车经过线圈的过程中,流经线圈的电流(　　)
[A] 始终沿逆时针方向
[B] 先沿逆时针方向,再沿顺时针方向
[C] 先沿顺时针方向,再沿逆时针方向
[D] 始终沿顺时针方向
【答案】 B
【解析】 列车带着强磁铁向右运动到线圈左边后,相当于线圈左边的一段导线向左切割磁感线,根据右手定则可知线圈中的电流沿逆时针方向;线圈离开磁场时,相当于线圈右边的一段导线向左切割磁感线,根据右手定则可知这一过程中线圈中的感应电流沿顺时针方向,故线圈中的电流先沿逆时针方向,再沿顺时针方向。选项B正确。
7.(6分)软铁环上绕有A、B、C三个线圈,线圈的绕向如图所示,这三个线圈分别与线圈M、电源、电流表相连。当开关S1闭合、S2断开时,在将条形磁铁的N极加速向下插入线圈M的过程中,电流表指针向左偏转。
(1)若保持S1闭合、S2断开,将条形磁铁的S极加速向下插入线圈M的过程中,电流表指针
　　　　(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。
(2)若保持S1、S2均闭合,将条形磁铁插入线圈M中保持不动,电流表指针　　　　(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。
(3)若保持S1断开,在S2闭合瞬间,电流表指针　　　　(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。
【答案】 (1)向右　(2)不　(3)向右
【解析】 (1)若保持S1闭合、S2断开,将条形磁铁的N极加速向下插入线圈M时,根据楞次定律和安培定则可知,线圈M中产生从上往下看逆时针方向的感应电流,由于加速插入,则产生的感应电流增大,则线圈A中电流从左端进,右端出,电流增大,则线圈C中会产生感应电流,根据楞次定律和安培定则可知,线圈C中产生的感应电流从上向下通过电流表,电流表指针向左偏转。同理,若保持S1闭合、S2断开,将条形磁铁的S极加速向下插入线圈M中,则电流表指针向右偏转。
(2)若保持S1、S2闭合,将条形磁铁插入线圈M中保持不动,线圈A中无电流,线圈B中电流不变,所以线圈C中无感应电流产生。
(3)若保持S1断开,在S2闭合瞬间,线圈B中电流瞬间增大,金属环中产生逆时针方向的磁场,则线圈C中会产生感应电流,且与(1)中产生的电流方向相同,故电流表指针向右偏转。
能力提升
8.(多选)如图所示,铝环A用轻线静止悬挂于长直螺线管左侧,且与长直螺线管共轴。下列说法正确的是(　　)
[A] 闭合开关S瞬间,铝环A将向左摆动
[B] 闭合开关S稳定后,断开开关S瞬间,铝环A的面积有收缩的趋势
[C] 保持开关S闭合,将滑动变阻器的滑片迅速向右滑,从左往右看铝环A中将产生逆时针方向的感应电流
[D] 保持开关S闭合,将滑动变阻器的滑片迅速向左滑,铝环A将向左摆动
【答案】 AD
【解析】 闭合开关S瞬间,穿过铝环A的磁通量突然增加,根据“增离减靠”的结论可得铝环A将向左摆动,A正确;闭合开关S稳定后,断开开关S瞬间,穿过铝环A的磁通量减小,根据“增缩减扩”的结论,铝环A的面积有扩张的趋势,B错误;保持开关S闭合,将滑动变阻器的滑片迅速向右滑,总电阻变大,螺线管中的电流减小,铝环A中将产生与螺线管上同方向的感应电流,则从左往右看铝环A中将产生顺时针方向的感应电流,C错误;保持开关S闭合,将滑动变阻器的滑片迅速向左滑,电路中电流变大,穿过铝环A的磁通量突然增加,根据“增离减靠”的结论,铝环A将向左摆动,D正确。
9.如图所示是某学习小组的同学设计的电梯坠落时的应急安全装置,在电梯挂厢上安装永久磁铁,并在电梯的井壁上铺设线圈,这样可以在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。关于该装置,下列说法正确的是(　　)
[A] 当电梯突然坠落时,该安全装置可使电梯停在空中
[B] 当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时,闭合线圈A、B中的电流方向相反
[C] 当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时,只有闭合线圈A在阻碍电梯下落
[D] 当电梯坠落至永久磁铁在图示位置时,只有闭合线圈B在阻碍电梯下落
【答案】 B
【解析】 若电梯突然坠落,闭合线圈A、B内的磁通量发生变化,将在线圈中产生感应电流,感应电流会阻碍磁铁的相对运动,可起到应急避险作用,但不能阻止磁铁的运动,故A错误;当电梯坠落至永久磁铁在题图所示位置时,闭合线圈A中向上的磁场减弱,感应电流的方向从上向下看是逆时针方向,闭合线圈B中向上的磁场增强,感应电流的方向从上向下看是顺时针方向,可知两线圈中感应电流方向相反,故B正确;结合A的分析可知,当电梯坠落至永久磁铁在题图所示位置时,闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落,故C、D错误。
10.如图甲所示,圆形线圈P静止在水平桌面上,其正上方固定一螺线管Q,P和Q共轴,Q中的电流i随时间t变化的规律如图乙所示,取图甲中电流方向为正方向,P所受的重力为G,桌面对P的支持力为N,则(　　)
[A] 在t1时刻,P有扩大的趋势
[B] 在t2时刻,穿过P的磁通量为零
[C] 在t3时刻,P中有感应电流
[D] 在t4时刻,N>G
【答案】 C
【解析】 t1时刻螺线管中电流增大,其形成的磁场增强,因此线圈P中的磁通量增大,故线圈有远离和面积收缩的趋势,故A错误;t2时刻螺线管中电流不变,其形成的磁场不变,线圈P中的磁通量不变但并不为零,故B错误;t3时刻螺线管中电流为零,但是线圈P中磁通量是变化的,此时线圈P中有感应电流,故C正确;t4时刻螺线管中电流不变,线圈中无感应电流产生,故在t4时刻N=G,故D错误。
11.(多选)如图所示,要使金属环C向线圈A运动,导线ab在金属导轨上应(　　)
[A] 向右做减速运动 [B] 向左做减速运动
[C] 向右做加速运动 [D] 向左做加速运动
【答案】 AB
【解析】 由楞次定律可知,感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化,由于金属环C向线圈A运动,说明原磁场在减小,由于线圈A中的电流是导线ab切割磁场产生的,由于原磁场在减小,只需要导线ab减速运动即可。故选AB。

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