高二物理感应电流产生的条件和方向的判断北师大版知识精讲 21页

高二物理感应电流产生的条件和方向的判断北师大版 ‎【本讲教育信息】‎ 一. 教学内容：‎ 感应电流产生的条件和方向的判断 ‎1. 电磁感应现象 ‎（1）利用磁场产生电流的现象叫电磁感应现象，产生的电流叫感应电流。‎ ‎（2）产生感应电流的条件：穿过闭合电路中的磁通量发生变化。‎ ‎（3）磁通量变化的几种情况：‎ ‎①闭合电路的面积不变，磁场变化；‎ ‎②磁场不变，闭合电路面积发生变化；‎ ‎③线圈平面与磁场方向的夹角发生变化；‎ ‎④磁场和闭合回路面积都变化（一般不涉及）。‎ ‎2. 感应电流的方向 ‎（1）右手定则：伸开右手，使拇指与四指在同一平面内且跟四指垂直，让磁感线垂直穿入手心，使拇指指向导体的运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。‎ ‎（2）楞次定律 ‎①内容：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意义：确定了感应电流的磁场方向与引起感应电流的原磁场方向间的关系，当电路中原磁场的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当电路中原磁场的磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同，这一关系可概括为“增反，减同”。‎ ‎③应用楞次定律判断感应电流方向的步骤：‎ ‎（i）查明电路中的磁场方向；‎ ‎（ii）查明电路中的磁通量的增减；‎ ‎（iii）根据楞次定律确定感应电流的磁场方向；‎ ‎（iv）由安培定则判断感应电流的方向。‎ ‎④楞次定律的另一种表述：感应电流的效果总反抗引起感应电流的原因。‎ 说明：‎ ‎①右手定则是楞次定律的特殊情况，它的结论和楞次定律是一致的，当导体做切割磁感线运动时，用右手定则判断感应电流的方向比用楞次定律简便。‎ ‎②左手定则用于判断磁场对电流的作用力的情况，右手定则用于判断导体切割磁感线产生感应电流的方向。‎ 二. 难点分析：‎ 正确理解楞次定律的关键是正确理解“阻碍”的含义。‎ ‎（1）谁起阻碍作用？要明确起阻碍作用的是“感应电流的磁场”；‎ ‎（2）阻碍什么？感应电流的磁场阻碍的是“引起感应电流的磁通量的变化”，而不是阻碍原磁场，也不是阻碍原磁通量；‎ ‎（3）怎样阻碍？当引起感应电流的磁通量（原磁通量）增加时，感应电流的磁场就与原磁场的方向相反，感应电流的磁场“反抗”原磁通量的增加。当原磁通量减少时，感应电流的磁场就与原磁场的方向相同，感应电流的磁场“补偿”原磁通量的减少；‎ ‎（4）“阻碍”不等于“阻止”。当由于原磁通量的增加引起感应电流时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，其作用仅仅使原磁通量的增加变慢了，但磁通量仍在增加。当由于原磁通量的减少而引起感应电流时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，其作用仅仅使原磁通量的减少变慢了，但磁通量仍在减少；“阻碍”也不意味着“相反”，它们可能同向，也可能反向。‎ ‎【典型例题】‎ 例1. 如图所示，在通电长直导线的正下方有矩形导线框，（a）向右匀速平移；（b）向右加速平移；速度方向与直导线平行；（c）绕水平轴转动，轴与直导线平行；（d）以直导线为轴旋转；（e）向直导线运动。能产生感应电流的线框为 ‎______________。‎ 分析：a、b两种情况下，穿过线圈的磁感线条数不变，即φ不变，故无感应电流。‎ c情况转动中穿过线圈磁通要发生变化（开始一段时间磁通量减小），有感应电流产生。‎ d情况线圈绕导线转动，而导线激发的磁感线为以导线为中心的同心圆，故穿过线圈的磁通量不变，无感应电流。‎ e情况磁通量增大，有感应电流产生。‎ 解：c、e。‎ 例2. 线圈abcd的ab和cd边长为‎2l，ad和bc边长为l，其中处于有界磁场部分和磁场外部分水平边长各为l，判断下列情况下有无感应电流？如有电流，试判断感应电流方向。‎ ‎（1）水平向左运动l距离过程中 ‎（2）竖直向下运动l距离过程中 ‎（3）以ad为轴转动90°过程中 分析：（1）线圈向左运动，穿过线圈的磁通量将增大。故有感应电流，其方向可通过右手定则判断为adcba 即逆时针方向，也可通过楞次定律判断：原磁场方向垂直纸面向里，原磁通增大，故感应电流的磁场阻碍原磁通变化，方向与原磁场反向，即垂直纸面向外。根据右手安培定则可知感应电流为逆时针方向。‎ ‎（2）线圈向下运动，磁通量不变，无感应电流。‎ ‎（3）线圈以ad为轴转动0°——60°时，磁通量不变，无感应电流，转过60°——90°时（即bc边进入磁场）磁通量减小，则感应电流磁场方向垂直纸面向里，故感应电流为abcda，即顺时针方向。‎ 解：（1）有adcba方向电流（或逆时针方向电流）；‎ ‎（2）无感应电流；‎ ‎（3）转动0°——60°过程中，无感应电流；转动60°——90°过程中，有abcda方向电流，即顺时针方向电流。‎ 例3. 如图所示，闭合导体环固定。条形磁铁S极向下以初速度v0沿过导体环圆心的竖直线下落过程，导体环中的感应电流方向如何？‎ 解析：从“阻碍磁通量变化”来看，当条形磁铁的中心恰好位于线圈M所在的水平面时，磁铁内部向上的磁感线都穿过了线圈，而磁铁外部向下穿过线圈的磁通量最少，所以此时刻穿过线圈M的磁通量最大。因此全过程中原磁场方向向上，先增后减，感应电流磁场方向先下后上，感应电流先顺时针后逆时针。‎ 从“阻碍相对运动”来看，线圈对应该是先排斥（靠近阶段）后吸引（远离阶段），把条形磁铁等效为螺线管，该螺线管中的电流是从上向下看逆时针方向的，根据“同向电流互相吸引，反向电流互相排斥”，感应电流方向应该是先顺时针后逆时针的，与前一种方法的结论相同。‎ 例4. 如图所示，通有稳恒电流的螺线管竖直放置，铜环R沿螺线管的轴线加速下落。在下落过程中，环面始终保持水平。铜环先后经过轴线上1、2、3位置时的加速度分别为a1、a2、a3，位置2处于螺线管的中心，位置1、3与位置2等距离，则（ ）‎ A. a1v2>v1，因此在位置1和3附近使环中发生同样大小的磁通量变化所需的时间间隔△t1>△t3，可见在位置3附近，穿过铜环的磁通量变化率大，环中产生的感应电动势和感应电流也大，受到的阻碍作用也大，所以位置3的加速度比位置1的小，即a3