高中物理第一章电磁感应4楞次定律课件-57张 57页

4. 楞 次 定 律 　 一、右手定则 1. 使用方法 : 将右手手掌伸平 , 使大拇指 与其余并拢的 _________, 并与手掌在同 一平面内 , 让磁感线从 _________, 大拇 指指向导体运动方向 , 这时 ___________ 就是感应电流 的方向 , 也就是感应电动势的方向。 2. 适用范围 : 适用于 ____ 电路部分导体 ___________ 产生 感应电流的情况。 四指垂直 手心穿入 四指的指向 切割磁感线 闭合 二、楞次定律 1. 分析 : (1) 线圈内磁通量增加时的情况 :( 表内选填“向上”或“向下” ) 图序 磁场 方向 感应电流的方向 ( 俯视 ) 感应电流的 磁场方向 甲 _____ 逆时针 _____ 乙 _____ 顺时针 _____ 向下 向上 向上 向下 (2) 线圈内磁通量减少时的情况 :( 表内选填“向上”或“向下” ) 图序 磁场 方向 感应电流的方向 ( 俯视 ) 感应电流的 磁场方向 丙 _____ 顺时针 _____ 丁 _____ 逆时针 _____ 向下 向下 向上 向上 2. 实验结论 : (1) 当线圈内磁通量增加时 , 感应电流的磁场与原磁场 方向 _____ 。 (2) 当线圈内磁通量减少时 , 感应电流的磁场与原磁场 方向 _____ 。 相反 相同 3. 楞次定律及其应用 : (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 _______ 的变化。 磁通量 (2) 应用楞次定律的一般步骤 : ① 分辨引起电磁感应的原磁场 B 0 的 _____ 。 ②确定 B 0 通过闭合回路磁通量的 _____ 。 ③根据 _________, 确定感应电流的磁场 B′ 方向。 ④用 _________ 判断能够形成上述磁场 B′ 的感应电 流的方向。 方向 增减 楞次定律 安培定则 【 思考辨析 】 (1) 感应电流的磁场总是阻止回路中磁通量的变化。 ( 　　 ) (2) 感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化。 ( 　　 ) (3) 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。 ( 　　 ) (4) 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。 ( 　　 ) 提示 : (1)× 。“阻止”应改为“阻碍”。 (2)× 。感应电流的磁场阻碍原磁通量的变化 , 不是原磁场的变化。 (3)× 。感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向有时相反 , 有时相同。 (4)√ 。符合楞次定律的描述。 一　楞次定律的理解和应用 【 典例 】 (2017· 全国卷 Ⅲ) 如图 , 在方向垂直于纸面向 里的匀强磁场中有一 U 形金属导轨 , 导轨平面与磁场垂 直。金属杆 PQ 置于导轨上并与导轨形成闭合回路 PQRS, 一圆环形金属框 T 位于回路围成的区域内 , 线框与导轨 共面。现让金属杆 PQ 突然向右运动 , 在运动开始的瞬间 , 关于感应电流的方向 , 下列说法正确的是 A.PQRS 中沿顺时针方向 ,T 中沿逆时针方向 B.PQRS 中沿顺时针方向 ,T 中沿顺时针方向 C.PQRS 中沿逆时针方向 ,T 中沿逆时针方向 D.PQRS 中沿逆时针方向 ,T 中沿顺时针方向 【 解析 】 选 D 。因为 PQ 突然向右运动 , 由右手定则可知 , PQRS 中的感应电流方向为逆时针 , 穿过 T 中的磁通量减小 , 由楞次定律可知 ,T 中的感应电流方向为顺时针 , 故 A 、 B 、 C 错误 ,D 正确。 【 核心归纳 】 1.“ 阻碍”的理解 : 问题 结论 谁阻碍谁 是感应电流的磁通量阻碍引起感应电流的磁场 ( 原磁场 ) 的磁通量的变化 为何阻碍 ( 原 ) 磁场的磁通量发生了变化 阻碍什么 阻碍的是磁通量的变化 , 而不是阻碍磁通量本身 问题 结论 如何阻碍 当原磁场磁通量增加时 , 感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反 ; 当原磁场磁通量减少时 , 感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同 , 即“增反减同” 结果如何 阻碍并不是阻止 , 只是延缓了磁通量的变化 , 这种变化将继续进行 , 最终结果不受影响 2.“ 阻碍”的表现形式 : 楞次定律中的“阻碍”作用 , 正是能的转化和守恒定律的反映 , 在克服“阻碍”的过程中 , 其他形式的能转化为电能 , 常见的情况有以下四种 : (1) 阻碍原磁通量的变化 ( 增反减同 ) 。 (2) 阻碍导体的相对运动 ( 来拒去留 ) 。 (3) 通过改变线圈面积来“反抗” ( 扩大或缩小 ) 。 (4) 阻碍自身电流的变化 ( 自感现象将在后面学习到 ) 。 【 过关训练 】 1. 关于楞次定律 , 下列说法中正确的是 ( 　　 ) A. 感应电流的磁场方向总是与外磁场的方向相反 B. 感应电流的磁场方向总是与外磁场的方向相同 C. 感应电流的磁场方向取决于磁通量是增大还是减小 D. 感应电流的磁场总是和原来磁场的变化相同 【 解析 】 选 C 。根据楞次定律 , 感应电流的磁场方向总是阻碍原磁场的变化 , 当外磁场增加时 , 感应电流的磁场与外磁场的方向相反 , 当外磁场减弱时 , 感应电流的磁场与外磁场的方向相同 , 感应电流的磁场方向取决于磁通量是增大还是减小 ; 选项 A 、 B 、 D 错误 ,C 正确 ; 故选 C 。 2. 如图所示 , 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 ( 　　 ) 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 【 解析 】 选 B 。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 : 在外环沿逆时针方向 , 在内环沿顺时针方向 , 故选项 B 正确。 【 补偿训练 】 1. 如图所示 , 一均匀的扁平条形磁铁的轴 线与圆形线圈在同一平面内 , 磁铁中心与 圆心重合 , 为了在磁铁开始运动时线圈中 能得到逆时针方向的感应电流 , 磁铁的运动方式应是 ( 　　 ) A.N 极向纸内 ,S 极向纸外 , 使磁铁绕 O 点转动 B.N 极向纸外 ,S 极向纸内 , 使磁铁绕 O 点转动 C. 磁铁在线圈平面内顺时针转动 D. 磁铁在线圈平面内逆时针转动 【 解析 】 选 A 。当 N 极向纸内 ,S 极向纸外转动时 , 穿过线圈的磁场从无到有并向里 , 感应电流的磁场应向外 , 电流方向为逆时针 ,A 选项正确 ; 当 N 极向纸外 ,S 极向纸内转动时 , 穿过线圈的磁场向外并增加 , 感应电流方向为顺时针 ,B 选项错误 ; 当磁铁在线圈平面内绕 O 点转动时 , 穿过线圈的磁通量始终为零 , 因而不产生感应电流 ,C 、 D 选项错误。 2. 如图所示 , 一根条形磁铁自左向右穿 过一个闭合螺线管 , 则电路中 ( 　　 ) 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 【 解析 】 选 C 。条形磁铁从左边进入螺线管的过程中 , 在螺线管内产生的磁场方向向右 , 穿过螺线管的磁通量不断增加 , 根据楞次定律 , 感应电流的方向是 a→G→b 。条形磁铁从螺线管中向右穿出的过程中 , 在螺线管中产生的磁场方向仍向右 , 穿过螺线管的磁通量不断减少 , 根据楞次定律 , 感应电流的方向是 b→G→a, 故 C 正确。 二　楞次定律、右手定则、左手定则 【 典例 】 ( 多选 ) 如图所示 , 面积为 S 的矩形 导线框 abcd, 处在磁感应强度为 B 的匀强磁 场中 , 磁场方向与线框平面成 θ 角。当线 框以 ab 为轴顺时针匀速转 90° 角过程中 , 下列判断正确 的是 ( 　　 ) A. 线框中电流方向先为 a→b→c→d→a, 再为 a→d→c→b→a B. 线框中电流方向一直为 a→b→c→d→a C. 线框中电流先减小后增大 D. 线框中电流先增大后减小 【 解析 】 选 B 、 D 。矩形线框 abcd 如图所示放置 , 此时通 过线框的磁通量为 Φ 1 =BSsinθ 。当线框以 ab 为轴顺时 针匀速转 90° 角过程中 θ 先减小 , 后反向增大 , 当规定 此时穿过线框为正面 , 则当线框绕 ab 轴转 90° 角时 , 穿 过线框反面 , 则其磁通量 :Φ 2 =-BSsinθ 。因此穿过线 框平面的磁通量的变化为先减小后反向增大。根据楞 次定律可知 ,θ 减小时 , 磁通量减小 , 产生的感应电流的 方向是 a→b→c→d→a; 磁通量反向增大时 , 同理可知 , 感应电流的方向仍然是 a→b→c→d→a 。故 A 错误 ,B 正 确 ;θ 减小时 ,cd 棒切割磁感线 , 产生的电动势 :E= B v 有效 =B· ·ω ·cosθ, 可知 , 电动势随夹角 的减小而增大 , 所以线框中电流先增大 ; 当 θ 反向增大时 , 电动势随夹角的增大而减小。故 C 错误 ,D 正确。 【 核心归纳 】 1. 楞次定律与右手定则的比较 : 　　规律 比较内容　　 楞次定律 右手定则 区 别 研究 对象 整个闭合回路 闭合回路的一部分 , 即做切割磁感线运动的导体 适用 范围 各种电磁感应现象 只适用于部分导体在磁场中做切割磁感线运动的情况 应用 用于磁感应强度 B 随时间变化而产生的电磁感应现象 用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象 联系 右手定则是楞次定律的特例 2. 右手定则与左手定则的比较 : 比较项目 右手定则 左手定则 作用 判断感应电流方向 判断通电导体所受磁场力的方向 已知条件 已知导体运动方向和磁场方向 已知电流方向和磁场方向 比较项目 右手定则 左手定则 图例 因果关系 运动→电流 电流→运动 应用实例 发电机 电动机 【 过关训练 】 1. 一根导体棒 ab 在水平方向的匀强磁场 中自由下落 , 并始终保持水平方向且与 磁场方向垂直。如图所示 , 则有 ( 　　 ) A.U ab =0 　　 B. φ a > φ b ,U ab 保持不变 C. φ a ≥ φ b ,U ab 越来越大 D. φ a < φ b ,U ab 越来越大 【 解析 】 选 D 。导体棒 ab 切割磁感线产生感应电动势 , 由右手定则可知 ,b 点电势高 ,a 点电势低 , 即 φ a < φ b , 导体棒下落过程速度 v 越来越大 , 感应电动势 E=BLv 越来越大 , 导体棒 ab 两端电势差 U ab 越来越大 , 故 D 正确。 2. ( 多选 )(2018· 全国卷 Ⅰ) 如图 , 两 个线圈绕在同一根铁芯上 , 其中一线圈 通过开关与电源连接 , 另一线圈与远处 沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。 将一小磁针悬挂在直导线正上方 , 开关未闭合时小磁针 处于静止状态。下列说法正确的是 A. 开关闭合后的瞬间 , 小磁针的 N 极朝垂直纸面向里的方向转动 B. 开关闭合后并保持一段时间后 , 小磁针的 N 极指向垂直纸面向里的方向 C. 开关闭合后并保持一段时间后 , 小磁针的 N 极指向垂直纸面向外的方向 D. 开关闭合后并保持一段时间再断开后的瞬间 , 小磁针的 N 极朝垂直纸面向外的方向转动 【 解析 】 选 A 、 D 。开关闭合后的瞬间 , 根据安培定则可 知 , 两线圈内的磁场方向水平向右。因为线圈内的磁通 量增加 , 根据楞次定律可判断直导线内的电流方向由南 到北 , 再根据安培定则可知直导线内的电流在正上方产 生的磁场方向垂直纸面向里 , 则小磁针的 N 极朝垂直纸 面向里的方向转动 , 故选项 A 正确 ; 开关闭合后并保持一 段时间后 , 与直导线相连的线圈内磁通量不变 , 则直导线没有感应电流 , 故小磁针不动 , 故选项 B 、 C 错误 ; 开关闭合后并保持一段时间再断开后的瞬间 , 与直导线相连的线圈内磁通量减少 , 根据楞次定律可判断直导线内的电流方向由北到南 , 小磁针的 N 极朝垂直纸面向外的方向转动 , 故选项 D 正确。 【 补偿训练 】 　 1.( 多选 ) 如图所示 , 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 ( 　　 ) 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 【 解析 】 选 A 、 C 。磁场方向向下 , 导体棒 MN 的运动方向向右 , 由右手定则 , 感应电流方向是 N→M, 再由左手定则 , 安培力水平向左 , 所以 A 、 C 正确。 2. 如图所示 , 一个轻质铝环套在一根水 平光滑绝缘杆上 , 当一条形磁铁向右运 动靠近铝环时 , 铝环的运动情况是 ( 　　 ) A. 向右运动　　　　　　　　　 B. 向左运动 C. 静止不动 D. 不能判定 【 解析 】 选 A 。解法一 : 电流元受力分析法。 如图所示 , 当磁铁向环运动时 , 穿过铝环的磁通量增加 , 由楞次定律判断出铝环的感应电流的磁场方向与原磁 场的方向相反 , 即向右 , 根据安培定则可判断出感应电 流方向 , 从左侧看为顺时针方向 , 把铝环的电流等效为 多段直线电流元 , 取上、下两小段电流元进行研究 , 由 左手定则判断出两段电流元的受力 , 由此可判断整个铝环所受合力向右 , 故 A 选项正确。 解法二 : 阻碍相对运动法。 产生磁场的物体与闭合线圈之间的相互作用力可概括为四个字 ——“ 来拒去留 ” 。磁铁向右运动时 , 铝环产生的感应电流总是阻碍磁铁与导体间的相对运动 , 则磁铁和铝环间有排斥作用 , 故 A 正确。 解法三 : 等效法。 如图所示 , 磁铁向右运动 , 使铝环产生的感应电流可等效为条形磁铁 , 而两磁铁有排斥作用 , 故 A 项正确。 【 拓展例题 】 考查内容 : 楞次定律与能量守恒 【 典例 】 如图所示 , 用一根长为 L, 质量不计的细杆与一个上弧长为 l 0 、下弧长为 d 0 的金属线框的中点连接并悬挂于 O 点 , 悬点正下方存在一个上弧长为 2 l 0 、下弧长为 2d 0 的方向垂直纸面向里的匀强磁场 , 且 d 0 ≤L 。先将线框拉开到如图所示位置 , 松手后让线框进入磁场 , 忽略空气阻力和摩擦力。下列说法正确的是 ( 　　 ) A. 金属线框进入磁场时感应电流的方向为 a→b→c→d→a B. 金属线框离开磁场时感应电流的方向为 a→d→c→b→a C. 金属线框 dc 边进入磁场与 ab 边离开磁场的速度大小总是相等 D. 向左摆动进入或离开磁场的过程中 , 所受安培力方向向右 ; 向右摆动进入或离开磁场的过程中 , 所受安培力方向向左 【 解析 】 选 D 。当线框进入磁场时 ,dc 边切割磁感线 , 由楞次定律可判断 , 感应电流的方向为 a→d→c →b→a; 当线框离开磁场时 , 同理可判其感应电流的方向为 a→b→c→d→a,A 、 B 错 ; 线框 dc 边 ( 或 ab 边 ) 进入磁场 ( 或离开磁场 ) 时 , 都要切割磁感线产生感应电流 , 机械能转化为电能 , 故 dc 边进入磁场与 ab 边离开磁场的速度大小不相等 ,C 错 ; 由“来拒去留”知 ,D 对。