高中物理第1章电磁感应与现代生活2探究感应电流的方向课件-61张 61页

1.2 　探究感应电流的方向 一、探究感应电流方向 1. 实验探究 : 实验装置如图所示 , 当条形磁 铁的 N 极或 S 极移近铝环 , 磁通量 _____ 时 , 铝 环被 _____, 即环中感应电流产生与磁铁 _____ 方向的磁场 , 当条形磁铁的 N 极或 S 极远离铝 环 , 磁通量 _____ 时 , 铝环被 _____, 即环中感应电流产生 与磁铁 _________ 的磁场。 增加 排斥 相反 减弱 吸引 相同方向 2. 实验结论 : (1) 当穿过线圈的磁通量增加时 , 感应电流的磁场与原 磁场的方向 _____ 。 (2) 当穿过线圈的磁通量减少时 , 感应电流的磁场与原 磁场的方向 _____ 。 相反 相同 【 思考辨析 】 (1) 当穿过线圈的磁通量增加时 , 感应电流的磁场与原磁场方向相同。 ( 　　 ) (2) 当穿过线圈的磁通量减少时 , 感应电流的磁场与原磁场方向相同。 ( 　　 ) (3) 在电磁感应现象中 , 感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的变化。 ( 　　 ) 提示 : (1)× 。当穿过线圈的磁通量增加时 , 感应电流的磁场与原磁场方向相反。 (2)√ 。当穿过线圈的磁通量减少时 , 感应电流的磁场与原磁场方向相同。 (3)√ 。在电磁感应现象中 , 感应电流的磁场总是阻碍原来磁场磁通量的变化。 二、楞次定律 1. 楞次定律 : (1) 内容 : 感应电流的磁场总要 _____ 引起感应电流的 _______ 的变化。 (2) 现象 : ① 当磁铁靠近导体线圈上端时 , 穿过线圈的磁通量增加 , 感应电流的磁场与原磁场的方向 _____, 由于同名磁极 相互排斥 , 阻碍磁铁相对线圈向下运动。 阻碍 磁通量 相反 ② 当磁铁远离线圈上端时 , 穿过线圈的磁通量减少 , 感 应电流的磁场与原磁场的方向 _____ , 由于异名磁极相 互吸引 , 阻碍磁铁相对线圈向上运动。 相同 2. 右手定则 : (1) 内容 : 伸开右手 , 让拇指与其余四指在同一个平面内 , 使拇指与并拢的四指垂直 ; 让 _______ 垂直穿入手心 , 使 拇指指向导体运动的方向 , 其余四指所指的方向就是 _________ 的方向。 (2) 适用情况 : 适用于闭合电路部分导体 _____ 磁感线产 生感应电流的情况。 磁感线 感应电流 切割 一　楞次定律的理解和应用 【 典例 】 如图所示 , 均匀带正电的绝缘 圆环 a 与金属圆环 b 同心共面放置 , 当圆 环 a 绕 O 点在其所在平面内旋转时 , 圆环 b 中产生顺时针方向的感应电流 , 且具有 收缩的趋势 , 由此可知 , 圆环 a A. 顺时针加速旋转　　　　　　 B. 顺时针减速旋转 C. 逆时针加速旋转 D. 逆时针减速旋转 【 解析 】 选 B 。由楞次定律 , 欲使 b 中产生顺时针方向的电流 , 则 a 环内磁场应向里减弱或向外增强 ,a 环的旋转情况应该是顺时针减速或逆时针加速 ; 由于 b 环有收缩的趋势 , 说明 a 环外部磁场向里 , 内部磁场向里。故选 B 。 【 核心归纳 】 1. 楞次定律的理解 : (1) 因果关系 : 应用楞次定律实际上就是寻求电磁感应中的因果关系 , 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 , 结果又反过来影响原因。 (2) 楞次定律中“阻碍”的含义 : 谁阻碍谁 感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场 ( 原磁场 ) 的磁通量的变化 阻碍什么 阻碍的是磁通量的变化 , 而不是磁通量本身 如何阻碍 当磁通量增加时 , 感应电流的磁场方向与原磁场方向相反 ; 当磁通量减少时 , 感应电流的磁场方向与原磁场方向相同 , 即“增反减同” 阻碍效果 阻碍并不是阻止 , 只是延缓了磁通量的变化 , 这种变化仍将继续进行 (3) 从磁通量变化角度分析 : 感应电流的磁场总要阻碍磁通量的变化 , 从导体和磁体相对运动的角度来看 , 感应电流的效果总要阻碍相对运动 , 因此产生感应电流的过程实质上是能量转化和转移的过程。 2. 楞次定律的另一种表述 : 电磁感应所产生的效果总是要阻碍引起感应电流的原因。常见的有以下四种表现 (1) 就磁通量而言 , 总是阻碍引起感应电流的磁通量 ( 原磁通量 ) 的变化 , 概括为 :“ 增反减同”。 (2) 就相对运动而言 , 阻碍导体间的相对运动 , 概括为 :“ 来拒去留”。 当导体在磁场中运动时 , 导体中由于出现感应电流而受到的磁场力必然阻碍此导体的相对运动。所以楞次定律还可以表述为 : 当磁体间因相对运动产生感应电流时 , 感应电流的磁场总是阻碍导体间的相对运动。 (3) 就闭合电路的面积而言 , 致使电路的面积有收缩或扩张的趋势。收缩或扩张是为了阻碍电路中磁通量的变化。若穿过闭合电路的磁通量增加 , 则电路的面积有收缩的趋势 ; 若穿过闭合电路的磁通量减少 , 则电路的面积有扩张的趋势 , 概括为 :“ 增缩减扩”。 (4) 就电流而言 , 感应电流阻碍原电流的变化。即原电流增大时 , 感应电流的方向与原电流的方向相反 ; 原电流减小时 , 感应电流的方向与原电流的方向相同 , 概括为 :“ 增反减同”。 3. 运用楞次定律判定感应电流方向的思维程序 【 特别提醒 】 (1) 阻碍不是阻止 , 变化仍继续进行 , 只是延缓了磁通量的变化。 (2) 阻碍不是相反 , 感应电流的磁场也有可能和原磁场方向相同。 【 过关训练 】 1. 如图所示 , 在匀强磁场中有一个用比较软的金属导线制成的闭合圆环。在此圆环的形状由圆形变成正方形的过程中 ( 　　 ) A. 环中有感应电流 , 方向 a→d→c→b B. 环中有感应电流 , 方向 a→b→c→d C. 环中无感应电流 D. 条件不够 , 无法确定 【 解析 】 选 A 。由圆形变成正方形的过程中 , 面积减小 , 磁通量减小 , 由楞次定律可知 , 正方形中产生 a→d →c→b 方向的电流 ,A 对。 2. 如图 , 金属环 A 用绝缘轻绳悬挂 , 与长直螺线管共轴 , 并位于其左侧。若变阻器的滑片 P 向左移动 , 则 ( 　　 ) A. 金属环 A 向左运动 , 同时向外扩张 B. 金属环 A 向左运动 , 同时向里收缩 C. 金属环 A 向右运动 , 同时向外扩张 D. 金属环 A 向右运动 , 同时向里收缩 【 解析 】 选 B 。变阻器滑片 P 向左移动 , 电阻变小 , 电流变大 , 根据楞次定律 , 感应电流的磁场方向与原电流磁场方向相反 , 故相互排斥 , 则金属环 A 将向左运动 , 因磁通量增大 , 金属环 A 有收缩趋势 , 故 A 、 C 、 D 错误 ,B 正确。 3. 磁铁在线圈中心上方开始运动时 , 线圈中产生如图所示方向的感应电流 , 则磁铁 ( 　　 ) A. 向上运动 B. 向下运动 C. 向左运动 D. 向右运动 【 解析 】 选 B 。若磁铁向下运动 , 则穿过线圈的磁通量 变大 , 原磁场方向向下 , 所以感应电流的磁场方向向上 , 根据安培定则可判断出产生的感应电流方向如题图中 箭头所示 , 同理 , 若磁铁向上运动 , 则感应电流的方向与 题图中箭头所示的方向相反 , 故 A 错误 ,B 正确 ; 若磁铁向 右运动或向左运动 , 则穿过线圈的磁通量变小 , 原磁场 方向向下 , 所以感应电流的磁场方向向下 , 根据安培定 则可判断出产生的感应电流的方向与题图中箭头所示的方向相反 , 故 C 、 D 错误。 【 补偿训练 】 　　 1. 如图所示 , 在磁感应强度大小为 B 、方向竖直向 上的匀强磁场中 , 有一质量为 m 、阻值为 R 的闭合矩形金 属线框 abcd 用绝缘轻质细杆悬挂在 O 点 , 并可绕 O 点摆 动。金属线框从右侧某一位置由静止开始释放 , 在摆动 到左侧最高点的过程中 , 细杆和金属线框平面始终处于 同一平面 , 且垂直纸面。则线框中感应电流的方向是 ( 　　 ) A.a→b→c→d→a B.d→c→b→a→d C. 先是 d→c→b→a→d, 后是 a→b→c→d→a D. 先是 a→b→c→d→a, 后是 d→c→b→a→d 【 解析 】 选 B 。一开始由下向上的磁通量在减少 , 由楞次定律可知感应电流方向是 d→c→b→a→d; 越过竖直位置后 , 反向穿过的磁通量增加 , 由楞次定律可知 , 感应电流方向不变 ,B 对。 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小 , 根据楞次定律 , 感应电流的方向是 b→G→a, 故 C 正确。 3. 如图所示 , 线圈两端与电阻相连构成闭合回路 , 在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁 , 磁铁的 S 极朝下。在将磁铁的 S 极插入线圈的过程中 ( 　　 ) A. 通过电阻的感应电流的方向由 a 到 b, 线圈与磁铁相互排斥 B. 通过电阻的感应电流的方向由 b 到 a, 线圈与磁铁相互排斥 C. 通过电阻的感应电流的方向由 a 到 b, 线圈与磁铁相互吸引 D. 通过电阻的感应电流的方向由 b 到 a, 线圈与磁铁相互吸引 【 解析 】 选 B 。当磁铁向下运动时 , 穿过线圈的磁通量变大 , 且原磁场方向向上 , 根据楞次定律可知 , 感应电流的磁场方向向下 ; 根据右手螺旋定则可知 , 通过电阻的感应电流方向为 b→a; 根据楞次定律“来拒去留”可判断线圈对磁铁的作用是阻碍作用 , 故磁铁与线圈相互排斥。故选 B 。 二　楞次定律、右手定则、左手定则 【 典例 】 ( 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 。开关闭合瞬间 , 铁芯左端为 S 极 , 右端为 N 极 , 且磁场增强 , 磁通量增大 , 由楞次定律 , 线圈内要感应由右向左的磁场 , 由安培定则、直导线上方磁场向里 , 故 A 正确 ,D 同理。而 B 、 C 直导线周围没有磁场 , 故小磁针 N 极指向地理北极。 【 特别提醒 】 判断感应电流的方向时 , 能用右手定则判定的 , 一定也能用楞次定律判定 , 只是有的时候不如用右手定则方便。 【 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较方便 用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象较方便 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 图例 比较项目 右手定则 左手定则 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. 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 】 选 A 。 ab 棒顺时针转动 , 运用右手定则 : 磁感线 穿过手心 , 拇指指向顺时针方向 , 则导体 ab 上的感应电 流方向为 a→b, 故 A 正确 ;ab 向纸外运动 , 运用右手定则 时 , 磁感线穿过手心 , 拇指指向纸外 , 则知导体 ab 上的感 应电流方向为 b→a, 故 B 错误 ; 穿过回路的磁通量减小 , 由楞次定律知 , 回路中感应电流方向由 b→a→d→c, 则 导体 ab 上的感应电流方向为 b→a 。故 C 错误 ;ab 棒沿导 轨向下运动 , 由右手定则判断知导体 ab 上的感应电流方向为 b→a, 故 D 错误。 2. ( 多选 ) 如图所示 , 光滑固定导轨 m 、 n 水平放置 , 两根导体棒 p 、 q 平行放于导轨上 , 形成一个闭合回路。当一条形磁铁从高处下落接近回路时 ( 　　 ) A.p 、 q 将互相靠拢 B.p 、 g 将互相远离 C. 磁铁的加速度仍为 g D. 磁铁的加速度小于 g 【 解析 】 选 A 、 D 。假设磁铁的下端为 N 极 , 穿过回路的 磁通量增加 , 根据楞次定律可判断出感应电流的磁场方 向向上 , 根据安培定则可判断出回路中感应电流的方向 为逆时针方向。再根据左手定则可判断 p 、 q 所受的安 培力的方向 , 安培力使 p 、 q 相互靠拢。由于回路所受的 安培力的合力向下 , 根据牛顿第三定律知 , 磁铁会受到 向上的反作用力 , 其加速度将小于 g 。若磁铁的下端为 N 极 , 根据类似的分析可以得出相同的结果 , 所以 A 、 D 选 项正确。 【 补偿训练 】 1. 题中的四个图分别表示匀强磁场的磁感应强度 B, 闭合电路中一部分直导线的运动速度 v 和电路中产生的感应电流 I 的相互关系 , 其中正确的是 ( 　　 ) 【 解析 】 选 A 。伸开右手 , 让磁感线穿过掌心 , 大拇指指向导体运动方向 , 则四指的指向即为感应电流的方向 , 对于 A 图电流方向应是垂直纸面向外 ,A 正确 ;B 、 C 、 D 图均不满足右手定则。 2.( 多选 ) 如图所示 , 矩形闭合线圈放置在水平薄板上 , 有一块蹄形磁铁置于薄板的正下方 ( 磁极间距略大于矩形线圈的宽度 ) 。当磁铁匀速向右通过线圈正下方时 , 线圈仍静止不动 , 那么线圈受到薄板的摩擦力方向和线圈中产生的感应电流的方向 ( 从上向下看 ) 是 ( 　　 ) A. 摩擦力方向一直向左 B. 摩擦力方向先向左、后向右 C. 感应电流的方向为顺时针→逆时针→逆时针→顺时针 D. 感应电流的方向为顺时针→逆时针 【 解析 】 选 A 、 C 。在磁铁刚运动至线圈下方到线圈处在磁铁中间的过程中 , 穿过线圈的磁通量向上 , 且先增加后减少 , 当线圈处在磁铁中间以后 , 穿过线圈的磁通量向下 , 且先增加后减少 , 所以感应电流的方向为顺时针→逆时针→逆时针→顺时针 , 故 C 正确 ,D 错误 ; 根据楞次定律可知 , 磁铁向右移动过程中 , 磁铁对线圈有向右的安培力作用 , 所以摩擦力方向始终向左 , 故 A 正确 ,B 错误。 【 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 【 正确解答 】 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。