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- 2021-05-26 发布
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微型专题2 楞次定律的应用
[学习目标] 1.应用楞次定律判断感应电流的方向.2.理解安培定则、左手定则、右手定则和楞次定律的区别.
一、楞次定律的重要结论
1.“增反减同”法
感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量(原磁场磁通量)的变化.
(1)当原磁场磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反.
(2)当原磁场磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同.
口诀记为“增反减同”.
例1 如图1所示,一水平放置的矩形闭合线圈abcd在细长磁铁的N极附近竖直下落,保持bc边在纸外,ad边在纸内,由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ,位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ,这个过程中线圈的感应电流 ( )
图1
A.沿abcda流动
B.沿dcbad流动
C.先沿abcda流动,后沿dcbad流动
6
D.先沿dcbad流动,后沿abcda流动
答案 A
解析 由条形磁铁的磁场分布可知,线圈在位置Ⅱ时穿过闭合线圈的磁通量最小,为零,线圈从位置Ⅰ到位置Ⅱ,从下向上穿过线圈的磁通量在减少,线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ,从上向下穿过线圈的磁通量在增加,根据楞次定律可知感应电流的方向是abcda.
2.“来拒去留”法
由于磁场与导体的相对运动产生电磁感应现象时,产生的感应电流与磁场间有力的作用,这种力的作用会“阻碍”相对运动.口诀记为“来拒去留”.
例2 如图2所示,当磁铁突然向铜环运动时,铜环的运动情况是( )
图2
A.向右摆动
B.向左摆动
C.静止
D.无法判定
答案 A
解析 当磁铁突然向铜环运动时,穿过铜环的磁通量增加,为阻碍磁通量的增加,铜环远离磁铁向右运动,故选A.
3.“增缩减扩”法
就闭合电路的面积而言,收缩或扩张是为了阻碍穿过电路的原磁通量的变化.若穿过闭合电路的磁通量增加,面积有收缩趋势;若穿过闭合电路的磁通量减少,面积有扩张趋势.口诀记为“增缩减扩”.
说明:此法只适用于回路中只有一个方向的磁感线的情况.
例3 如图3所示,在载流直导线旁固定有两平行光滑导轨A、B,导轨与直导线平行且在同一水平面内,在导轨上有两个可自由滑动的导体ab和cd.当载流直导线中的电流逐渐增大时,导体ab和cd的运动情况是 ( )
图3
6
A.一起向左运动
B.一起向右运动
C.ab和cd相向运动,相互靠近
D.ab和cd相背运动,相互远离
答案 C
解析 由于在闭合回路abdc中,ab和cd电流方向相反,所以两导体运动方向一定相反,排除A、B;当载流直导线中的电流逐渐增大时,穿过闭合回路的磁通量增大,根据楞次定律,感应电流总是阻碍穿过回路的磁通量的变化,所以两导体相互靠近,减小面积,达到阻碍磁通量增大的目的.故选C.
4.“增离减靠”法
当磁场变化且线圈回路可移动时,由于磁场增强使得穿过线圈回路的磁通量增加,线圈将通过远离磁体来阻碍磁通量增加;反之,由于磁场减弱使线圈中的磁通量减少时,线圈将靠近磁体来阻碍磁通量减少.口诀记为“增离减靠”.
例4 如图4所示,通电螺线管两侧各悬挂一个小铜环,铜环平面与螺线管横截面平行,当开关S接通瞬间,两铜环的运动情况是( )
图4
A.同时向两侧被推开
B.同时向螺线管靠拢
C.一个被推开,一个被吸引,但因电源正负极未知,无法具体判断
D.同时被推开或同时向螺线管靠拢,但因电源正负极未知,无法具体判断
答案 A
解析 开关S接通瞬间,小铜环中磁通量从无到有增加,根据楞次定律,感应电流的磁场要阻碍磁通量的增加,则两环将同时向两侧推开.故A正确.
二、“三定则一定律”的综合应用
安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的适用场合如下表.
比较项目
安培定则
左手定则
右手定则
楞次定律
适用场合
电流周围的磁感线方向
判断通电导线在磁场中所受的安培力方向
判断导体切割磁感线时产生的感应电流方向
判断回路中磁通量变化时产生的感应电流方向
6
综合运用这几个规律的关键是分清各个规律的适用场合,不能混淆.
例5 (多选)如图5所示装置中,cd杆光滑且原来静止.当ab杆做如下哪些运动时,cd杆将向右移动( )
图5
A.向右匀速运动 B.向右加速运动
C.向左加速运动 D.向左减速运动
答案 BD
解析 ab杆向右匀速运动,在ab杆中产生恒定的电流,该电流在线圈L1中产生恒定的磁场,在L2中不产生感应电流,所以cd杆不动,故A错误;ab杆向右加速运动,根据右手定则,知在ab杆上产生增大的由a到b的电流,根据安培定则,在L1中产生方向向上且增强的磁场,该磁场向下通过L2,由楞次定律,cd杆中的电流由c到d,根据左手定则,cd杆受到向右的安培力,向右运动,故B正确;同理可得C错误,D正确.
几个规律的使用中,要抓住各个对应的因果关系:
(1)因电而生磁(I→B)―→安培定则
(2)因动而生电(v、B→I)→右手定则
(3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则
1.(楞次定律的重要结论)如图6所示,水平放置的光滑杆上套有A、B、C三个金属环,其中B接电源.在接通电源的瞬间,A、C两环( )
图6
A.都被B吸引
B.都被B排斥
C.A被吸引,C被排斥
D.A被排斥,C被吸引
答案 B
6
解析 在接通电源的瞬间,通过B环的电流从无到有,电流产生的磁场从无到有,穿过A、C两环的磁通量从无到有,A、C两环产生感应电流,由楞次定律可知,感应电流总是阻碍原磁通量的变化,为了阻碍原磁通量的增加,A、C两环都被B环排斥而远离B环,故A、C、D错误,B正确.
2.(楞次定律的重要结论)如图7所示,水平桌面上放有一个闭合铝环,在铝环中心轴线上方有一个条形磁铁.当条形磁铁沿轴线竖直落下时,下列判断正确的是 ( )
图7
A.铝环有收缩趋势,对桌面压力减小
B.铝环有收缩趋势,对桌面压力增大
C.铝环有扩张趋势,对桌面压力减小
D.铝环有扩张趋势,对桌面压力增大
答案 B
解析 根据楞次定律可知,当条形磁铁沿轴线竖直落下时,闭合铝环内的磁通量增大,因此铝环面积应有收缩的趋势,同时有远离磁铁的趋势,故增大了和桌面的挤压程度,从而使铝环对桌面压力增大,故B项正确.
3.(楞次定律的重要结论)如图8所示,两个闭合金属环1和2的圆心重合,放在同一平面内.当圆环1中通以顺时针方向的电流,且电流逐渐增强时,对于圆环2的说法正确的是( )
图8
A.穿过圆环2的磁通量变大,而且圆环2有收缩的趋势
B.穿过圆环2的磁通量变大,而且圆环2有扩张的趋势
C.穿过圆环2的磁通量变小,而且圆环2有收缩的趋势
D.穿过圆环2的磁通量变小,而且圆环2有扩张的趋势
答案 B
解析 当圆环1中通以顺时针方向的电流,且电流逐渐增强时,则穿过圆环2的磁通量变大,根据楞次定律,圆环2中产生的感生电流的磁场阻碍磁通量的增加,所以圆环2有扩张使面积增加的趋势,选项B正确.
4.(“三定则一定律”的综合应用)(多选)如图9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,当PQ在外力的作用下运动时,MN在磁场力的作用下向右运动,则PQ
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所做的运动可能是(导体切割磁感线速度越大,感应电流越大)( )
图9
A.向右加速运动 B.向左加速运动
C.向右减速运动 D.向左减速运动
答案 BC
解析 当PQ向右运动时,用右手定则可判定PQ中感应电流的方向是由Q→P,由安培定则可知穿过L1的磁场方向是自下而上的;若PQ向右加速运动,则穿过L1的磁通量增加,用楞次定律可以判断流过MN的感应电流是从N→M的,用左手定则可判定MN受到向左的安培力,将向左运动,选项A错误;若PQ向右减速运动,流过MN的感应电流方向、MN所受的安培力的方向均将反向,MN向右运动,所以选项C正确;同理可判断选项B正确,选项D错误.
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