高中物理第四章电磁感应3楞次定律课件新人教版选修3_2-65张 65页

3 　 楞 次 定 律 一、探究感应电流的方向 1. 实验探究 : 将螺线管与电流表组成闭合回路 , 分别将 N 极、 S 极插入、抽出线圈 , 如图所示 , 记录感应电流方向如下。 2. 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 3. 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 _____, 阻碍磁通量的增加。 (2) 当线圈内磁通量减少时 , 感应电流的磁场与原磁场 方向 _____, 阻碍磁通量的减少。 相反 相同 二、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 总要阻碍引起感应电流的 _______ 的变化。 2. 应用楞次定律判断感应电流方向的步骤 : (1) 明确所研究的闭合回路 , 判断 ___________ 。 (2) 判断闭合回路内 _______________ 的变化情况。 磁通量 原磁场方向 原磁场的磁通量 (3) 由楞次定律判断感应电流的 _________ 。 (4) 根据感应电流的磁场方向 , 由 _____ 定则判断出感应 电流的方向。 磁场方向 安培 三、右手定则 内容 : 伸开右手 , 使拇指与其余四个手指垂直 , 并且都与 手掌在同一平面内 , 让 _______ 从掌心进入 , 并使拇指指 向导线运动的方向 , 这时四指所指的方向就是 _________ 的方向。 磁感线 感应电流 【 思考辨析 】 (1) 感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场的方向相反。 ( 　　 ) (2) 感应电流的磁场总要阻止引起感应电流的磁通量的变化。 ( 　　 ) (3) 右手定则就是右手螺旋定则的简称。 ( 　　 ) 提示 : (1) × 。由楞次定律知 , 当引起感应电流的磁通量增加时 , 感应电流的磁场与原磁场方向相反 ; 当引起感应电流的磁通量减少时 , 感应电流的磁场与原磁场方向相同。感应电流的磁场阻碍的是引起感应电流的磁通量的变化 , 不是阻碍原磁场或磁通量 , 可以总结为“增反减同”。 (2)× 。感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 , 但不会阻止住这种变化 , 引起感应电流的磁通量只是变化慢了 , 但仍在变化。 (3)× 。右手定则是判断导体切割磁感线产生感应电流方向的规律 ; 右手螺旋定则是判断电流产生的磁场方向的规律 , 前者针对 “ 磁生电 ” 现象 ; 后者针对 “ 电生磁 ” 现象。 一　感应电流方向的判断 考查角度 1 利用楞次定律判断感应电流方向 【 典例 1】 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. 始终有自 a 向 b 的感应电流流过电流表 G B. 始终有自 b 向 a 的感应电流流过电流表 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 【 解题探究 】 (1) 首先判断产生感应电流的磁场方向。 提示 : 条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管的过程中磁场的方向都是向右的。 (2) 穿过螺线管的磁场是如何变化的 ? 提示 : 条形磁铁进入和穿出螺线管的过程中 , 磁通量先增大后减小。 (3) 根据什么判断感应电流的方向 ? 提示 : 首先根据楞次定律得出感应电流的磁场先向左后向右 ; 再由右手定则判断感应电流的方向。 【 正确解答 】 选 C 。条形磁铁内部磁场的方向是从 S 极 指向 N 极 , 可知条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管 的过程中磁场的方向都是向右的 , 当条形磁铁进入螺线 管的时候 , 闭合线圈中的磁通量增加 ; 当条形磁铁穿出 螺线管时 , 闭合线圈中的磁通量减少 , 根据楞次定律判 断条形磁铁进入和穿出螺线管的过程中 , 感应电流的磁 场分别是向左和向右的 , 再由右手定则可以判断出 , 先有 a→G→b 方向的感应电流 , 后有 b→G→a 方向的感应电流 , 选项 C 正确 ,A 、 B 、 D 错误。 【 核心归纳 】 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.“ 阻碍”的理解 : 问题 结论 谁阻碍谁 是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 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 3. 运用楞次定律判定感应电流方向的方法 : 考查角度 2 利用右手定则判断感应电流方向 【 典例 2】 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 , 现在垂直于导轨方向放置一根导体棒 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 M→N B. 感应电流方向是 N→M C. 安培力水平向左 D. 安培力水平向右 【 正确解答 】 选 B 、 C 。根据右手定则判断可知 : 导体棒 MN 中感应电流方向 N→M, 根据左手定则判断可知 MN 所受的安培力方向水平向左 , 故 B 、 C 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 　　规律 比较内容　　 楞次定律 右手定则 区别 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 联系 右手定则是楞次定律的特例 2. 右手定则、右手螺旋定则和左手定则的区别 : (1) 右手定则判断的是导体切割磁感线时产生的感应电动势方向与磁场方向、导体运动方向三者之间的关系 , 应用时右手呈伸直状。 (2) 右手螺旋定则判断的是电流方向与它产生的磁场方向之间的关系 , 右手必须呈螺旋状 , 对直电流和环形电流大拇指和四指所代表的对象不一样。 (3) 左手定则判断的是磁场对电流的安培力方向或对带电粒子的洛仑兹力方向与磁场方向、电流或带电粒子运动方向之间的关系 , 应用时左手呈伸直状。 【 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 , 由楞次定律可知产生 a→d→c→b 方向的电流 ,A 正确。 2. 如图 , 导体棒 MN 垂直放置在光滑水平导轨 ad 和 bc 上 , 与电阻 R 形成闭合回路。垂直导轨平面仅在 abcd 区域存在竖直向下的匀强磁场 , 以下有关感应电流的说法正确的是 ( 　　 ) A. 若导体棒 MN 水平向左运动 , 通过电阻 R 电流方向为 d→R→c B. 若导体棒 MN 水平向右运动 , 通过电阻 R 电流方向为 d→R→c C. 当导体棒 MN 绕其中点 O 顺时针方向转动 , 通过电阻 R 电流方向为 c→R→d D. 当导体棒 MN 绕其中点 O 顺时针方向转动 , 电阻 R 没有感应电流通过 【 解析 】 选 C 。由右手定则可知 , 若导体棒 MN 水平向左运动 , 通过电阻 R 电流方向从 c→R→d, 选项 A 错误 ; 若导体棒 MN 水平向右运动 , 由于导体棒不切割磁感线 , 故不产生感应电流 , 选项 B 错误 ; 当导体棒 MN 绕其中点 O 顺时针方向转动 , 由右手定则可知 , 通过电阻 R 电流方向从 c→R→d, 选项 C 正确 ,D 错误。 二　楞次定律的应用拓展 【 典例 】 四根同样光滑的细铝竿 a 、 b 、 c 、 d 放在同一水平桌面上 , 其中 c 、 d 固定 ,a 、 b 静止地放在 c 、 d 竿上 , 接触良好 ,O 点为回路中心 , 如图所示 , 当条形磁铁的一端从 O 点正上方迅速插向回路时 ,a 、 b 两竿将 ( 　　 ) A. 保持不动 B. 分别远离 O 点 C. 分别向 O 点靠近 D. 因不知磁极的极性 , 故无法判断 【 正确解答 】 选 C 。可以假设磁铁的下端为 N 极 , 当条形磁铁插入导轨之间时 , 穿过导轨的磁通量增大 , 根据楞次定律判断出导轨中产生感应电流的方向 , 再依据左手定则判断出磁铁的磁场对感应电流的安培力作用 , 从而得出两棒的运动情况 ; 然后再假设磁铁的下端为 S 极用同样的方法判断。本题也可灵活应用楞次定律的一般表述判断。 【 核心归纳 】 1. 楞次定律的一般表述 : 电磁感应的效果总要阻碍引起电磁感应的原因。 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”增缩减扩。 (4) 阻碍自身电流的变化 ( 自感现象将在后面学习到 ) 。 【 易错提醒 】 (1)“ 阻碍”不等于“阻止”。当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 ; 当原磁通量的减少引起感应电流时 , 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 , 但磁通量仍在减少。 (2)“ 阻碍”并不意味着“相反”。感应电流产生的磁场方向和原磁场方向可能相同 , 也可能相反 , 需要根据磁通量的变化情况判断。 【 过关训练 】 1. 如图所示 , 一个有界匀强磁场区域 , 磁场方向垂直纸面向外 , 一个矩形闭合导线框 abcd, 沿纸面由位置 1( 左 ) 匀速运动到位置 2( 右 ), 则 ( 　　 ) A. 导线框进入磁场时 , 感应电流方向为 a→b→c→d→a B. 导线框离开磁场时 , 感应电流方向为 a→d→c→b→a C. 导线框离开磁场时 , 受到的安培力方向水平向右 D. 导线框进入磁场时 , 受到的安培力方向水平向左 【 解析 】 选 D 。根据右手定则可知导线框进入磁场时 , 感应电流方向为 a→d→c→b→a, 离开磁场时感应电流为 a→b→c→d→a, 所以 A 、 B 均错误 , 再根据左手定则知 ,C 错误 ,D 正确。 2. 如图所示 , 圆环形导体线圈 a 平放在水平桌面上 , 在 a 的正上方固定一竖直螺线管 b, 二者轴线重合 , 螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片 P 向上滑动 , 下面说法中正确的是 ( 　　 ) A. 穿过线圈 a 的磁通量变大 B. 线圈 a 有收缩的趋势 C. 线圈 a 中将产生俯视顺时针方向的感应电流 D. 线圈 a 对水平桌面的压力 F N 将增大 【 解析 】 选 C 。当滑动触头 P 向上移动时电阻增大 , 由闭 合电路欧姆定律可知通过线圈 b 的电流减小 ,b 线圈产生 的磁场减弱 , 故穿过线圈 a 的磁通量变小 , 故 A 错误 ; 再根 据微元法将线圈 a 无限分割 , 根据左手定则不难判断出 线圈 a 应有扩张的趋势 , 或直接根据楞次定律的第二描 述“感应电流产生的效果总是阻碍引起感应电流的原 因” , 因为滑动触头向上滑动导致穿过线圈 a 的磁通量 减小 , 故只有线圈面积增大时才能阻碍磁通量的减小 , 故线圈 a 应有扩张的趋势 , 故 B 错误 ; 根据 b 中的电流方向 和安培定则可知 b 产生的磁场方向向下穿过线圈 a, 根据 楞次定律 ,a 中的感应电流的磁场要阻碍原来磁通量的 减小 , 故 a 的感应电流的磁场方向也向下 , 根据安培定则 可知线圈 a 中感应电流方向俯视应为顺时针 , 故 C 正确 ; 开始时线圈 a 对桌面的压力等于线圈 a 的重力 , 当滑动触头向上滑动时 , 可以用“等效法” , 即将线圈 a 和 b 看做两个条形磁铁 , 不难判断此时两磁铁互相吸引 , 故线圈 a 对水平桌面的压力将减小 , 故 D 错误 ; 故选 C 。 【 补偿训练 】 ( 多选 ) 如图所示 , 在匀强磁场中 , 放着一个平行导轨与线圈相连接 , 要使放在 D 中的 A 线圈 (A 、 D 两线圈共面 ) 各处受到沿半径指向圆心的力 , 则金属棒 MN 的运动情况可能是 ( 　　 ) A. 加速向右运动　　　　　 B. 加速向左运动 C. 减速向右运动 D. 减速向左运动 【 解析 】 选 A 、 B 。要使线圈 A 受到沿半径指向圆心的力 , 也就是线圈具有收缩的趋势 , 企图通过收缩使面积减小以阻碍其磁通量的变化 , 显然 A 线圈的原磁通量是增加的 , 这样 D 中感应电流产生的磁场应该增大 , 即 MN 必须向左或向右做加速运动。故选 A 、 B 。 【 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 , 同理可判断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。