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4 3楞次定律 第1课时感应电流方向的判定 1 如何判定感应电流的方向呢 在电磁感应现象中 插入和拔出磁铁时 产生的感应电流的方向是不一样的 2 左进左偏右进右偏 试触法 结论 电流从哪侧接线柱流入 指针就向哪一侧偏 实验1 找出灵敏电流计中指针偏转方向和电流方向的关系 3 电流计左偏螺线管中电流 俯视 顺时针 电流计右偏螺线管中电流 俯视 逆时针 判明螺线管的绕向 实验1 找出灵敏电流计中指针偏转方向和电流方向的关系 4 N极插入 N极抽出 S极插入 S极抽出 实验2 5 实验现象用简单的图表示为 可以根据图示概括出感应电流的方向与磁通量变化的关系吗 感应电流的方向 逆时针 顺时针 顺时针 逆时针 原磁场的变化 中介 感应电流的磁场 向下增加 向上增加 向下减少 向上减少 6 很难 是否可以通过一个中介 感应电流的磁场来描述感应电流与磁通量变化的关系 磁铁磁场的变化在线圈中产生了感应电流 而感应电流本身也能产生磁场 感应电流的磁场方向既跟感应电流的方向有联系 又跟引起磁通量变化的磁场有关系 下面就来分析这三者之间的关系 7 原磁场 原磁通量变化 感应电流 原磁通量 感应电流磁场 8 示意图 感应电流的磁场方向 感应电流方向 俯视 S极拔出 S极插入 N极拔出 N极插入 向下 减小 顺时针 向下 向上 向上 减小 顺时针 逆时针 向下 向上 增加 向下 增加 逆时针 向上 原磁场方向 原磁场磁通量的变化 增反减同 9 10 感应电流的磁场怎样影响原磁场磁通量的变化 感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化 11 12 B感 原 增 减 与B原 与B原 阻碍 变化 反 同 13 感应电流具有这样的方向 即感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化 一 楞次定律 闭合电路磁通量的变化 原磁场 感应电流 产生 阻碍 激发 引起 感应电流磁场 楞次 增反减同 理解 谁起阻碍作用 阻碍的是什么 怎样阻碍 阻碍的结果怎样 感应电流的磁场 原磁场的磁通量变化 增反减同 减缓原磁场的磁通量的变化 阻碍 不是相反 阻碍 不是阻止 14 楞次 1804 1865 俄国物理学家和地球物理学家 16岁时以优异成绩从中学毕业后进入大学 26岁当选为俄国科学院候补院士 30岁时升为正式院士 并被其他院士推选为圣彼得堡大学第一任校长 学生中的 物理学家 楞次在中学时期就酷爱物理学 成绩突出 1820年他以优异成绩考入杰普特大学 学习自然科学 1823年他还在三年级读书 就因为物理成绩优秀被校方选中 以物理学家的身分参加了环球考察 1828年2月16日 楞次向彼得堡皇家科学院作了考察成果汇报 由于报告生动 出色 被接收为科学院研究生 楞次 15 从相对运动看 拓展 感应电流的磁场总要阻碍相对运动 来拒去留 从能量观点看 楞次定律可以看成是能量守恒定律在电磁感应现象中的反映 16 如何判定I方向 楞次定律 相对运动 增反减同 来拒去留 磁通量变化 能量守恒 17 思考与讨论 当手持条形磁铁使它的一个磁极靠近闭合线圈的一端时 线圈中产生了感应电流 获得了电能 从能量守恒的角度看 这必定有其他形式的能在减少 或者说 有外力对磁体 线圈这个系统做了功 你能不能用楞次定律做出判断 手持磁铁时我们克服什么力做功 重力和磁场力 人的能量转化成磁铁的机械能和线圈的电能 18 P11页例题1 B0 S M N Ii 原磁场方向 闭开关 原磁通变化 感电流 感磁场 偏方向 法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图所示 软铁环上饶有M N两个线圈 当M线圈电路中的开关断开的瞬间 线圈N中的感应电流沿什么方向 二 楞次定律的应用 19 感应电流的方向 明确研究的对象是哪一个闭合电路 楞次定律 右手螺旋定则 应用楞次定律判定感应电流方向的思路 一原二感三螺旋 七字经 20 P12页例题2 如图所示 在长直载流导线附近有一个矩形线圈ABCD 线圈与导线始终在同一个平面内 线圈在导线的一侧左右平移时 其中产生了A B C D A方向的电流 已知距离载流直导线较近的位置 磁场较强 请判断 线圈在向哪个方向移动 21 练习1通电直导线与矩形线圈在同一平面内 当线圈远离导线时 判断线圈中感应电流的方向 v I 分析 原磁场的方向 向里 原磁通量变化情况 减小 感应电流的磁场方向 向里 感应电流的方向 顺时针 22 例1 如图所示 条形磁铁水平放置 金属圆环环面水平 从条形磁铁附近自由释放 分析下落过程中圆环中的电流方向 23 24 磁通量增大 例2 试判断线圈中感应电流的方向 25 例3 如图所示 当条形磁铁做下列运动时 线圈中的感应电流方向应是 从左向右看 A 磁铁靠近线圈时 电流方向是逆时针的B 磁铁靠近线圈时 电流方向是顺时针的C 磁铁向上平动时 电流方向是逆时针的D 磁铁向上平动时 电流方向是顺时针的 26 磁铁靠近线圈时磁通量增大 A 磁铁靠近线圈时 电流方向是逆时针的B 磁铁靠近线圈时 电流方向是顺时针的C 磁铁向上平动时 电流方向是逆时针的D 磁铁向上平动时 电流方向是顺时针的 27 例4 如图所示 当滑动变阻器R的滑片向右滑动时 则流过R 的电流方向是 28 滑动变阻器R的滑片向右滑动时 A中电流减小 29 例5 如图所示 固定的金属环和螺线管正对放置 螺线管中有电流 要使金属环中出现如图所示的感应电流 则螺线管中的电流方向和大小如何 分析 2 若螺线管中的电流是从b流进 a流出 电流应增大 1 若螺线管中的电流是从a流进 b流出 电流应变小 30 例6 两平行长直导线都通以相同电流 线圈abcd与导线共面 当它从左到右在两导线之间移动时 其感应电流的方向如何 线圈中感应电流的方向始终为顺时针方向 线圈所在空间内的磁场分布如图 当线圈从左往右运动时 穿过它的磁通量先减小 原磁场方向为垂直纸面向里 所以感应磁场方向为垂直纸面向里 由安培定则可知 感应电流方向为顺时针方向 后来磁通量又逐渐增大 原磁场方向为垂直纸面向外 所以感应磁场方向为垂直纸面向里 由安培定则可知 感应电流方向为顺时针方向 31 例7 如图所示 匀强磁场B中 放置一水平光滑金属框架 有一根金属棒ab与导轨接触良好 在外力F的作用下匀速向右运动 分析此过程中能量转化的情况 F 1 由右手定则判定ab棒上感应电流的方向应由b a 2 由左手定则判断ab在磁场中受到的安培力的方向是水平向左的 外力做正功 消耗外界能量 完全用来克服安培力做功 转化成闭合回路中的电能 最后转化成内能 32 4 3楞次定律 第2课时右手定则 33 在图中 假定导体棒AB向右运动 向里 增大 向外 A B B A E F v 向里 减少 向里 B A B A E F v 思考与讨论 35 2 适用范围 闭合电路一部分导体切割磁感线产生感应电流 1 内容 伸开右手 使拇指与其余四指垂直 并且都与手掌在同一平面内 让磁感线从掌心进入 拇指指向导体运动的方向 四指所指的方向就是感应电流的方向 三 右手定则 36 课堂练习 如图 当导体棒ab向右运动时 则a b两点的电势哪一点高 导体棒ab相当于电源 在电源内部电流从负极流向正极 即a端为电源的正极 b端为电源的负极 a点电势高于b点 由楞次定律判断出的感应电流方向就是感应电动势的方向 3 四指所指的方向就是感应电动势的方向 37 课后练习3在图中CDEF是金属框 当导体AB向右移动时 请用楞次定律判断ABCD和ABFE两个电路中感应电流的方向 我们能不能用这两个电路中的任一个来判定导体AB中感应电流的方向 ABCD中感应电流方向 A B C D A ABFE中感应电流方向 A B F E A AB中感应电流方向 A B 38 1 楞次定律适用于由磁通量变化引起感应电流的一切情况 右手定则只适用于导体切割磁感线 2 右手定则与楞次定律本质一致 右手定则 是 楞次定律 的特例 3 在判断导体切割磁感线产生的感应电流时右手定则与楞次定律是等效的 右手定则比楞次定律方便 四 右手定则与楞次定律的区别 39 三 右手定则与左手定则的比较 小结 力左电右 40 1 如图2所示 闭合线圈上方有一竖直放置的条形磁铁 磁铁的N极朝下但未插入线圈内部 当磁铁向上运动时 A 线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同 磁铁与线圈相互吸引B 线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同 磁铁与线圈相互排斥C 线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反 磁铁与线圈相互吸引D 线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反 磁铁与线圈相互排斥 C 41 2 如图3所示 两个闭合圆形线圈A B的圆心重合 放在同一水平面内 线圈B中通以图中所示的交变电流 设t 0时电流沿逆时针方向 图中箭头所示 对于线圈A 在t1 t2时间内 下列说法中正确的是 A 有顺时针方向的电流 且有扩张的趋势B 有顺时针方向的电流 且有收缩的趋势C 有逆时针方向的电流 且有扩张的趋势D 有逆时针方向的电流 且有收缩的趋势 D 42 3 如图 金属环A用轻绳悬挂 与长直螺线管共轴 并位于其左侧 若变阻器滑片P向左移动 则金属环A将向 填 左 或 右 运动 并有 填 收缩 或 扩张 趋势 左 收缩 43 4 如图所示 当磁铁运动时 流过电阻的电流由A经R到B 则磁铁的运动可能是 A 向下运动B 向上运动C 向左平移D 向右平移 BCD 44 理解楞次定律的另一种表述 感应电流总是反抗产生感应电流的原因 表现形式有四种 a 阻碍原磁通量的变化 增反减同 例 两圆环A B置于同一水平面上 其中A为均匀带电绝缘环 B为导体环 当A以如图所示的方向绕中心转动的角速度发生变化时 B中产生如图所示方向的感应电流 则 A A可能带正电且转速减小B A可能带正电且转速增大C A可能带负电且转速减小D A可能带负电且转速增大 45 理解楞次定律的另一种表述 感应电流总是反抗产生感应电流的原因 表现形式有四种 a 阻碍原磁通量的变化 增反减同b 阻碍物体间的相对运动 来拒去留 46 理解楞次定律的另一种表述 感应电流总是反抗产生感应电流的原因 表现形式有四种 a 阻碍原磁通量的变化 增反减同b 阻碍物体间的相对运动 来拒去留 例 如图蹄形磁铁的两极间 放置一个线圈abcd 磁铁和线圈都可以绕OO 轴转动 磁铁如图示方向转动时 线圈的运动情况是 A 俯视 线圈顺时针转动 转速与磁铁相同B 俯视 线圈逆时针转动 转速与磁铁相同C 线圈与磁铁转动方向相同 但转速小于磁铁转速D 线圈静止不动 47 理解楞次定律的另一种表述 感应电流总是反抗产生感应电流的原因 表现形式有四种 a 阻碍原磁通量的变化 增反减同b 阻碍物体间的相对运动 来拒去留 例 如图通过水平绝缘传送带输送完全相同的铜线圈 线圈均与传送带以相同的速度匀速运动 为了检测出个别未闭合的不合格线圈 让传送带通过一固定匀强磁场区域 磁场方向垂直于传送带 线圈进入磁场前等距离排列 穿过磁场后根据线圈间的距离 就能够检测出不合格线圈 通过观察图形 判断下列说法正确的是 A 若线圈闭合 进入磁场时 线圈相对传送带向前滑动B 若线圈不闭合 进入磁场时 线圈相对传送带向后滑动C 从图中可以看出 第2个线圈是不合格线圈D 从图中可以看出 第3个线圈是不合格线圈 48 理解楞次定律的另一种表述 感应电流总是反抗产生感应电流的原因 表现形式有四种 a 阻碍原磁通量的变化 增反减同b 阻碍物体间的相对运动 来拒去留 例 通有稳恒电流的长直螺线管竖直放置 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 设重力加速度为g 则 A a1 gB a2 gC a3 gD a2 g 49 理解楞次定律的另一种表述 感应电流总是反抗产生感应电流的原因 表现形式有四种 a 阻碍原磁通量的变化 增反减同b 阻碍物体间的相对运动 来拒去留 例 如图所示 A B为大小 形状均相同且内壁光滑 但用不同材料制成的圆管 竖直固定在相同高度 两个相同的磁性小球 同时从A B管上端的管口无初速度释放 穿过A管的小球比穿过B管的小球先落到地面 下面对于两管的描述中可能正确的是 A A管是用塑料制成的 B管是用铜制成的B A管是用铝制成的 B管是用胶木制成的C A管是用胶木制成的 B管是用塑料制成的D A管是用胶木制成的 B管是用铝制成的 50 理解楞次定律的另一种表述 感应电流总是反抗产生感应电流的原因 表现形式有四种 a 阻碍原磁通量的变化 增反减同b 阻碍物体间的相对运动 来拒去留 例 如图所示 粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形圈 当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时 若线圈始终不动 则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是 A FN先小于mg后大于mg 运动趋势向左B FN先大于mg后小于mg 运动趋势向左C FN先小于mg后大于mg 运动趋势向右D FN先大于mg后小于mg 运动趋势向右 51 理解楞次定律的另一种表述 感应电流总是反抗产生感应电流的原因 表现形式有四种 a 阻碍原磁通量的变化 增反减同b 阻碍物体间的相对运动 来拒去留c 增缩减扩 磁通量增大 面积有收缩的趋势 磁通量减小 面积有扩大的趋势 分析磁场增强或减弱时导体环中感应电流的方向及导体环的受力情况 52 例题 如图 在水平光滑的两根金属导轨上放置两根导体棒AB CD 当条形磁铁插入与拔出时导体棒如何运动 不考虑导体棒间的磁场力 A B C D 插入时 相向运动 拔出时 相互远离 增缩减扩 若穿过闭合电路的磁感线皆朝同一方向 则磁通量增大时 面积有收缩趋势 磁通量减少时 面积有增大趋势 53 理解楞次定律的另一种表述 感应电流总是反抗产生感应电流的原因 表现形式有四种 a 阻碍原磁通量的变化 增反减同b 阻碍物体间的相对运动 来拒去留c 增缩减扩 磁通量增大 面积有收缩的趋势 磁通量减小 面积有扩大的趋势 例 如图光滑固定的金属导轨M N水平放置 两根导体棒P Q平行放置在导轨上 形成一个闭合回路 一条形磁铁从高处下落接近回路时 A P Q将相互靠拢B P Q将相互远离C 磁铁的加速度仍为gD 磁铁的加速度小于g 54 理解楞次定律的另一种表述 感应电流总是反抗产生感应电流的原因 表现形式有四种 a 阻碍原磁通量的变化 增反减同b 阻碍物体间的相对运动 来拒去留c 增缩减扩 磁通量增大 面积有收缩的趋势 磁通量减小 面积有扩大的趋势 例 如图两个闭合圆形线圈A B的圆心重合 放在同一水平面内 线圈B中通以图中所示的交变电流 设t 0时电流沿逆时针方向 图中箭头所示 对于线圈A 在t1 t2时间内 下列说法中正确的是 A 有顺时针方向的电流 且有扩张的趋势B 有顺时针方向的电流 且有收缩的趋势C 有逆时针方向的电流 且有扩张的趋势D 有逆时针方向的电流 且有收缩的趋势 55 理解楞次定律的另一种表述 感应电流总是反抗产生感应电流的原因 表现形式有四种 a 阻碍原磁通量的变化 增反减同b 阻碍物体间的相对运动 来拒去留c 增缩减扩 磁通量增大 面积有收缩的趋势 磁通量减小 面积有扩大的趋势 例 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FN将增大 56 理解楞次定律的另一种表述 感应电流总是反抗产生感应电流的原因 表现形式有四种 a 阻碍原磁通量的变化 增反减同b 阻碍物体间的相对运动 来拒去留c 增缩减扩 磁通量增大 面积有收缩的趋势 磁通量减小 面积有扩大的趋势 例 如图通电螺线管置于闭合金属环a的轴线上 当螺线管中电流I减小时 A 环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的减小B 环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的减小C 环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的增大D 环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的增大 57 理解楞次定律的另一种表述 感应电流总是反抗产生感应电流的原因 表现形式有四种 a 阻碍原磁通量的变化 增反减同b 阻碍物体间的相对运动 来拒去留c 增缩减扩 磁通量增大 面积有收缩的趋势 磁通量减小 面积有扩大的趋势 d 阻碍原电流的变化 自感现象 例 如图 导线AB和CD互相平行 试确定在闭合和断开开关S时导线CD中感应电流的方向 教科书 P13 2 闭合时 D C 断开时 C D 58 机械能转化为电能 电能的转移 例 圆形导体环用一根轻质细杆悬挂在O点 导体环可以在竖直平面里来回摆动 空气阻力和摩擦力均可不计 在图示的正方形区域里 有匀强磁场垂直于圆环的振动面指向纸内 下列说法中正确的有 A 此摆振动的开始阶段机械能不守恒B 导体环进入磁场和离开磁场时 环中电流的方向肯定相反C 导体环最终将停下来D 导体环最终将在匀强磁场中一直摆动下去 电磁感应现象也遵循能量守恒定律 59 例 如图所示 有两个同心放置且共面的金属圆环 条形磁铁穿过圆心且与两环面垂直 比较通过两环的磁通量 a b 则A a bB a bC a bD 不能确定 特别注意 条形磁铁 通电螺线管 内外磁场的分布情况 例 在条形磁铁的中央位置的正上方水平固定一铜质圆环如图所示 以下判断中正确的是 A 释放圆环 环下落时环的机械能守恒B 释放圆环 环下落时磁铁对桌面的压力比磁铁的重力大C 给磁铁水平向右的初速度 磁铁滑出时做减速运动D 给磁铁水平向右的初速度 圆环有向左的运动趋势 60 特别注意 条形磁铁 通电螺线管 内外磁场的分布情况 例 如图两个闭合圆形线圈A B的圆心重合 放在同一水平面内 线圈B中通以图中所示的交变电流 设t 0时电流沿逆时针方向 图中箭头所示 对于线圈A 在t1 t2时间内 下列说法中正确的是 A 有顺时针方向的电流 且有扩张的趋势B 有顺时针方向的电流 且有收缩的趋势C 有逆时针方向的电流 且有扩张的趋势D 有逆时针方向的电流 且有收缩的趋势 例 如图两个闭合圆形线圈A B的圆心重合 放在同一水平面内 线圈B中通以图中所示的交变电流 设t 0时电流沿逆时针方向 图中箭头所示 对于线圈A 在t1 t2时间内 下列说法中正确的是 A 有顺时针方向的电流 且有扩张的趋势B 有顺时针方向的电流 且有收缩的趋势C 有逆时针方向的电流 且有扩张的趋势D 有逆时针方向的电流 且有收缩的趋势 61 特别注意 条形磁铁 通电螺线管 内外磁场的分布情况 例 如图所示 通电螺线管置于闭合金属环a的轴线上 当螺线管中电流I减小时 A 环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的减小B 环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的减小C 环有缩小的趋势以阻碍原磁通量的增大D 环有扩大的趋势以阻碍原磁通量的增大 例 2009 海南卷 一长直铁芯上绕有一固定线圈M 铁芯右端与一木质圆柱连接 木质圆柱上套有一闭合金属环N N可在木质圆柱上无摩擦移动 M连接在如图所示的电路中 其中R为滑动变阻器 E1和E2为直流电源 S为单刀双掷开关 下列情况中 可观测到N向左运动的是 A 在S断开的情况下 S向a闭合的瞬间B 在S断开的情况下 S向b闭合的瞬间C 在S已向a闭合的情况下 将R的滑动头向c端移动时D 在S已向a闭合的情况下 将R的滑动头向d端移动时 62 楞次定理 右手定则 左手定则与安培定则的综合应用 运动电荷 电流产生磁场 安培定则 磁场对运动电荷 电流有作用力 左手定则 部分导体做切割磁感线运动 右手定则 闭合回路磁通量变化 楞次定律 电磁感应 1 应用现象及规律比较 2 应