电磁感应楞次定律

1 一 电磁感应一 电磁感应 楞次定律楞次定律 教学目标 教学目标 1 理解电磁感应现象产生的条件 磁通量 2 能够熟练应用楞次定律或右手定则判断感应电流及感应电动势的方向 教学重点 教学重点 楞次定律的应用 教学难点 教学难点 楞次定律的应用 一 磁通量一 磁通量 1 如果在磁感应强度为 B 的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面 其面积为 S 则 定义 B 与 S 的乘积为穿过这个面的磁通量 用 表示 是标量 但是有方向 进该面或 出该面 单位为韦伯 符号为 Wb 1Wb 1T m2 1V s 1kg m2 A s2 2 可以认为穿过某个面的磁感线条数就是磁通量 3 在匀强磁场磁感线垂直于平面的情况下 B S 所以磁感应强度又叫磁通密度 在 匀强磁场中 当 B 与 S 的夹角为 时 有 BSsin 二 电磁感应现象二 电磁感应现象 1 产生感应电流的条件 感应电流产生的条件是 穿过闭合电路的磁通量发生变化 以上表述是充分必要条件 不论什么情况 只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个 条件 就必然产生感应电流 反之 只要产生了感应电流 那么电路一定是闭合的 穿过该 电路的磁通量也一定发生了变化 当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时 电路中有感应电流产生 这 个表述是充分条件 不是必要的 在导体做切割磁感线运动时用它判定比较方便 2 感应电动势产生的条件 感应电动势产生的条件是 穿过电路的磁通量发生变化 这里不要求闭合 无论电路闭合与否 只要磁通量变化了 就一定有感应电动势产生 这好比一个电源 不论外电路是否闭合 电动势总是存在的 但只有当外电路闭合时 电路 中才会有电流 2 三 楞次定律三 楞次定律 1 楞次定律 感应电流总具有这样的方向 即感应电流的磁场总要阻碍阻碍引起感应电流的磁通量的变化磁通量的变化 楞次定律解决的是感应电流的方向问题 它关系到两个磁场 感应电流的磁场 新产生 的磁场 和引起感应电流的磁场 原来就有的磁场 前者和后者的关系不是 同向 或 反 向 的简单关系 而是前者 阻碍 后者 变化 的关系 2 对 阻碍 意义的理解 1 阻碍原磁场的变化 阻碍 不是阻止 而是 延缓 感应电流的磁场不会阻止原 磁场的变化 只能使原磁场的变化被延缓或者说被迟滞了 原磁场的变化趋势不会改变 不 会发生逆转 2 阻碍的是原磁场的变化 而不是原磁场本身 如果原磁场不变化 即使它再强 也 不会产生感应电流 3 阻碍不是相反 当原磁通减小时 感应电流的磁场与原磁场同向 以阻碍其减小 当磁体远离导体运动时 导体运动将和磁体运动同向 以阻碍其相对运动 4 由于 阻碍 为了维持原磁场的变化 必须有外力克服这一 阻碍 而做功 从 而导致其它形式的能转化为电能 因此楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体 现 3 楞次定律的具体应用 1 从 阻碍磁通量变化 的角度来看 由磁通量计算式 BSsin 可知 磁通量变 化 2 1有多种形式 主要有 S 不变 B 改变 这时 B Ssin B 不变 S 改变 这时 S Bsin B S 不变 改变 这时 BS sin 2 sin 1 当 B S 中有两个或三个一起变化时 就要分别计算 1 2 再求 2 1了 2 从 阻碍相对运动 的角度来看 楞次定律的这个结论可以用能量守恒来解释 既 然有感应电流产生 就有其它能转化为电能 又由于是由相对运动引起的 所以只能是机械 3 能减少转化为电能 表现出的现象就是 阻碍 相对运动 3 从 阻碍自身电流变化 的角度来看 就是自感现象 在应用楞次定律时一定要注意 阻碍 不等于 反向 阻碍 不是 阻止 4 右手定则 对一部分导线在磁场中切割磁感线产生感应电流的情况 右手定则和楞次定律的结论是 完全一致的 这时 用右手定则更方便一些 5 楞次定律的应用步骤 楞次定律的应用应该严格按以下四步进行 确定原磁场方向 判定原磁场如何变化 增大还是减小 确定感应电流的磁场方向 增反减同 根据安培定则判定感应电流 的方向 6 解法指导 1 楞次定律中的因果关联 楞次定律所揭示的电磁感应过程中有两个最基本的因果联系 一是感应磁场与原磁场磁 通量变化之间的阻碍与被阻碍的关系 二是感应电流与感应磁场间的产生和被产生的关系 抓 住 阻碍 和 产生 这两个因果关联点是应用楞次定律解决物理问题的关键 2 运用楞次定律处理问题的思路 a 判断感应电流方向类问题的思路 运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路可归结为 一原 二感 三电流 即为 明确原磁场 弄清原磁场的方向及磁通量的变化情况 确定感应磁场 即根据楞次定律中的 阻碍 原则 结合原磁场磁通量变化情况 确定 出感应电流产生的感应磁场的方向 判定电流方向 即根据感应磁场的方向 运用安培定则判断出感应电流方向 b 判断闭合电路 或电路中可动部分导体 相对运动类问题的分析策略 在电磁感应问题中 有一类综合性较强的分析判断类问题 主要讲的是磁场中的闭合电 路在一定条件下产生了感应电流 而此电流又处于磁场中 受到安培力作用 从而使闭合电 路或电路中可动部分的导体发生了运动 如例 2 对其运动趋势的分析判断可有两种思路方 法 4 常规法 据原磁场 B原方向及 情况 确定感应磁场 B感方向 楞次定律 判断感应电流 I感方向 导体受力及运动趋势 安培定则 左手定则 效果法 由楞次定律可知 感应电流的 效果 总是阻碍引起感应电流的 原因 深刻理解 阻 碍 的含义 据 阻碍 原则 可直接对运动趋势作出判断 更简捷 迅速 例 1 1996 年全国 一平面线圈用细杆悬于 P 点 开始时细杆处于水平位置 释放 后让它在如图所示的匀强磁场中运动 已知线圈平面始终与纸面垂直 当线圈第一次通过位 置 和位置 时 顺着磁场的方向看去 线圈中的感应电流的方向分别为 位置 位置 A 逆时针方向 逆时针方向 B 逆时针方向 顺时针方向 C 顺时针方向 顺时针方向 D 顺时针方向 逆时针方向 命题意图 考查对楞次定律的理解应用能力及逻辑推理能力 错解分析 由于空间想象能力所限 部分考生无法判定线圈经位置 时刻磁通量的 变化趋势 从而无法依据楞次定律和右手螺旋定则推理出正确选项 解题方法与技巧 线圈第一次经过位置 时 穿过线圈的磁通量增加 由楞次定律 线 圈中感应电流的磁场方向向左 根据安培定则 顺着磁场看去 感应电流的方向为逆时针方 向 当线圈第一次通过位置 时 穿过线圈的磁通量减小 可判断出感应电流为顺时针方向 故选项 B 正确 例 2 如图 线圈 A 中接有如图所示电源 线圈 B 有一半面积处在线圈 A 中 两线圈 平行但不接触 则当开关 S 闭和瞬间 线圈 B 中的感应电流的情况是 5 A 无感应电流 B 有沿顺时针的感应电流 C 有沿逆时针的感应电流 D 无法确定 解 当开关 S 闭和瞬间 线圈 A 相当于环形电流 其内部磁感线方向向里 其外部磁感 线方向向外 线圈 B 有一半面积处在线圈 A 中 则向里的磁场与向外的磁场同时增大 这时 就要抓住主要部分 由于所有向里的磁感线都从 A 的内部穿过 所以 A 的内部向里的磁感线 较密 A 的外部向外的磁感线较稀 这样 B 一半的面积中磁感线是向里且较密 另一半面积 中磁感线是向外且较稀 主要是以向里的磁感线为主 即当开关 S 闭和时 线圈 B 中的磁通 量由零变为向里 故该瞬间磁通量增加 则产生的感应电流的磁场应向外 因此线圈 B 有沿 逆时针的感应电流 答案为 C 例 3 如图所示 闭合导体环固定 条形磁铁 S 极向下以初速度 v0沿 过导体环圆心的竖直线下落的过程中 导体环中的感应电流方向如何 解 从 阻碍磁通量变化 来看 原磁场方向向上 先增后减 感应电 流磁场方向先下后上 感应电流方向先顺时针后逆时针 从 阻碍相对运动 来看 先排斥后吸引 把条形磁铁等效为螺线管 根据 同向电流 互相吸引 反向电流互相排斥 也有同样的结论 例 4 如图所示 当磁铁绕 O1O2轴匀速转动时 矩形导线框 不考虑重力 将如何 运动 解 本题分析方法很多 最简单的方法是 从 阻碍相对运动 的角 度来看 导线框一定会跟着条形磁铁同方向转动起来 如果不计摩擦阻力 最终导线框将和磁铁转动速度相同 如果考虑摩擦阻力导线框的转速总比 条形磁铁转速小些 例 5 如图所示 水平面上有两根平行导轨 上面放两根金属 棒 a b 当条形磁铁如图向下移动时 不到达导轨平面 a b 将如 何移动 解 若按常规用 阻碍磁通量变化 判断 则要根据下端磁极的