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第1节 楞次定律
第二章
人教版(2019)选择性必修二
CONTENTS
目录
影响感应电流方向的因素
01
楞次定律
02
右手定则
03
楞次定律的推论
04
这首人们耳熟能详的唐诗,曾给我们带来多少愉悦和幻想呀!如今,诗人笔下的三峡,不仅风景秀丽依然,更在为祖国的建设作着巨大的贡献。
电厂里巨大的发电机怎么会发出这么多电来? 磁生电有什么规律呢?这一章我们将进一步去认识电与磁的规律。
朝辞白帝彩云间
千里江陵一日还
两岸猿声啼不住
轻舟已过万重山
早发白帝城
新课导入
知识讲解
课堂小结
随堂练习
布置作业
1.感应电流的产生条件是什么?
只要穿过闭合电路的磁通量发生变化
2.怎样判定通电螺线管内部磁场的方向?
右手定则
知识回顾-课前提问:
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知识讲解
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课堂小结
布置作业
线圈与电流表相连,把磁体的某一个磁极向线圈中插入、从线圈中抽出时,电流表的指针发生了偏转,但两种情况下偏转的方向不同,这说明感应电流的方向并不相同。感应电流的方向与哪些因素有关?
穿过闭合回路的磁通量变化是产生感应电流的条件,所以感应电流的方向可能与磁通量的变化有关。那磁通量的变化(增加或减少)具体有什么关系呢?
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一、影响感应电流方向的因素
1.实验探究-电流方向与电流计指针偏转方向的关系
左进左偏
右进右偏
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布置作业
2.实验探究-闭合螺线管判断感应电流的方向(磁通量变化类型)
2.1多量程电流传感器-计算机-闭合螺线管判断感应电流的方向
电流从红色夹子流入为正
电流从黑色夹子流入为负
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布置作业
实验现象及结论
结论:闭合回路中磁场方向发生变化,感应电流方向也发生变化
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2.2灵敏电流计-条形磁铁-闭合螺线管判断感应电流的方向
N极插入右偏俯视逆时针
S极插入左偏俯视顺时针
N极拨出左偏俯视顺时针
S极拨出右偏俯视逆时针
根据实验你是否能够总结出感应电流方向的规律?
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布置作业
N
S
N极向下 插入 拔出
原磁场
方向
回路磁通量 的变化
感应电流方向 (俯视)
感应电流 磁场方向
逆时针
顺时针
增大
减小
向下
向下
向上
向下
N
S
_
+
_
+
实验分析
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课堂小结
布置作业
S
N
S极向下 插入 拔出
原磁场
方向
回路磁通量、的变化
感应电流方向 (俯视)
感应电流 磁场方向
顺时针
逆时针
增大
减小
向上
向上
向下
向上
S
N
_
+
_
+
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布置作业
感应电流磁场
磁通量变化
增
减
与
原
磁
场
与
原
磁
场
阻碍
反
同
感应电流的磁场
总要
阻碍
引起感应电流的
磁通量的变化
“增反减同”
结论
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布置作业
二、楞次定律
1、内容: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(的原磁场)的磁通量的变化。
2、从能量角度理解楞次定律
感应电流沿着楞次定律所述的方向,是能量守恒定律的必然结果,当磁极插入线圈或从线圈内抽出时,推力或拉力做功,使机械能转化为感应电流的电能.
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3、楞次定律(阻碍)的理解
①谁在阻碍?
②阻碍什么?
③如何阻碍?
④能否阻止
感应电流产生的磁场
引起感应电流的磁通量的变化
阻碍也不是相反,而是反抗”变化”,即“增反减同”
不能,延缓了磁通量的变化。
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
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【典例1】法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图所示。软铁环上绕有M、N两个线圈,当线圈M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?
①原磁场方向:M线圈中磁场方向向上,N线圈中磁场方向向下。
②断开开关,原磁场磁通量变小。
③由“增反减同”可判断N线圈中感应电流的磁场方向向下。
④利用“安培定则”可判断N线圈中电流方向上端流出。
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【典例2】如图所示,在通有电流I 的长直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,垂直于导线左右平移时,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?
选择矩形线圈为研究对象,画出通电直导线一侧的磁感线分布图(如右图),磁感线方向垂直纸面向里,用“×”表示。已知矩形线圈中感应电流的方向是A→B→ C→ D →A,根据右手螺旋定则,感应电流的磁场方向是垂直纸面向外的(即指向读者的,用矩形中心的圆点“·”表示)。
根据楞次定律,感应电流的磁场应该是阻碍穿过线圈的磁通量变化的。现在已经判明感应电流的磁场从纸面内向外指向读者,是跟原来磁场的方向相反的。因此线圈移动时通过它的磁通量一定是在增大。这说明线圈在向左移动。
随堂练习
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布置作业
思考与讨论1:如图,导体棒CD向右运动,感应电流方向如何?
Bi
I
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布置作业
思考与讨论2:当闭合导体回路的一部分做切割磁感线的运动时,同学们判断下面各种情况导体棒中的感应电流方向?
I
I
I
确定研究对象
B感
I感
楞次定律
安培定则
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三、右手定则
1、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个平面内;让磁感线从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。这就是更便于判定导线切割磁感线时感应电流方向的右手定则。
2、适用:部分导体切割的情况,判断更方便。
3、四指指向电流方向,切割磁感线的导体相当于电源。
温馨提示:
判断“力”用“左手”,
判断“电”用“右手”。
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布置作业
【典例3】闭合线圈abcd,从某高度自由下落时穿过一个有界的匀强磁场,如图所示,虚线表示上、下两个边界。当它经过图中的三个位置时,感应电流的方向是( )
A.经过Ⅰ时,a→d→c→b→a
B.经过Ⅱ时,a→b→c→d→a
C.经过Ⅱ时,无感应电流
D.经过Ⅲ时,电流方向a→d→c→b→a
答案:CD
随堂练习
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布置作业
四、楞次定律的推论
推论1:来拒去留
N
S
v
N S
N
S
v
F安
F安
N
S
v
S N
N
S
v
F安
F安
相互靠近时产生斥力,相互远离时产生引力,记作“来拒去留”
感应电流产生的磁场阻碍它们之间的相对运动,从而阻碍磁通量的变化。
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布置作业
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g
D.磁铁的加速度小于g
【典例4】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( )
答案:AD
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推论2:增离减靠
指出滑片向上和向下移动时,圆环的运动状态。
磁通量增大时,可移动线圈平面总朝远离磁场方向移动。
磁通量减小时,可移动线圈平面总朝靠近磁场方向移动。
N
S
N
S
F安
F安
F安
F安
使移动线圈平面总朝远离或靠近磁场方向,从而阻碍磁通量的变化。
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布置作业
【典例5】(多选)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,下列说法中正确的是( )
A.穿过线圈a的磁通量变大
B.线圈a有扩张的趋势
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将减小
答案:BCD
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推论3:增缩减扩(适用于平面内只有单向磁场通过)
N
S
v
·
×
a
b
B
F安
判断导体棒将沿导轨什么方向运动
I
N
S
v
×
·
a
b
B
F安
F安
I
缩小或具有缩小的趋势 增大或具有扩大的趋势
使线圈面积有增大或缩小的趋势,从而阻碍磁通量的变化。
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布置作业
【典例6】如图甲所示,在一空心螺线管内部中点处放置一小铜环,图乙所示,在一空心螺线管外部放置一大铜环,电路接通瞬间,下列说法正确的是( )
A.从左往右看,两个铜环中部都有顺时针方向感应电流
B.从左往右看,小铜环有顺时针方向感应电流,大铜环中有逆时针方向感应电流
C.两个铜环都有收缩趋势
D.小铜环有收缩趋势,大铜环有扩张趋势
答案:AD
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1、影响感应电流方向的因素(实验探究)
2、楞次定律
3、右手定则
4、楞次定律的推论
v
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【学以致用1】[多选]关于楞次定律,下列说法中正确的是( )
A. 感应电流的磁场方向总是与原磁场的方向相反
B. 感应电流的磁场方向总是与原磁场的方向相同
C. 感应电流的磁场方向与磁通量增大还是减小有关
D. 感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化
答案:CD
解析:感应电流的磁场并不阻碍原磁场,而是阻碍原磁场的变化。感应电流的磁场方向取决于引起感应电流的磁通量是增加还是减小:当磁通量增大时,感应电流的磁场与原磁场方向相反,当磁通量减小时,感应电流的磁场与原磁场方向相同,简言之“增反减同”。
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【学以致用2】如图,矩形金属线框abcd固定在桌面上,直导线MN贴近桌面且通有M向N的恒定电流I。将MN从图中Ⅰ位置匀速平移到Ⅱ位置过程中,线框中感应电流的方向是( )
A. 一直沿abcda方向
B. 一直沿adcba方向
C. 先沿adcba方向,后沿abcda方向
D. 先沿abcda方向,再沿adcba方向,后沿abcda方向
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解析:由安培定则得,通有恒定电流的直导线产生的磁场在导线右边的方向为垂直纸面向外。在导线从图中Ⅰ位置匀速平移到Ⅱ位置过程中,如图所示,可分为4个过程,第1个过程,穿过线框的磁通量向外增加;第2个过程,穿过线框的合磁通量向外减少;第3个过程,穿过线框的合磁通量向里增加;第4个过程,穿过线框的磁通量向里减少。根据楞次定律可知,线框中的感应电流先沿abcda方向,再沿adcba方向,后沿abcda方向。
答案:D
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【学以致用3】如图,在一水平桌面上放置的闭合导体圆环正上方不远处,有一条形磁铁(S极朝上,N极朝下)由静止开始快速向右运动时,关于圆环中感应电流的方向(从上向下看)和相互作用情况,下列说法正确的是( )
A.圆环中感应电流的方向是逆时针
B.圆环中感应电流的方向是顺时针
C.圆环有向左的运动趋势
D.圆环对水平桌面的压力增大
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布置作业
答案:B
解析:AB.由图示可知,圆环中磁场方向向下,在磁铁向右移动时,穿过圆环的磁通量变小,由楞次定律可知,感应电流产生的磁场方向向下,再由安培定则可知,从上向下看,圆环中的感应电流沿顺时针方向,所以A错误,B正确;C.由左手定则可知,圆环受到的安培力方向向斜右上方,所以圆环有向右运动趋势,C错误;D.在竖直方向上圆环受到重力、桌面对它的支持力,在向右运动的过程中增加了安培力沿竖直方向上的分力,所以支持力变小,根据牛顿第三定律,可知,压力变小,D错误。
故选B。
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