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第二章 电磁感应
1.2楞次定律
新课引入
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
自主预习
楞次定律
一
如图为条形磁体插入或抽出线圈时的情景,根据上节实验中的结果,线圈中感应电流的磁场方向与原磁场方向有什么关系?
穿过线圈的磁通量增大时,感应电流产生的磁场与原磁场方向相反;
穿过线圈的磁通量减小时,感应电流产生的磁场与原磁场方向相同。
智能提升
一
楞次定律
1.楞次定律: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磁通量的变化。
2.从能量角度看楞次定律
(1)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。
(2)把磁极插入线圈或从线圈内抽出时,推力或拉力都必须做机械功,做功过程中消耗的机械能转化成感应电流的电能。
理论探究
一
楞次定律
为了理解楞次定律中“阻碍”的含义,请完成下列任务:
任务1.感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,是否意味着感应电流的磁场总与原磁场方向相反?
否。当引起感应电流的磁通量增大时,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小时,感应电流的磁场与原磁场方向相同。
任务2.“阻碍”是不是意味“阻止”了原磁场的变化?
不是。“阻碍”并不是“阻止”了引起感应电流的磁通量的变化,
“阻碍”只是减缓了引起感应电流的磁通量的变化,并不能阻止这种变化。
探究归纳
一
楞次定律
楞次定律中“阻碍”的含义的理解
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
谁阻碍谁
阻碍什么
如何阻碍
阻碍效果
感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化
阻碍的是磁通量的变化,而不是阻碍磁通量本身
当磁通量增大时,感应电流的磁场与原磁场的方向相反;当磁通量减小时,感应电流的磁场与原磁场的方向相同
【例1】法拉第最初发现电磁感应现象的实验装置如图所示。软铁环上绕有M、N两个线圈,请完成下列填空:
(1)开关S闭合瞬间
①穿过N的磁场方向 ;
②穿过N的磁通量 (选填“增大”或“减小”);
③线圈N中感应电流的磁场方向 ;
④N中感应电流方向为 (俯视)。
(2)开关S断开瞬间,N中感应电流方向为 (俯视)。
向下
增大
向上
逆时针方向
顺时针方向
应用楞次定律的基本步骤
归纳总结
一
楞次定律
针对练1.如图所示,在两根平行的长直导线中,通以方向相同、大小相等的恒定电流,一个小导线框在两导线平面内,从靠近右边的导线内侧沿着与两导线垂直的方向匀速向左移动,直至到达左边导线的内侧。在移动过程中,线框中感应电流的方向( )
A.沿abcda不变
B.沿dcbad不变
C.由abcda变为dcbad
D.由dcbad变为abcda
针对练2.(2024·山东日照高二期中)如图甲所示,水平桌面上固定的闭合金属线圈处于磁感应强度为B的磁场中,磁感应强度B随时间t变化的关系如图乙所示。设磁场垂直桌面向上为正方向,则金属线圈中感应电流的方向(从上向下看)( )
A.0~t1时间内为逆时针方向
B.t1~t2时间内为顺时针方向
C.t2~t3时间内为顺时针方向
D.t3~t4时间内为顺时针方向
针对练3.如图,R、P、L是三个金属圆环,其中R、L固定,当P沿着图中速度方向运动,且P中通如图所示方向电流,则眼睛看到L和R中的电流方向是( )
A.都是顺时针
B.都是逆时针
C.L顺时针,R逆时针
D.L逆时针,R顺时针
B
自主预习
二
右手定则
如图所示,导体棒与电流表连接成闭合回路,导体棒在磁场中分别向左、向右做切割磁感线运动,电流表指针的偏转方向是否相同?这说明什么问题?
不相同。说明感应电流的方向与导体切割磁
感线的运动方向有关。
智能提升
二
右手定则
1.右手定则: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。
2.适用范围:导线切割磁感线时感应电流方向的判定。
理论探究
二
右手定则
如图所示,使导体棒CD向右运动,请完成下列任务:
任务1.应用楞次定律判断导体棒CD中感应电流I的方向如何?
导体棒CD中感应电流的方向为C→D。
任务2.应用右手定则判断导体棒CD中感应电流I的方向如何?
判断结果与应用楞次定律判断结果是否相同?
导体棒CD中感应电流的方向为C→D;相同。
任务3.应用右手定则判断导体棒CD向左运动时棒中感应电流I的方向如何?
导体棒CD中感应电流的方向为D→C。
探究归纳
二
右手定则
楞次定律与右手定则的比较
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,即切割磁感线的导体
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
应用 用于磁感应强度B随时间变化而产生的电磁感应现象较方便 用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象较方便
联系 右手定则是楞次定律的特例
【例2】图中表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景,导体ab上的感应电流方向为a→b的是( )
右手定则的理解
1.拇指的指向:是导体相对磁场切割磁感线的运动方向,既可以是导体的运动方向(磁场不动),也可以是磁场相对导体运动的反方向(导体不动),还可以是导体相对磁场的运动方向(两者以不同速度同时运动)。
2.四指的指向:是电流方向,也是感应电动势的方向,切割磁感线的那部分导体相当于电源。
归纳总结
二
右手定则
针对练1.如图所示,匀强磁场与圆形导体环平面垂直,导体ef与环接触良好,当ef向右匀速运动时( )
A.圆环中磁通量不变,环上无感应电流产生
B.整个环中有顺时针方向的电流
C.整个环中有逆时针方向的电流
D.环的右侧有逆时针方向的电流,环的左侧有顺时针方向的电流
针对练2.如图所示,同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R和r,导体棒PQ与三条导线接触良好,匀强磁场的方向垂直纸面向里。导体棒和导线的电阻可忽略。当导体棒向左滑动时,下列说法正确的是( )
A.流过R的电流由d到c,流过r的电流由b到a
B.流过R的电流由c到d,流过r的电流由b到a
C.流过R的电流由d到c,流过r的电流由a到b
D.流过R的电流由c到d,流过r的电流由a到b
探究归纳
三
楞次定律的推论
感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因。实际应用中,根据引起感应电流的产生情境,常见以下三个推论:
推论 图例说明
1.阻碍原磁通量变化——“增反减同”
2.阻碍相对运动——“来拒去留”
探究归纳
三
楞次定律的推论
推论 图例说明
3.使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”
(注:适用于磁感线单方向穿过回路的情况)
实质:以上情况“殊途同归”,实质上都是以不同的方式阻碍磁通量的变化。
【例3】如图甲所示,有一闭合导体环,磁场方向垂直于环面向里(为正方向),当磁感应强度随时间按如图乙所示规律变化时,顺着磁场方向看,导体环中感应电流的方向是( )
A.一直顺时针
B.一直逆时针
C.先顺时针后逆时针
D.先逆时针后顺时针
增反减同
B
增反减同
来拒去留
竖直向上
【例5】如图所示,水平固定的长直导线与矩形导线框abcd在同一竖直平面,导线框的ab边与导线平行,导线中通有向右的恒定电流I,现将导线框由静止释放,导线框在竖直下落过程中没有翻转,不计空气阻力。下列对导线框下落过程的分析,正确的是( )
A.导线框中产生了顺时针方向的感应电流
B.导线框的面积有收缩的趋势
C.导线框下落的加速度有时可能大于重力加速度g
D.若导线中的电流I方向向左,则线框所受安培力的合力方向向下
增反减同
增缩减扩
面积扩张
来拒去留
F竖直向上
探究归纳
四
“三定则一定律”的综合
项目 安培定则(右
手螺旋定则) 电磁感应 左手定则
右手定则 楞次定律
应用
对象 判断电流产生的磁场的方向 判断闭合电路的一段导体切割磁感线产生的感应电流的方向 判断闭合电路中磁通量变化产生的感应电流的方向 判断安培力、洛伦兹力的方向
使用
方法 右手握住导线或螺线管(环形电流) 右手拇指指向导体切割磁感线的运动方向,磁感线穿过手掌,四指指向电流的方向 一原、二变、三感、四螺旋 左手四指指向电流方向或正电荷运动方向(负电荷运动反方向),磁感线穿过手掌,拇指指向受力方向
探究归纳
四
“三定则一定律”的综合
项目 安培定则(右
手螺旋定则) 电磁感应 左手定则
右手定则 楞次定律
图形
示例
因果
关系 因电而生磁(I→B用安培定则) 因动而生电(v、B→I感用右手定则),应用:发电机 因磁而生电(ΔΦ→I感用楞次定律) 因电而在磁场中受力(I、B→F用左手定则),应用:电动机
【例6】(多选)如图所示的装置中,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(提示:导体棒切割磁感线速度越大,感应电流越大)( )
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
v
v
左手定则
楞次定律
右手定则
针对练.如图所示,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是( )
A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向
B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向
C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向
D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向
右手定则
安培定则
楞次定律
T中沿顺时针方向
安培定则
课堂回眸
楞次定律
怎样理解楞次定律的内容及应用
怎样理解右手定则的内容及应用
怎样理解楞次定律的推论及应用
怎样理解“三定则一定律”的区别