(共32张PPT)
4.3楞次定律
人教版高中物理选修3-2
1、感应电流的产生条件是什么?
S
N
只要闭合电路的磁通量发生变化
+
G
2、怎样判定通电螺线管磁场的方向?
右手螺旋定则:
伸直拇指的方向就是环形导线上磁感线的方向。
右手弯曲的四指与环形电流的方向一致
在关于电磁感应的实验中,也许你已经注意到,不同情况下产生的感应电流的方向是不同的。那么,感应电流的方向由哪些因素决定?遵循什么规律?下面通过实验来探究这个问题。
猜想与假设:
N
S
建议在纸上画出几个类似图4.3-1的草图,分别标出不同情况下磁铁的N、S极磁极的运动方向,感应电流的方向。为了判断感应电流的方向,事先要弄清线图导线的绕向,及电流方向、指针摆动的方向与电流表的红、黑接线柱的关系。
实验
在第2节图4.2-2的实验中,我们通过铁跟闭合导体回路之间的相对运动来改变穿过闭合导体回路的通量。条形铁的N极或S极插入闭合线圈时,线圈内磁通量增加,抽出时,线圈内通量减少。
现在重复这个实验,不过这次不是研究感应电流的产生条件,而是用草图记录感应电流的方向、磁铁的极性和运动方向,以便从中找出它们之间的关系。
左进左偏 右进右偏
结论:电流从哪侧接线柱流入,指针就向哪一侧偏。
实验1:
G
_
+
+
_
G
_
+
+
_
找出灵敏电流计中指针偏转方向
和电流方向的关系
实验2:
感应电流的方向与哪些因素有关。
+
G
N进
N出
S进
S出
S
N
S
N
思考:插入和抽出磁铁时电流方向一样吗?为什么?
答:不一样,进时磁通量在增加,出时磁通量在减少。
实验2:
感应电流的方向与哪些因素有关。
+
G
N进
N出
S进
S出
S
N
S
N
G
N
G
S
G
N
G
S
实验猜想:
感应电流与磁通量的增减有关,与插入的磁极有关。
G
N
分析:
以N极插入线圈为例。
如图所示,这时我们可以用安培右手定则判断感应电流产生的磁场方向。
N
S
磁铁进来,线圈的磁通量增加。而感应电流的磁场方向与磁铁的相反,这样会抵消掉一部分磁铁的磁场,不利于线圈磁通量增加。
G
N
S
S
N
N
G
N
G
S
G
N
S
S
S
N
实验草图
甲
乙
丙
丁
实验结果:
甲乙线圈磁通量增加时,产生的磁场方向与与磁铁的相反(排斥)。
丙丁线圈磁通量减少时,产生的磁场方向与磁铁的相同(吸引)。
增反减同
一、楞次定律
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。。
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
1、“阻碍”并不是“阻止”
2、阻碍的结果怎样——
减缓原磁场的磁通量的变化
三种表述:
1、感应电流总要阻碍导体和磁极间的相对运动。(你来就排斥,想走就挽留)(来拒去留)
2、磁通量增加时,磁极相同(排斥);磁通量减少时,磁极相反(吸引)。
3、磁通量增加时,磁感线方向相反; 磁通量减少时,磁感线方向相同。(增反减同)
G
N
S
N
S
N
G
N
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。有外力对磁体一线圈这个系统做了功。
你能不能用楞次定律做出判断,手持磁铁运动时我们克服什么力做了功?
楞次定律符合能量守恒定律。
从楞次定律可知,感应电流总要阻碍磁铁相对于螺线管的运动。
当把磁铁移进螺线管时,外力要克服磁铁和螺线管间的斥力做功,消耗机械能,产生的电能是从机械能转化而来的。
当让磁铁离开螺线管时,外力要克服磁铁和螺线管间的引力做功,消耗机械能,产生的电能是从机械能转化而来的。
G
N
S
N
S
N
G
N
二、楞次定律的应用
判断感应电流方向的步骤:
①明确原磁场方向
②明确穿过闭合电路磁
通量是增加还是减少
③根据楞次定律确定感
应电流的磁场方向
最后:利用安培右手定则判断感应电流方向
S
N
例题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?
分析:
磁场可以沿着铁心传递
①明确原磁场方向
②明确穿过闭合电路磁
通量是增加还是减少
③根据楞次定律确定感
应电流的磁场方向
最后:利用安培右手定则判断感应电流方向
线圈N中磁感线B0向下
线圈N中磁通量减少(从有到无)
线圈N中感应电流产生的磁感线Bi方向向下(增反减同)
I
例题2
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一D一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?
分析:
①明确原磁场方向
②明确穿过闭合电路磁
通量是增加还是减少
③根据楞次定律确定感
应电流的磁场方向
最后:利用安培右手定则判断感应电流方向
右手定则可知,在导线右侧,磁感线方向垂直纸面向里
(增反减同)磁通量增加
用不到
楞次定律的逆过程
这说明线圈在向左移动。
思考与讨论
在图4.3-6中,假定导体棒AB向右运动。
1、我们研究的是哪个闭合导体回路?
2、当导体棒AB向右运动时,穿过这个闭合导体回路的磁通量是増大还是减小?
3、感应电流的磁场应该是沿哪个方向的?
4、导体棒AB中的感应电流是沿哪个方向的?
我们用楞次定律进行分析,看一看当闭合导体回路的一部分做切割磁感线的运动时,怎样判定感应电流的方向。
1、ABEF
2、增大
3、根据(增反减同)垂直纸面向外
4、沿AB棒向上
三、右手定则
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。
右手定则与楞次定律的区别
楞次定律
适用于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
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。
课后习题解答:
1、超导体的电阻为0,如果闭合的超导电路内有电流,这个电流不产生焦耳热,所以不会自行消失。现有一个定的超导体圆环,此时圆环中没有电流。在其右侧放入一个条形永磁体,由于电磁感应,在超导体圆环中产生了电流,电流的方向如何?
①明确原磁场方向
②明确穿过闭合电路磁
通量是增加还是减少
③根据楞次定律确定感
应电流的磁场方向
最后:利用安培右手定则判断感应电流方向
解:
线圈乙中磁通量增多(从无到有)
增反减同----感应磁场线向右
向左
从右看电流方向为逆时针
2、导线AB与CD平行。试判断在闭合与断开开关S时,导线CD中感应电流的方向。
A
B
S
C
D
G
I
× × × × ×
× × × × ×
? ? ? ? ?
①明确原磁场方向
②明确穿过闭合电路磁
通量是增加还是减少
③根据楞次定律确定感
应电流的磁场方向
最后:利用安培右手定则判断感应电流方向
解:
闭合开关,电流由B到A,则在线圈CD产生的磁场垂直纸面向里。
线圈CD中磁通量增多(从无到有)
增反减同----感应磁场线垂直纸面向外
感应电流从C到D
断开开关,感应电流从D到C。
3、CDEF是金属框,框内存在着匀强磁场。当导体AB向右移动时,请用据次定律判断ABCD和ABFE两个电路中感应电流的方向。
①明确原磁场方向
②明确穿过闭合电路磁
通量是增加还是减少
③根据楞次定律确定感
应电流的磁场方向
最后:利用安培右手定则判断感应电流方向
解:
研究ABCD线圈中磁感线垂直纸面向里。
线圈ABCD中磁通量减少(AB向右移动,ABCD的面积减少)
增反减同----感应磁场线垂直纸面向里
× × × ×
× × × ×
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
4、在水平放置的条形磁的N极附近,一个闭合线圈向下运动并始终保持水平。在位置B,N极附近的磁感线正好与线图平面平行。试判断线圈在位置A、B、C时感应电流的方向。
①明确原磁场方向
②明确穿过闭合电路磁
通量是增加还是减少
③根据楞次定律确定感
应电流的磁场方向
最后:利用安培右手定则判断感应电流方向
解:
线圈由A到B过程中磁通量减少(在A有有一条磁感线进入线圈,到B时线圈与磁感线平行,没有磁感线进入线圈);由B到C过程中磁通量增大。
增反减同----AB感应磁场线方向与箭头相同,BC的相反。
A中感应电流方向:从上往下看为逆时针,C为顺时针。
5、线圈M和线图P绕在同一个铁芯上。
(1)当闭合开关S的一瞬间,线圈P里有没有感应电流?
(2)当线图M里有恒定电流通过时,线圈P里有没有感应电流?
(3)当断开关S的一瞬间,线圈P里有没有感应电流?
(4)在上面三种情况里,如果线圈P里有感应电流,感应电流沿什么方向?
解:
1、有感应电流。
2、没有感应电流。
3、有感应电流。
①明确原磁场方向
②明确穿过闭合电路磁
通量是增加还是减少
③根据楞次定律确定感
应电流的磁场方向
最后:利用安培右手定则判断感应电流方向
(4)、解:
开关闭合后线圈M的磁场向右。
线圈P中磁通量增大(磁场沿着铁芯传递,从无到有)
增反减同----感应磁场向左
线圈P中感应电流方向:从左过电流表到右。
开关断开与之相反。
6、A和B都是铝环,环A是闭合的,环B是开的,横梁可以绕中间的支点转动。用磁铁的任意一极去接近A环、会产生什么现象?把磁铁从A环移开会产生什现象?磁极移近或远离B环时,又会产生什现象?解释发生的现象。
分析:应用来拒去留
当条形磁铁极垂直A环靠近A时,穿过A环的磁通量増加,A环闭合产生感应电流,磁铁对A环产生安培力,阻碍两者相对运动,环将远离磁铁。(来拒),反之去留。
答:当磁铁靠近或远离A环时,横梁会转动,靠近或远离B时则不会。
当条形磁铁N极垂直b环靠近b时,b环中不产生感应电流,磁铁对b环没有安培力作用,b环将静止不动。
7、1831年10月28日,法拉第在一次会议上展示了他发明的圆盘发电机。它是利用电磁感应的原理制成的,是人类历史上的第一台发电机。据说,在法拉第表演他的圆盘发电机时,一位贵妇人问道:“法拉第先生,这东西有什么用呢?”法拉第答道:“夫人,一个刚刚出生的婴儿有什么用呢?”
图乙是这个圆盘发电机的示意图:铜盘安装在水平的铜轴上,它的边缘正好在两磁极之间,两块铜片C、D分别与转动轴和铜盘的边缘接触。使铜盘转动,电阻R中就有电流通过。
(1)说明圆盘发电机的原理。
(2)圆盘如图示方向转动,
请判断通过R的电流方向。
1、圆盘看作是由无数根长度等于半径的紫铜辐条组成的,在转动圆盘时,每根辐条都做切割磁力线的运动。辐条和外电路中的电流表恰好构成闭合电路,电路中便有电流产生了。随着圆盘的不断旋转,总有一些半径做切割磁感线的运动,因此外电路中便有了持续不断的电流。
解:
2、把圆盘看作无数根导体棒,若左边是正面导体棒是向左运动的。根据右手定则,电流方向在圆盘内是由C到D,圆盘外是由下到上。
课堂小结
灵敏电流计中指针偏转方向和电流方向的关系:
左进左偏 右进右偏,电流从哪侧接线柱流入,指针就向哪一侧偏。
一、楞次定律
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。。
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
1、“阻碍”并不是“阻止”
2、阻碍的结果怎样——
减缓原磁场的磁通量的变化
三种表述:
1、感应电流总要阻碍导体和磁极间的相对运动。(你来就排斥,想走就挽留)(来拒去留)
2、磁通量增加时,磁极相同(排斥);磁通量减少时,磁极相反(吸引)。
3、磁通量增加时,磁感线方向相反; 磁通量减少时,磁感线方向相同。(增反减同
二、楞次定律的应用
判断感应电流方向的步骤:
①明确原磁场方向
②明确穿过闭合电路磁通量是增加还是减少
③根据楞次定律确定感应电流的磁场方向
最后:利用安培右手定则判断感应电流方向
三、右手定则
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。
3、右手定则与楞次定律的区别:
楞次定律
适用于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
4、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。