高中物理第一章电磁感应4楞次定律课件 57张PPT

(共57张PPT)
4.楞
次
定
律　
一、右手定则
1.使用方法:将右手手掌伸平,使大拇指
与其余并拢的_________,并与手掌在同
一平面内,让磁感线从_________,大拇
指指向导体运动方向,这时___________就是感应电流
的方向,也就是感应电动势的方向。
2.适用范围:适用于____电路部分导体___________产生
感应电流的情况。
四指垂直
手心穿入
四指的指向
切割磁感线
闭合
二、楞次定律
1.分析:
(1)线圈内磁通量增加时的情况:(表内选填“向上”或“向下”)
向下
向上
向上
向下
图序
磁场
方向
感应电流的方向
(俯视)
感应电流的
磁场方向
甲
_____
逆时针
_____
乙
_____
顺时针
_____
(2)线圈内磁通量减少时的情况:(表内选填“向上”或“向下”)
向下
向下
向上
向上
图序
磁场
方向
感应电流的方向
(俯视)
感应电流的
磁场方向
丙
_____
顺时针
_____
丁
_____
逆时针
_____
2.实验结论:
(1)当线圈内磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场
方向_____。
(2)当线圈内磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场
方向_____。
相反
相同
3.楞次定律及其应用:
(1)内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场
总是要阻碍引起感应电流的_______的变化。
磁通量
(2)应用楞次定律的一般步骤:
①分辨引起电磁感应的原磁场B0的_____。
②确定B0通过闭合回路磁通量的_____。
③根据_________,确定感应电流的磁场B′方向。
④用_________判断能够形成上述磁场B′的感应电
流的方向。
方向
增减
楞次定律
安培定则
【思考辨析】
(1)感应电流的磁场总是阻止回路中磁通量的变化。
(　　)
(2)感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化。
(　　)
(3)由楞次定律知,感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。
(　　)
(4)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。
(　　)
提示:(1)×。“阻止”应改为“阻碍”。
(2)×。感应电流的磁场阻碍原磁通量的变化,不是原磁场的变化。
(3)×。感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向有时相反,有时相同。
(4)√。符合楞次定律的描述。
一　楞次定律的理解和应用
【典例】(2017·全国卷Ⅲ)如图,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
【解析】选D。因为PQ突然向右运动,由右手定则可知,
PQRS中的感应电流方向为逆时针,穿过T中的磁通量减小,由楞次定律可知,T中的感应电流方向为顺时针,故A、B、C错误,D正确。
【核心归纳】
1.“阻碍”的理解:
问题
结论
谁阻碍谁
是感应电流的磁通量阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化
为何阻碍
(原)磁场的磁通量发生了变化
阻碍什么
阻碍的是磁通量的变化,而不是阻碍磁通量本身
问题
结论
如何阻碍
当原磁场磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反;当原磁场磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同,即“增反减同”
结果如何
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,最终结果不受影响
2.“阻碍”的表现形式:
楞次定律中的“阻碍”作用,正是能的转化和守恒定律的反映,在克服“阻碍”的过程中,其他形式的能转化为电能,常见的情况有以下四种:
(1)阻碍原磁通量的变化(增反减同)。
(2)阻碍导体的相对运动(来拒去留)。
(3)通过改变线圈面积来“反抗”(扩大或缩小)。
(4)阻碍自身电流的变化(自感现象将在后面学习到)。
【过关训练】
1.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外磁场的方向相反
B.感应电流的磁场方向总是与外磁场的方向相同
C.感应电流的磁场方向取决于磁通量是增大还是减小
D.感应电流的磁场总是和原来磁场的变化相同
【解析】选C。根据楞次定律,感应电流的磁场方向总是阻碍原磁场的变化,当外磁场增加时,感应电流的磁场与外磁场的方向相反,当外磁场减弱时,感应电流的磁场与外磁场的方向相同,感应电流的磁场方向取决于磁通量是增大还是减小;选项A、B、D错误,C正确;故选C。
2.如图所示,金属环所在区域存在着匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里。当磁感应强度逐渐增大时,内、外金属环中感应电流的方向为
(　　)
A.外环顺时针、内环逆时针
B.外环逆时针,内环顺时针
C.内、外环均为逆时针
D.内、外环均为顺时针
【解析】选B。首先明确研究的回路由外环和内环共同组成,回路中包围的磁场方向垂直纸面向里且内、外环之间的磁通量增加。由楞次定律可知两环之间的感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,垂直于纸面向外,再由安培定则判断出感应电流的方向是:在外环沿逆时针方向,在内环沿顺时针方向,故选项B正确。
【补偿训练】
1.如图所示,一均匀的扁平条形磁铁的轴
线与圆形线圈在同一平面内,磁铁中心与
圆心重合,为了在磁铁开始运动时线圈中
能得到逆时针方向的感应电流,磁铁的运动方式应是
(　　)
A.N极向纸内,S极向纸外,使磁铁绕O点转动
B.N极向纸外,S极向纸内,使磁铁绕O点转动
C.磁铁在线圈平面内顺时针转动
D.磁铁在线圈平面内逆时针转动
【解析】选A。当N极向纸内,S极向纸外转动时,穿过线圈的磁场从无到有并向里,感应电流的磁场应向外,电流方向为逆时针,A选项正确;当N极向纸外,S极向纸内转动时,穿过线圈的磁场向外并增加,感应电流方向为顺时针,B选项错误;当磁铁在线圈平面内绕O点转动时,穿过线圈的磁通量始终为零,因而不产生感应电流,C、D选项错误。
2.如图所示,一根条形磁铁自左向右穿
过一个闭合螺线管,则电路中(　　)
A.始终有感应电流自a向b流过电流表G
B.始终有感应电流自b向a流过电流表G
C.先有a→G→b方向的感应电流,后有b→G→a方向的感应电流
D.将不会产生感应电流
【解析】选C。条形磁铁从左边进入螺线管的过程中,在螺线管内产生的磁场方向向右,穿过螺线管的磁通量不断增加,根据楞次定律,感应电流的方向是a→G→b。条形磁铁从螺线管中向右穿出的过程中,在螺线管中产生的磁场方向仍向右,穿过螺线管的磁通量不断减少,根据楞次定律,感应电流的方向是b→G→a,故C正确。
二　楞次定律、右手定则、左手定则
【典例】(多选)如图所示,面积为S的矩形
导线框abcd,处在磁感应强度为B的匀强磁
场中,磁场方向与线框平面成θ角。当线
框以ab为轴顺时针匀速转90°角过程中,下列判断正确
的是
(　　)
A.线框中电流方向先为a→b→c→d→a,再为a→d→c→b→a
B.线框中电流方向一直为a→b→c→d→a
C.线框中电流先减小后增大
D.线框中电流先增大后减小
【解析】选B、D。矩形线框abcd如图所示放置,此时通
过线框的磁通量为Φ1=BSsinθ。当线框以ab为轴顺时
针匀速转90°角过程中θ先减小,后反向增大,当规定
此时穿过线框为正面,则当线框绕ab轴转90°角时,穿
过线框反面,则其磁通量:Φ2=-BSsinθ。因此穿过线
框平面的磁通量的变化为先减小后反向增大。根据楞
次定律可知,θ减小时,磁通量减小,产生的感应电流的
方向是a→b→c→d→a;磁通量反向增大时,同理可知,
感应电流的方向仍然是a→b→c→d→a。故A错误,B正
确;θ减小时,cd棒切割磁感线,产生的电动势:E=
B
v有效=B·
·ω
·cosθ,可知,电动势随夹角
的减小而增大,所以线框中电流先增大;当θ反向增大时,
电动势随夹角的增大而减小。故C错误,D正确。
【核心归纳】
1.楞次定律与右手定则的比较:
　　规律
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,即做切割磁感线运动的导体
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
用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象
联系
右手定则是楞次定律的特例
2.右手定则与左手定则的比较:
比较项目
右手定则
左手定则
作用
判断感应电流方向
判断通电导体所受磁场力的方向
已知条件
已知导体运动方向和磁场方向
已知电流方向和磁场方向
比较项目
右手定则
左手定则
图例
因果关系
运动→电流
电流→运动
应用实例
发电机
电动机
【过关训练】
1.一根导体棒ab在水平方向的匀强磁场
中自由下落,并始终保持水平方向且与
磁场方向垂直。如图所示,则有
(　　)
A.Uab=0　　
B.φa>φb,Uab保持不变
C.φa≥φb,Uab越来越大
D.φa<φb,Uab越来越大
【解析】选D。导体棒ab切割磁感线产生感应电动势,由右手定则可知,b点电势高,a点电势低,即φa<φb,导体棒下落过程速度v越来越大,感应电动势E=BLv越来越大,导体棒ab两端电势差Uab
越来越大,故D正确。
2.
(多选)(2018·全国卷Ⅰ)
如图,两
个线圈绕在同一根铁芯上,其中一线圈
通过开关与电源连接,另一线圈与远处
沿南北方向水平放置在纸面内的直导线连接成回路。
将一小磁针悬挂在直导线正上方,开关未闭合时小磁针
处于静止状态。下列说法正确的是
A.开关闭合后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向里的方向转动
B.开关闭合后并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向里的方向
C.开关闭合后并保持一段时间后,小磁针的N极指向垂直纸面向外的方向
D.开关闭合后并保持一段时间再断开后的瞬间,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动
【解析】选A、D。开关闭合后的瞬间,根据安培定则可
知,两线圈内的磁场方向水平向右。因为线圈内的磁通
量增加,根据楞次定律可判断直导线内的电流方向由南
到北,再根据安培定则可知直导线内的电流在正上方产
生的磁场方向垂直纸面向里,则小磁针的N极朝垂直纸
面向里的方向转动,故选项A正确;开关闭合后并保持一
段时间后,与直导线相连的线圈内磁通量不变,则直导线没有感应电流,故小磁针不动,故选项B、C错误;开关闭合后并保持一段时间再断开后的瞬间,与直导线相连的线圈内磁通量减少,根据楞次定律可判断直导线内的电流方向由北到南,小磁针的N极朝垂直纸面向外的方向转动,故选项D正确。
【补偿训练】　
1.(多选)如图所示,光滑平行金属导轨PP′和QQ′都处于同一水平面内,P和Q之间连接一电阻R,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,现在垂直于导轨放置一根导体棒MN,用一水平向右的力F拉动导体棒MN,以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是
(　　)
A.感应电流方向是N→M　　　B.感应电流方向是M→N
C.安培力水平向左
D.安培力水平向右
【解析】选A、C。磁场方向向下,导体棒MN的运动方向向右,由右手定则,感应电流方向是N→M,再由左手定则,安培力水平向左,所以A、C正确。
2.如图所示,一个轻质铝环套在一根水
平光滑绝缘杆上,当一条形磁铁向右运
动靠近铝环时,铝环的运动情况是
(　　)
A.向右运动　　　　　　　　　B.向左运动
C.静止不动
D.不能判定
【解析】选A。解法一:电流元受力分析法。
如图所示,当磁铁向环运动时,穿过铝环的磁通量增加,
由楞次定律判断出铝环的感应电流的磁场方向与原磁
场的方向相反,即向右,根据安培定则可判断出感应电
流方向,从左侧看为顺时针方向,把铝环的电流等效为
多段直线电流元,取上、下两小段电流元进行研究,由
左手定则判断出两段电流元的受力,由此可判断整个铝环所受合力向右,故A选项正确。
解法二:阻碍相对运动法。
产生磁场的物体与闭合线圈之间的相互作用力可概括为四个字——“来拒去留”。磁铁向右运动时,铝环产生的感应电流总是阻碍磁铁与导体间的相对运动,则磁铁和铝环间有排斥作用,故A正确。
解法三:等效法。
如图所示,磁铁向右运动,使铝环产生的感应电流可等效为条形磁铁,而两磁铁有排斥作用,故A项正确。
【拓展例题】考查内容:楞次定律与能量守恒
【典例】如图所示,用一根长为L,质量不计的细杆与一个上弧长为l0、下弧长为d0的金属线框的中点连接并悬挂于O点,悬点正下方存在一个上弧长为2l0、下弧长为2d0的方向垂直纸面向里的匀强磁场,且d0≤L。先将线框拉开到如图所示位置,松手后让线框进入磁场,忽略空气阻力和摩擦力。下列说法正确的是(　　)
A.金属线框进入磁场时感应电流的方向为a→b→c→d→a
B.金属线框离开磁场时感应电流的方向为a→d→c→b→a
C.金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等
D.向左摆动进入或离开磁场的过程中,所受安培力方向向右;向右摆动进入或离开磁场的过程中,所受安培力方向向左
【解析】选D。当线框进入磁场时,dc边切割磁感线,由楞次定律可判断,感应电流的方向为a→d→c
→b→a;当线框离开磁场时,同理可判其感应电流的方向为a→b→c→d→a,A、B错;线框dc边(或ab边)进入磁场(或离开磁场)时,都要切割磁感线产生感应电流,机械能转化为电能,故dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小不相等,C错;由“来拒去留”知,D对。