4.3《楞次定律》课件（人教选修3-2）

(共46张PPT)
电磁感应
第3节　楞次定律
电磁感应原理与汽车速度计
速度计的内部结构如图(a)所示，其中永久磁铁与汽车驱动轴相连，汽车行驶时，永久磁铁将被驱动轴带着同步转动．图(b)是速度计的刻度盘．
永久磁铁的磁感线方向已在图(a)中画出，其中一部分磁感线将通过用导体制成的速度盘．磁感线在速度盘上的分布显然是不均匀的，越接近磁极的地方磁感线越密．当驱动轴带动永久磁铁转动时，通过速度盘各部分的磁感线将发生变化：在磁铁转动的前方，磁感线将变密，因此磁感应强度将增加：而在后方，磁感应强度将减小．根据法拉第电磁感应定律，穿过导体的磁通量发生变化时，在导体内部会产生感应电流．又根据楞次定律，在磁铁转动的前方，感应电流产生的磁感线与磁铁产生的磁感线方向相反，它们之间互相排斥；而在后方，感应电流的磁感线与磁铁产生的磁感线方向相同，它们之间相互吸引．由于这种排斥和吸引作用，速度盘被磁铁“推”着“拉”着，发生了转动．通过指针轴，刻度盘上的指针也随之一起转动．
指针当然是不能一直转下去的，因此在指针轴上连有弹簧游丝，游丝的另一端固定在速度计外壳上．当指针转到一定角度时，游丝被扭转，产生反向的力矩，当这个力矩跟永久磁铁使速度盘发生转动的力矩相等时．速度盘就停留在这个位置．这时，指针便指示出相应的车速．
汽车行驶速度增大时，永久磁铁的转动速度也同步增大，速度盘中感应出的电流及相应的使速度盘发生转动的力矩将按比例增大．使指针转过更大的角度．因此，车速不同．指针指出的车速值也相应不同．当汽车停止行驶时，磁铁停转．弹簧游丝使指针复位．指针便指在“0”处．
1．感应电流的磁场方向既然跟感应电流的方向有联系，又跟________有联系．
2．感应电流具有这样的方向，即感应电流的________总要________引起感应电流的________的变化．
3．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上；让________从掌心进入，并使拇指指向________的方向，这时四指的方向就是________的方向．
1．引起磁通量变化的磁场
2．磁场　阻碍　磁通量
3．磁感线　导线运动　感应电流
一、实验探究
1．实验设计
利用条形磁铁插入或拔出线圈时改变通过螺线管的磁通量，利用灵敏电流表指针的偏转方向判断感应电流的方向．
2．实验器材
灵敏电流表、条形磁铁、
螺线管、电源、开关、导线．
3．实验过程
(1)在纸上画出电路图，
如右图所示．
(2)按如上图所示连接电路，闭合开关，记录下电流表G中流入电流方向与G中指针偏转方向的关系．(如果电流从左接线柱流入，指针向右偏还是向左偏呢？)
(3)记下线圈绕向，将线圈和灵敏电流表构成通路．
(4)如下图所示，把条形磁铁N极(或S极)向下插入线圈中，并从线圈中拔出，每次记下电流表中指针偏转方向，然后根据步骤(2)的结论，判断出感应电流方向，从而可确定B感的方向．
如上图所示，在四种情况下，将实验结果填入下表得：
条形磁场
运动情况 N极向下
插入线圈 N极向上
拔出线圈 S极向下
插入线圈 S极向上
拔出线圈
原磁场方向 向下 向下 向上 向上
穿过线圈的磁
通量变化情况 增加 减小 增加 减小
电流表指
针偏转方向 右偏 左偏 左偏 右偏
条形磁场
运动情况 N极向下
插入线圈 N极向上
拔出线圈 S极向下
插入线圈 S极向上
拔出线圈
感应电流在
线圈中流向 自下而上 自上而下 自上而下 自下而上
感应电流
在磁场方向 向上 向下 向下 向上
原磁场与感
应电流的磁
场方向关系 相反 相同 相反 相同
磁体间的
作用情况 排斥 吸引 排斥 吸引
4.实验分析
如上图甲所示，当磁铁的N极插入螺线管时，使螺线管内向下的磁通量(磁铁磁场的磁通量)增大，产生的感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反，阻碍着线圈内磁通量的增大．
如上图乙所示，当磁铁的N极抽出螺线管时，螺线管内磁铁磁场的磁通量减少，产生的感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相同，阻碍着线圈内磁通量的减少．
5．实验结论
一是当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反，当穿过线圈的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同；二是磁铁靠近线圈时，两者相斥，当磁铁远离线圈时，两者相吸．
　
如下图所示，闭合线圈上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁的N极朝下，当磁铁向下运动时(但未插入线圈内部)(　　)
A．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同，磁铁与线圈相互吸引
B．线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同，磁铁与线圈相互排斥
C．线圈中感应电流的方向与图中箭
头方向相反，磁铁与线圈相互吸引
D．线圈中感应电流的方向与图中箭
头方向相反，磁铁与线圈相互排斥
答案：B
变式迁移
1.(2011年福建莆田)如图所示，线圈两端与电阻相连构成闭合回路，在线圈上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁的S极朝下．在将磁铁的S极插入线圈的过程中(　　)
A．通过电阻的感应电流的方向由
a到 b，线圈与磁铁相互排斥
B．通过电阻的感应电流的方向由
a到b，线圈与磁铁相互吸引
C．通过电阻的感应电流的方向由b
到a，线圈与磁铁相互排斥
D．通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互吸引
解析：穿过线圈的原磁场方向向上，磁通量增加，根据楞次定律可知感应电流的磁场方向向下，根据右手螺旋定则判断出通过电阻的感应电流的方向由b到a，并且根据楞次定律可知感应电流的产生阻碍相对运动，所以线圈与磁铁相互排斥．
答案：C
二、楞次定律
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磁通量的变化．
2．说明：楞次定律含有两层意义．
(1)因果关系．闭合导体回路中磁通量的变化是产生感应电流的原因，而感应电流的磁场的出现是感应电流存在的结果．简要地说，只有当闭合导体回路中的磁通量发生变化时，才会有感应电流的磁场出现．
(2)符合能量守恒定律．感应电流的磁场对闭合导体回路中磁通量的变化起着阻碍作用，这种作用正是能量守恒这一普遍定律在电磁感应现象中的体现．
3．注意：明确各个物理量之间的关系．
当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合回路中会产生感应电流，而感应电流与其他电流一样，也会产生磁场，即感应电流的磁场，这样回路中就存在两个磁场——原来的磁场(产生感应电流的磁场)和感应电流的磁场．
4．透彻理解楞次定律中“阻碍”的含义．
(1)谁起阻碍作用？要明确起阻碍作用的是“感应电流的磁场”．
(2)阻碍什么？感应电流的磁场阻碍的是“引起感应电流的磁通量的变化”，而不是阻碍原磁场，也不是阻碍原磁通量．
(3)怎样阻碍？当引起感应电流的磁通量(原磁通量)增加时，感应电流的磁场就与原磁场的方向相反，感应电流的磁场“反抗”原磁通量的增加；当原磁通量减少时，感应电流的磁场就与原磁场的方向相同，感应电流的磁场“补偿”原磁通量的减少．
(4)“阻碍”不等于“阻止”，当由于原磁通量的增加引起感应电流时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，其作用仅仅使原磁通量的增加变慢了，但磁通量仍在增加；当由于原磁通量的减少而引起感应电流时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，其作用仅仅使原磁通量的减少变慢了，但磁通量仍在减少．“阻碍”也并不意味着“相反”．在理解楞次定律时，有些同学错误地把“阻碍”作用认为感应电流产生磁场的方向和原磁场方向相反，事实上，它们可能同向，也可能反向，需根据磁通量的变化情况判断．
5．楞次定律也可以理解为：感应电流的效果总是要反抗(或阻碍)引起感应电流的原因．
常见有以下几种表现：
(1)就磁通量而言，总是阻碍引起感应电流的磁通量(原磁通量)的变化．
(2)就相对运动而言，阻碍导体间的相对运动，简称口诀：“来拒去留”．
(3)就闭合电路的面积而言，致使电路的面积有收缩或扩张的趋势．收缩或扩张是为了阻碍电路磁通量的变化．若穿过闭合电路的磁感线皆朝同一个方向，则磁通量增大时，面积有收缩趋势，磁通量减少时，面积有增大趋势，简称口诀：“增缩减扩”．
(4)就电流而言，感应电流阻碍原电流的变化．即原电流增大时，感应电流的方向与原电流方向相反；原电流减小时，感应电流的方向与原电流方向相同，简称口诀：“增反减同”．
　
如右图所示，矩形线框与长直导线在同一平面内，当矩形线框从直导线的左侧运动到右侧的过程中线框内感应电流的方向为(　　)
A．先顺时针，后逆时针
B．先逆时针，后顺时针
C．先顺时针，后逆时针，
再顺时针
D．先逆时针，后顺时针，
再逆时针
解析：直线电流的磁场是非匀强磁场，根据右手螺旋定则在线框所在平面上，直线电流的右侧磁场垂直纸面向里，左侧垂直线面向外，线框从左向右运动时，磁通量是从垂直纸面向外的增强到减弱(线框通过导线时)．当线框正通过直线电流的中间时，磁通量为零．继续向右运动时磁通量从垂直纸面向里的增强又到减弱，根据楞次定律和右手螺旋定则，感应电流的方向先为顺时针，后为逆时针，再顺时针．
答案：C
变式迁移
2．如下图所示，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，当滑动变阻器R的滑片自左向右滑行时，线框ab的运动情况是(　　)
A．保持静止不动
B．逆时针转动
C．顺时针转动
D．发生转动，但电源极
性不明，无法确定转动的方向
解析：根据图示电路，线框ab所处位置的磁场为水平方向的，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，电路中电阻增大，电流减弱，则穿过闭合导线框ab的磁通量将减少．Φ＝BSsin θ，θ为线圈平面与磁场方向的夹角，根据楞次定律，感应电流的磁场将阻碍原来磁场的变化，则线框ab只有顺时针旋转使θ角有增大的趋势，而使穿过线圈的磁通量增加．
答案：C
三、楞次定律的应用
应用楞次定律解题的一般步骤
一般步骤也可概括为下列四句话：“明确增减和方向，‘增反减同’切莫忘，右手螺旋来判断，四指环绕是流向．”
如下图所示，试判定当开关S闭合和断开的瞬间，线圈ABCD中的电流方向．
解析：此题按“应用楞次定律的步骤”进行判定．
当S闭合时：
(1)研究的回路是ABCD，
穿过回路的磁场是电流I产生的
磁场，方向由右手螺旋定则
判知指向读者(如上图所示)，
且磁通量增大；
(2)由楞次定律得知感应
电流的磁场方向应和B原相反，
即离开读者向里；
(3)由右手螺旋定则判知线圈ABCD中感应电流方向是A→D→C→B→A.
当S断开时：
(1)研究的回路仍是线圈ABCD，穿过回路的原磁场仍是电流I产生的磁场，方向由右手螺旋定则判知指向读者，且磁通量减小；
(2)由楞次定律知感应电流的磁场方向应和B原相同，即指向读者；
(3)由右手螺旋定则判知感应电流方向是
A→B→C→D→A
答案：A→D→C→B→A　A→B→C→D→A
变式迁移
3.如右图所示，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(　　)
A．p、q将互相靠拢
B．p、q将互相远离
C．磁铁的加速度仍为g
D．磁铁的加速度小于g
解析：条形磁铁从高处下落接近回路时，穿过闭合回路中的磁通量将增加，根据楞次定律可知，感应电流产生的磁场将阻碍这一磁通量的增加，具体表现为：使回路面积减小(两导体棒靠拢)，延缓磁通量的增加；对磁铁产生向上的磁场力，延缓磁铁的下落．
答案：AD
四、右手定则
1．内容
伸出右手，让大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线从手心垂直进入，大拇指指向导体的运动方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向．
2．楞次定律与右手定则
(1)从研究对象上说，楞次定律研究的是整个闭合电路，右手定则研究的是闭合电路的一部分，即一段导体做切割磁感线运动时的特殊情况．
(2)从适用范围上说，楞次定律可应用于由磁通量变化引起感应电流的各种情况，右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况．导体不动时不能应用．
　 如下图所示，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：本题考查左、右手定则和楞次定律．
法一：由右手定则易知，MN中感应电流方向是N→M，再由左手定则可判知，MN所受安培力方向垂直棒水平向左．
法二：由楞次定律知，感应电流的产生，必然阻碍引起感应电流的原因．本题中，感应电流是由于MN相对于磁场向右运动引起的，则安培力必然阻碍这种相对运动，由安培力既垂直于电流又垂直于磁场方向可判知，MN所受安培力方向必然垂直于MN水平向左，再由左手定则，容易判断出感应电流的方向是N→M故正确选项为A、C.
答案：AC
变式迁移
4.(2011年浙江杭州)如图所示，Q是单匝金属线圈，MN是一个螺线管，它的绕线方法没有画出，Q的输出端a、b和MN的输入端c、d之间用导线相连，P是在 MN的正下方水平放置的用细导线绕制的软弹簧线圈．若在Q所处的空间加上 与环面垂直的变化磁场，发现在t1至t间 段内弹簧线圈处于收缩状态，则所场的 磁感应强度的变化情况可能是(　　)
解析： 在t1至t2时间段内弹簧线圈处于收缩状态，说明此段时间内穿过线圈的磁通量变大，即穿过线圈的磁场的磁感应强度变大，则螺线管中电流变大，单匝金属线圈Q产生的感应电动势变大，所加磁场的磁感应强度的变化率变大，即B－t图线的斜率变大，选项D正确．
答案：D
1．如下图所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，一个矩形闭合导线框abcd，沿纸面由位置1(左)匀速运动到位置2(右)，则(　　)
A．导线框进入磁场时，感应电流方向为a→b→c→d→a
B．导线框离开磁场时，感应电流方向为a→d→c→b→a
C．导线框离开磁场时，受
到的安培力方向水平向右
D．导线框进入磁场时，
受到的安培力方向水平向
左
基础巩固
解析：由楞次定律知，线框进入磁场时，磁通量增多，只有产生垂直纸面向里的磁场才能阻碍这种增多，故此时感应电流方向为顺时针方向，则cd受磁场力向左，也可用右手定则进行判断，或用“来拒去留”的结论进行判断．故选D.
答案：D
7．(2011年江苏镇江)绕有线圈的铁芯直立在水平桌面上，铁芯上套着一个铝环，线圈与电源、电键相连，如图所示．线圈上端与电源正极相连，闭合电键的瞬间，铝环向上跳起．则下列说法中正确的是(　　)
A．若保持电键闭合，则铝环不断升高
B．若保持电键闭合，
则铝环停留在某一高度
C．若保持电键闭合，则铝
环跳起到某一高度后将回落
D．如果电源的正、负极
对调，观察到的现象不变
能力提升
解析：若保持电键闭合，磁通量不变，感应电流消失，所以铝环跳起到某一高度后将回落；正、负极对调，同样磁通量增加，由楞次定律可知，铝环向上跳起．
答案：CD
祝
您