楞次定律的講解-修改版.doc

2014年2月7日楞次定律的講解及習(xí)題復(fù)習(xí)內(nèi)容：一感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件1電磁感應(yīng)：利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)；產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流。2產(chǎn)生條件：不管是閉合回路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，還是閉合回路中的磁場發(fā)生變化，穿過閉合回路的磁感線條數(shù)都發(fā)生變化，回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生 閉合回路中的磁通量發(fā)生變化磁通量F增加，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場相反磁通量F減少，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場相同二判斷感應(yīng)電流方向的原則1右手定則：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，其產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向可用右手定則判定。伸出右手，磁感線垂直穿過掌心，大拇指指向?yàn)閷?dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向，四指指向?yàn)楦袘?yīng)電流的方向2楞次定律：感應(yīng)電流的方向總阻礙引起感應(yīng)電流的磁場的磁通量的變化例：如圖所示，矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng)，問有無感應(yīng)電流？分析：(1)磁通量不變，所以無感應(yīng)電流(2)ab、cd同時(shí)切割磁感線，由右手定則，電流方向由ab、由dc，切割效果抵消，無感應(yīng)電流。注意：用兩種正確的觀點(diǎn)分析同一事物，結(jié)論應(yīng)該是一致的，除非分析過程有錯(cuò)。嚴(yán)格地講，對于任一個(gè)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，這兩個(gè)原則都適用，且能判斷出一致的結(jié)果。但卻不一定很方便，例如：右手定則對直導(dǎo)線在磁場中運(yùn)動(dòng)這一過程就比較方便。大家在應(yīng)用時(shí)最后兩種方法都要達(dá)到熟練，且從中摸索簡單適用的方法。3步驟(1)先判斷原磁場的方向(2)判斷閉合回路的磁通量的變化情況(3)判斷感應(yīng)磁場的方向(4)由感應(yīng)磁場方向判斷感應(yīng)電流的方向三楞次定律的理解和應(yīng)用楞次定律的主要內(nèi)容是研究引起感應(yīng)電流的磁場即原磁場和感應(yīng)電流的磁場二者之間的關(guān)系1當(dāng)閉合電路所圍面積的磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反；當(dāng)閉合電路的磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的方向與原磁場方向相同1兩平行長直導(dǎo)線都通以相同電流，線圈abcd與導(dǎo)線共面，當(dāng)它從左到右在兩導(dǎo)線之間移動(dòng)時(shí)，其感應(yīng)電流的方向是？分析：線圈所在空間內(nèi)的磁場分布如圖，當(dāng)線圈從左往右運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過它的磁通量先減小，原磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶?，所以感?yīng)磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶铮捎沂侄▌t可知，感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向；后來磁通量又逐漸增大，原磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲?，所以感?yīng)磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶?，由右手定則可知，感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向。綜上，線圈中感應(yīng)電流的方向始終為順時(shí)針方向2感應(yīng)電流的方向總阻礙引起感應(yīng)電流的磁場的磁通量的變化注意：阻礙、變化(1)阻礙的是原磁場的變化，而不是原磁場(2)原磁場增強(qiáng)，則“我” 不讓你增強(qiáng)；“我”要削弱你，所以“我”的磁場與你相反(3)原磁場減弱，則“我”不讓你減弱；“我”要增強(qiáng)你，所以“我”的磁場與你相同是與原磁場方向相反2如圖所示，閉合圓線圈處于勻強(qiáng)磁場B中，當(dāng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度突然由B增至2B時(shí)，問線圈中感應(yīng)電流的方向。解：根據(jù)楞次定律，當(dāng)B突然增至2B時(shí)，穿過圓線圈的磁通量增加，所以感應(yīng)電流的磁場方向應(yīng)該與原磁場方向相反，因此，感應(yīng)電流的磁場方向是垂直紙面向外的，根據(jù)右手螺旋定則，感應(yīng)電流的方向是逆時(shí)針的。3當(dāng)原磁場和閉合回路之間發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流的磁場總要阻礙它們之間的相對運(yùn)動(dòng)。3如圖所示，一個(gè)閉合的輕質(zhì)圓環(huán)，穿在一根光滑的水平絕緣桿上，當(dāng)條形磁鐵的N極自右向左向圓環(huán)中插去時(shí)，圓環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)？解：(方法1) 根據(jù)楞次定律的最原始表述，原磁場穿過圓環(huán)的磁力線方向是向左的，磁鐵向左運(yùn)動(dòng)，穿過圓環(huán)的磁通量增加，所以感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反，即圓環(huán)中心軸線的感應(yīng)電流的磁場是向右的，根據(jù)右手螺旋定則，感應(yīng)電流的方向在圓環(huán)前半圈是向下的。再根據(jù)左手定則判斷帶電圓環(huán)在磁場中受到的安培力方向應(yīng)該是向左的，所以圓環(huán)向左運(yùn)動(dòng)。(方法2)根據(jù)相對運(yùn)動(dòng)中的楞次定律，原磁場與圓環(huán)之間有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電流的磁場要阻礙這種相對運(yùn)動(dòng)。所以當(dāng)原磁場相對圓環(huán)向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，為削弱這種影響，圓環(huán)也必須向左運(yùn)動(dòng)?？梢?，抓住楞次定律的本質(zhì)，加以靈活運(yùn)用，會(huì)大大簡化問題的分析過程。另外，對這道題，還要注意一個(gè)問題：就是圓環(huán)向左運(yùn)動(dòng)的速度一定比磁鐵的運(yùn)動(dòng)速度小，這就是只能“阻礙”，而不能“阻止”，也就是“有其心而力不足”。4如圖所示，閉合線框ABCD和abcd可分別繞軸線OO轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)abcd繞OO軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(俯視圖)，問ABCD如何轉(zhuǎn)動(dòng)？解：由圖可見，原磁場是具有電源的線框abcd，原磁場相對閉合回路ABCD逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，穿過ABCD的磁通量要發(fā)生變化，因此ABCD中有感應(yīng)電流產(chǎn)生。根據(jù)相對運(yùn)動(dòng)中的楞次定律，感應(yīng)電流的磁場應(yīng)阻礙這種相對運(yùn)動(dòng)，所以，ABCD應(yīng)隨著逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，以削弱原磁場逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶來的影響。但ABCD轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度應(yīng)小于原磁場abcd轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度。這道題也可以用常規(guī)方法解決，即先判斷感應(yīng)電流的方向，再研究ABCD各個(gè)邊在磁場中的受力情況，得出的結(jié)論和上述方法必然是一致的，但判斷過程要繁復(fù)得多。4楞次定律并不是一個(gè)孤立的定律，它實(shí)際上是自然界中最普遍的能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的體現(xiàn)。5如圖所示，勻強(qiáng)磁場B中，放置一水平光滑金屬框架abcd，有一根金屬棒ef與導(dǎo)軌接觸良好，在外力F的作用下勻速向右運(yùn)動(dòng)，分析此過程中能量轉(zhuǎn)化的情況。解：(1)根據(jù)楞次定律，ef向右運(yùn)動(dòng)，穿過閉合回路的磁通量增加，所以感應(yīng)電流的磁場方向應(yīng)垂直紙面向外，再根據(jù)右手螺旋定則，ef棒上感應(yīng)電流的方向應(yīng)由f e。(2)再利用左手定則判斷ef在磁場中受到的安培力的方向應(yīng)該是與外力F相反，即是水平向左的。正是因?yàn)榘才嗔εc外力方向相反，金屬棒才有可能做勻速運(yùn)動(dòng)。其實(shí)，(1)和(2)兩條的分析可合并為一條，即，直接使用相對運(yùn)動(dòng)中的楞次定律，金屬棒相對原磁場向右運(yùn)動(dòng)，為阻礙這種運(yùn)動(dòng)帶來的影響，金屬棒必將受到一個(gè)向左的力，這就是原磁場對感應(yīng)電流作用的安培力。(3)在ef棒的運(yùn)動(dòng)過程中，動(dòng)能保持不變，根據(jù)動(dòng)能定理，W = EK = 0，外力做正功，消耗外界能量，完全用來克服安培力做功，轉(zhuǎn)化成閉合回路中的電能，之后再通過感應(yīng)電流做功，轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。即，外界消耗了多少能量，電路中就有多少內(nèi)能產(chǎn)生。完全符合能量守恒定律。(4)如果楞次定律不成立，那么ef棒中的感應(yīng)電流的方向就由e f，受到的安培力的方向就是向右的，在這種情況下，即使沒有外力F，ef棒也能在安培力的作用下向右加速運(yùn)動(dòng)，可見，根本不需消耗任何外界能量，ef的動(dòng)能和內(nèi)能就越來越多，這顯然是違背能量守恒定律的。因此，楞次定律從本質(zhì)上體現(xiàn)了能量守恒。四感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體切割磁感線時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢1法拉第電磁感應(yīng)定律內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比。公式：，在國際單位制中，的單位是伏特，的單位是韋伯，t的單位是秒，則。如果閉合電路是一個(gè)n匝線圈，則2導(dǎo)線切割磁感線時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的大小，跟磁感應(yīng)強(qiáng)度B、導(dǎo)線長度L、運(yùn)動(dòng)速度v以及運(yùn)動(dòng)方向和磁感線方向的夾角的正弦sin成正比，即=BLvsin。當(dāng)=900，即垂直切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢最大，為：=BLv當(dāng)=00，即導(dǎo)體棒不切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢最小，為：零說明：=BLvsin一式中的L必須是導(dǎo)體棒垂直于磁場方向的有效長度?？梢员硎緸椋号c=BLvsin的比較：常用來計(jì)算t時(shí)間內(nèi)的平均感應(yīng)電動(dòng)勢，當(dāng)t取極短時(shí)，可表示極短時(shí)間內(nèi)的瞬時(shí)電動(dòng)勢。=BLvsin常用來計(jì)算瞬時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢，v代表瞬時(shí)速度；也可以用來計(jì)算平均感應(yīng)電動(dòng)勢，v代表平均速度；6如圖所示，兩個(gè)互連的金屬圓環(huán)，粗金屬環(huán)的電阻為細(xì)金屬環(huán)電阻的二分之一。磁場垂直穿過粗金屬環(huán)所在區(qū)域。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化時(shí)，在粗環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢為。則a、b兩點(diǎn)間的電勢差為A/2 B/3 C2/3 D分析：考查學(xué)生對法拉第電磁感應(yīng)定律及其與恒定電流的綜合的理解。設(shè)粗環(huán)電阻為R，則細(xì)環(huán)電阻為2R，由于磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間均勻變化，故回路中感應(yīng)電動(dòng)勢E恒定，回路中感應(yīng)電流I=E/3R，由歐姆定律a、b兩點(diǎn)電勢差（細(xì)環(huán)兩端電壓）U=I*2R=2E/3正確答案：C注意：磁通量變化的線圈充當(dāng)整個(gè)回路的電源，本題中的電源是有內(nèi)阻的，a、b兩點(diǎn)間的電勢差不是電源的電動(dòng)勢，而是路端電壓。7在勻強(qiáng)磁場中放一電阻不計(jì)的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌跟大線圈M相接，如圖所示，導(dǎo)軌上放一根導(dǎo)線ab，磁感線垂直于導(dǎo)軌所在平面。欲使M所包圍的小閉合線圈N產(chǎn)生順時(shí)針方向的感生電流，則導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)情況可能是：A加速向右運(yùn)動(dòng)B加速向左運(yùn)動(dòng)C減速向右運(yùn)動(dòng)D加速向左運(yùn)動(dòng)。分析：當(dāng)M所包圍的小閉合線圈N產(chǎn)生順時(shí)針方向的感生電流，感應(yīng)磁場的方向應(yīng)為垂直紙面向里，則M上的電流產(chǎn)生的磁場的方向垂直紙面向里的磁場要減小，根據(jù)右手螺旋定則，此時(shí)ab中的電流方向?yàn)橛蒩到b，由右手定則可判斷出導(dǎo)線ab應(yīng)向右運(yùn)動(dòng)，且速度減?。换蛘進(jìn)上的電流產(chǎn)生的磁場的方向垂直紙面向外的磁場要增加，根據(jù)右手螺旋定則，此時(shí)ab中的電流方向?yàn)橛蒪到a，由右手定則可判斷出導(dǎo)線ab應(yīng)向左運(yùn)動(dòng)，且速度增加。正確答案：BC本題考查的因素很多，需要從結(jié)果出發(fā)，逐步分析且在每一個(gè)過程應(yīng)用相應(yīng)的規(guī)律。從正面出發(fā)分析可知，由于ab變速切割磁感線，從而在M中產(chǎn)生變化的電流，這個(gè)變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，引起N中的磁通量的變化，從而再在N中產(chǎn)生感應(yīng)電流。反饋練習(xí)：1如圖所示，在條形磁鐵外面套著一圓環(huán)，當(dāng)圓環(huán)由磁鐵N極向下平移到磁鐵S極的過程中，穿過圓環(huán)的磁通量變化的情況是A逐漸增加B逐漸減少C先逐漸增加，后逐漸減少D先逐漸減少，后逐漸增大2關(guān)于感應(yīng)電流的方向，以下說法中正確的是A感應(yīng)電流的方向總是與原電流的方向相反B感應(yīng)電流的方向總是與原電流的方向相同C感應(yīng)電流的磁場總是阻礙閉合電路內(nèi)原磁場的磁通量的變化D感應(yīng)電流的磁場總是與原線圈內(nèi)的磁場方向相反3如圖所示，長直導(dǎo)線MN的右側(cè)有一矩形線框，它們在同一平面內(nèi)，欲使矩形線框產(chǎn)生感應(yīng)電流，可采取的方法是A線框向上平動(dòng)B線框向下平動(dòng)C線框以MN為軸轉(zhuǎn)動(dòng)D逐漸增加或減少M(fèi)N中的電流強(qiáng)度4如圖所示，在條形磁鐵S極附近，有一水平放置的閉合線圈abcd，現(xiàn)將它由位置經(jīng)位置平移至位置，則線圈中感應(yīng)電流的方向A始終沿abcd方向B始終沿adcb方向C先沿abcd方向，后沿adcb方向D先沿adcb方向，后沿abcd方向5如圖所示，條形磁鐵沿豎直方向放置，在垂直于磁鐵的水平面內(nèi)套一金屬圓環(huán)，將圓環(huán)面積拉大，則A環(huán)內(nèi)磁通量變大，金屬環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電流沿俯視順時(shí)針方向B環(huán)內(nèi)磁通量變小，金屬環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電流沿俯視順時(shí)針方向C環(huán)內(nèi)磁通量變大，金屬環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電流沿俯視逆時(shí)針方向D環(huán)內(nèi)磁通量變小，金屬環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電流沿俯視逆時(shí)針方向6如圖所示，兩個(gè)金屬圓環(huán)在最低點(diǎn)處切斷并分別焊在一起。整個(gè)裝置處在垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)磁場均勻增加時(shí)A內(nèi)環(huán)有逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流B內(nèi)環(huán)有順時(shí)針方向的感應(yīng)電流C外環(huán)有逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流D內(nèi)、外環(huán)都沒有感應(yīng)電流7在赤道上空，一根沿東西方向的水平導(dǎo)線自由落下，則關(guān)于導(dǎo)線上各點(diǎn)電勢高低的說法正確的是A東端高 B西端高 C中點(diǎn)高 D各點(diǎn)電勢相同8當(dāng)一段導(dǎo)線在磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，則A一定有感應(yīng)電流 B一定產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢C一定在導(dǎo)線上產(chǎn)生焦耳熱 D導(dǎo)線一定受到磁場的作用力，且這個(gè)力阻礙導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)9如圖所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，將一水平放置的金屬