高二物理楞次定律

1、電磁感應(yīng)第第3 3節(jié)楞次定律節(jié)楞次定律電磁感應(yīng)原理與汽車速度計(jì) 速度計(jì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖(a)所示，其中永久磁鐵與汽車驅(qū)動軸相連，汽車行駛時(shí)，永久磁鐵將被驅(qū)動軸帶著同步轉(zhuǎn)動圖(b)是速度計(jì)的刻度盤永久磁鐵的磁感線方向已在圖(a)中畫出，其中一部分磁感線將通過用導(dǎo)體制成的速度盤磁感線在速度盤上的分布顯然是不均勻的，越接近磁極的地方磁感線越密當(dāng)驅(qū)動軸帶動永久磁鐵轉(zhuǎn)動時(shí)，通過速度盤各部分的磁感線將發(fā)生變化：在磁鐵轉(zhuǎn)動的前方，磁感線將變密，因此磁感應(yīng)強(qiáng)度將增加：而在后方，磁感應(yīng)強(qiáng)度將減小根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，穿過導(dǎo)體的磁通量發(fā)生變化時(shí)，在導(dǎo)體內(nèi)部會產(chǎn)生感應(yīng)電流又根據(jù)楞次定律，在磁鐵轉(zhuǎn)動的前方，感應(yīng)電流產(chǎn)

2、生的磁感線與磁鐵產(chǎn)生的磁感線方向相反，它們之間互相排斥；而在后方，感應(yīng)電流的磁感線與磁鐵產(chǎn)生的磁感線方向相同，它們之間相互吸引由于這種排斥和吸引作用，速度盤被磁鐵“推”著“拉”著，發(fā)生了轉(zhuǎn)動通過指針軸，刻度盤上的指針也隨之一起轉(zhuǎn)動指針當(dāng)然是不能一直轉(zhuǎn)下去的，因此在指針軸上連有彈簧游絲，游絲的另一端固定在速度計(jì)外殼上當(dāng)指針轉(zhuǎn)到一定角度時(shí)，游絲被扭轉(zhuǎn)，產(chǎn)生反向的力矩，當(dāng)這個(gè)力矩跟永久磁鐵使速度盤發(fā)生轉(zhuǎn)動的力矩相等時(shí)速度盤就停留在這個(gè)位置這時(shí)，指針便指示出相應(yīng)的車速汽車行駛速度增大時(shí)，永久磁鐵的轉(zhuǎn)動速度也同步增大，速度盤中感應(yīng)出的電流及相應(yīng)的使速度盤發(fā)生轉(zhuǎn)動的力矩將按比例增大使指針轉(zhuǎn)過更大的角度因此

3、，車速不同指針指出的車速值也相應(yīng)不同當(dāng)汽車停止行駛時(shí)，磁鐵停轉(zhuǎn)彈簧游絲使指針復(fù)位指針便指在“0”處1感應(yīng)電流的磁場方向既然跟感應(yīng)電流的方向有聯(lián)系，又跟_有聯(lián)系2感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的_總要_引起感應(yīng)電流的_的變化3右手定則：伸開右手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面上；讓_從掌心進(jìn)入，并使拇指指向_的方向，這時(shí)四指的方向就是_的方向1引起磁通量變化的磁場2磁場阻礙磁通量3磁感線導(dǎo)線運(yùn)動感應(yīng)電流一、實(shí)驗(yàn)探究1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)利用條形磁鐵插入或拔出線圈時(shí)改變通過螺線管的磁通量，利用靈敏電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向判斷感應(yīng)電流的方向2實(shí)驗(yàn)器材靈敏電流表、條形磁鐵、螺線管、電源、開關(guān)、

4、導(dǎo)線3實(shí)驗(yàn)過程(1)在紙上畫出電路圖，如右圖所示(2)按如上圖所示連接電路，閉合開關(guān)，記錄下電流表G中流入電流方向與G中指針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系(如果電流從左接線柱流入，指針向右偏還是向左偏呢？)(3)記下線圈繞向，將線圈和靈敏電流表構(gòu)成通路(4)如下圖所示，把條形磁鐵N極(或S極)向下插入線圈中，并從線圈中拔出，每次記下電流表中指針偏轉(zhuǎn)方向，然后根據(jù)步驟(2)的結(jié)論，判斷出感應(yīng)電流方向，從而可確定B感的方向如上圖所示，在四種情況下，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入下表得：條形磁場運(yùn)動情況N極向下插入線圈N極向上拔出線圈S極向下插入線圈S極向上拔出線圈原磁場方向向下向下向上向上穿過線圈的磁通量變化情況增加減小增加減小

5、電流表指針偏轉(zhuǎn)方向右偏左偏左偏右偏條形磁場運(yùn)動情況N極向下插入線圈N極向上拔出線圈S極向下插入線圈S極向上拔出線圈感應(yīng)電流在線圈中流向自下而上 自上而下 自上而下 自下而上感應(yīng)電流在磁場方向向上向下向下向上原磁場與感應(yīng)電流的磁場方向關(guān)系相反相同相反相同磁體間的作用情況排斥吸引排斥吸引4.實(shí)驗(yàn)分析如上圖甲所示，當(dāng)磁鐵的N極插入螺線管時(shí)，使螺線管內(nèi)向下的磁通量(磁鐵磁場的磁通量)增大，產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向跟磁鐵的磁場方向相反，阻礙著線圈內(nèi)磁通量的增大如上圖乙所示，當(dāng)磁鐵的N極抽出螺線管時(shí)，螺線管內(nèi)磁鐵磁場的磁通量減少，產(chǎn)生的感應(yīng)電流的磁場方向跟磁鐵的磁場方向相同，阻礙著線圈內(nèi)磁通量的減少5實(shí)驗(yàn)

6、結(jié)論一是當(dāng)穿過線圈的磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相反，當(dāng)穿過線圈的磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相同；二是磁鐵靠近線圈時(shí)，兩者相斥，當(dāng)磁鐵遠(yuǎn)離線圈時(shí)，兩者相吸 如下圖所示，閉合線圈上方有一豎直放置的條形磁鐵，磁鐵的N極朝下，當(dāng)磁鐵向下運(yùn)動時(shí)(但未插入線圈內(nèi)部)() A線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相同，磁鐵與線圈相互吸引 B線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相同，磁鐵與線圈相互排斥 C線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相反，磁鐵與線圈相互吸引 D線圈中感應(yīng)電流的方向與圖中箭頭方向相反，磁鐵與線圈相互排斥 答案：B變式遷移變式遷移 1.(2011年福建莆田)如圖所示

7、，線圈兩端與電阻相連構(gòu)成閉合回路，在線圈上方有一豎直放置的條形磁鐵，磁鐵的S極朝下在將磁鐵的S極插入線圈的過程中() A通過電阻的感應(yīng)電流的方向由a到 b，線圈與磁鐵相互排斥 B通過電阻的感應(yīng)電流的方向由a到b，線圈與磁鐵相互吸引 C通過電阻的感應(yīng)電流的方向由b到a，線圈與磁鐵相互排斥 D通過電阻的感應(yīng)電流的方向由b到a，線圈與磁鐵相互吸引解析：穿過線圈的原磁場方向向上，磁通量增加，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的磁場方向向下，根據(jù)右手螺旋定則判斷出通過電阻的感應(yīng)電流的方向由b到a，并且根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的產(chǎn)生阻礙相對運(yùn)動，所以線圈與磁鐵相互排斥答案：C二、楞次定律1內(nèi)容：感應(yīng)電流具有這樣的方

8、向，即感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化2說明：楞次定律含有兩層意義(1)因果關(guān)系閉合導(dǎo)體回路中磁通量的變化是產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，而感應(yīng)電流的磁場的出現(xiàn)是感應(yīng)電流存在的結(jié)果簡要地說，只有當(dāng)閉合導(dǎo)體回路中的磁通量發(fā)生變化時(shí)，才會有感應(yīng)電流的磁場出現(xiàn)(2)符合能量守恒定律感應(yīng)電流的磁場對閉合導(dǎo)體回路中磁通量的變化起著阻礙作用，這種作用正是能量守恒這一普遍定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的體現(xiàn)3注意：明確各個(gè)物理量之間的關(guān)系當(dāng)穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合回路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，而感應(yīng)電流與其他電流一樣，也會產(chǎn)生磁場，即感應(yīng)電流的磁場，這樣回路中就存在兩個(gè)磁場原來的磁場(產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁

9、場)和感應(yīng)電流的磁場4透徹理解楞次定律中“阻礙”的含義(1)誰起阻礙作用？要明確起阻礙作用的是“感應(yīng)電流的磁場”(2)阻礙什么？感應(yīng)電流的磁場阻礙的是“引起感應(yīng)電流的磁通量的變化”，而不是阻礙原磁場，也不是阻礙原磁通量(3)怎樣阻礙？當(dāng)引起感應(yīng)電流的磁通量(原磁通量)增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場就與原磁場的方向相反，感應(yīng)電流的磁場“反抗”原磁通量的增加；當(dāng)原磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場就與原磁場的方向相同，感應(yīng)電流的磁場“補(bǔ)償”原磁通量的減少(4)“阻礙”不等于“阻止”，當(dāng)由于原磁通量的增加引起感應(yīng)電流時(shí)，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反，其作用僅僅使原磁通量的增加變慢了，但磁通量仍在增加；當(dāng)由于

10、原磁通量的減少而引起感應(yīng)電流時(shí)，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同，其作用僅僅使原磁通量的減少變慢了，但磁通量仍在減少“阻礙”也并不意味著“相反”在理解楞次定律時(shí)，有些同學(xué)錯(cuò)誤地把“阻礙”作用認(rèn)為感應(yīng)電流產(chǎn)生磁場的方向和原磁場方向相反，事實(shí)上，它們可能同向，也可能反向，需根據(jù)磁通量的變化情況判斷5楞次定律也可以理解為：感應(yīng)電流的效果總是要反抗(或阻礙)引起感應(yīng)電流的原因常見有以下幾種表現(xiàn)：(1)就磁通量而言，總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量(原磁通量)的變化(2)就相對運(yùn)動而言，阻礙導(dǎo)體間的相對運(yùn)動，簡稱口訣：“來拒去留”(3)就閉合電路的面積而言，致使電路的面積有收縮或擴(kuò)張的趨勢收縮或擴(kuò)張是為了

11、阻礙電路磁通量的變化若穿過閉合電路的磁感線皆朝同一個(gè)方向，則磁通量增大時(shí)，面積有收縮趨勢，磁通量減少時(shí)，面積有增大趨勢，簡稱口訣：“增縮減擴(kuò)”(4)就電流而言，感應(yīng)電流阻礙原電流的變化即原電流增大時(shí)，感應(yīng)電流的方向與原電流方向相反；原電流減小時(shí)，感應(yīng)電流的方向與原電流方向相同，簡稱口訣：“增反減同” 如右圖所示，矩形線框與長直導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，當(dāng)矩形線框從直導(dǎo)線的左側(cè)運(yùn)動到右側(cè)的過程中線框內(nèi)感應(yīng)電流的方向?yàn)?) A先順時(shí)針，后逆時(shí)針 B先逆時(shí)針，后順時(shí)針 C先順時(shí)針，后逆時(shí)針，再順時(shí)針 D先逆時(shí)針，后順時(shí)針，再逆時(shí)針解析：直線電流的磁場是非勻強(qiáng)磁場，根據(jù)右手螺旋定則在線框所在平面上，直線電流的

12、右側(cè)磁場垂直紙面向里，左側(cè)垂直線面向外，線框從左向右運(yùn)動時(shí)，磁通量是從垂直紙面向外的增強(qiáng)到減弱(線框通過導(dǎo)線時(shí))當(dāng)線框正通過直線電流的中間時(shí)，磁通量為零繼續(xù)向右運(yùn)動時(shí)磁通量從垂直紙面向里的增強(qiáng)又到減弱，根據(jù)楞次定律和右手螺旋定則，感應(yīng)電流的方向先為順時(shí)針，后為逆時(shí)針，再順時(shí)針答案：C變式遷移變式遷移 2如下圖所示，ab是一個(gè)可繞垂直于紙面的軸O轉(zhuǎn)動的閉合矩形導(dǎo)線框，當(dāng)滑動變阻器R的滑片自左向右滑行時(shí)，線框ab的運(yùn)動情況是() A保持靜止不動 B逆時(shí)針轉(zhuǎn)動 C順時(shí)針轉(zhuǎn)動 D發(fā)生轉(zhuǎn)動，但電源極性不明，無法確定轉(zhuǎn)動的方向解析：根據(jù)圖示電路，線框ab所處位置的磁場為水平方向的，當(dāng)滑動變阻器的滑片向右滑

13、動時(shí)，電路中電阻增大，電流減弱，則穿過閉合導(dǎo)線框ab的磁通量將減少BSsin ，為線圈平面與磁場方向的夾角，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場將阻礙原來磁場的變化，則線框ab只有順時(shí)針旋轉(zhuǎn)使角有增大的趨勢，而使穿過線圈的磁通量增加答案：C三、楞次定律的應(yīng)用應(yīng)用楞次定律解題的一般步驟一般步驟也可概括為下列四句話：“明確增減和方向，增反減同切莫忘，右手螺旋來判斷，四指環(huán)繞是流向” 如下圖所示，試判定當(dāng)開關(guān)S閉合和斷開的瞬間，線圈ABCD中的電流方向 解析：此題按“應(yīng)用楞次定律的步驟”進(jìn)行判定當(dāng)S閉合時(shí)： (1)研究的回路是ABCD，穿過回路的磁場是電流I產(chǎn)生的磁場，方向由右手螺旋定則判知指向讀者(如上圖

14、所示)，且磁通量增大； (2)由楞次定律得知感應(yīng)電流的磁場方向應(yīng)和B原相反，即離開讀者向里； (3)由右手螺旋定則判知線圈ABCD中感應(yīng)電流方向是ADCBA.當(dāng)S斷開時(shí)：(1)研究的回路仍是線圈ABCD，穿過回路的原磁場仍是電流I產(chǎn)生的磁場，方向由右手螺旋定則判知指向讀者，且磁通量減?。?(2)由楞次定律知感應(yīng)電流的磁場方向應(yīng)和B原相同，即指向讀者；(3)由右手螺旋定則判知感應(yīng)電流方向是ABCDA答案：ADCBAABCDA變式遷移變式遷移3.如右圖所示，光滑固定導(dǎo)軌m、n水平放置，兩根導(dǎo)體棒p、q平行放于導(dǎo)軌上，形成一個(gè)閉合回路，當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)() Ap、q將互相靠攏 Bp、

15、q將互相遠(yuǎn)離 C磁鐵的加速度仍為g D磁鐵的加速度小于g解析：條形磁鐵從高處下落接近回路時(shí)，穿過閉合回路中的磁通量將增加，根據(jù)楞次定律可知，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場將阻礙這一磁通量的增加，具體表現(xiàn)為：使回路面積減小(兩導(dǎo)體棒靠攏)，延緩磁通量的增加；對磁鐵產(chǎn)生向上的磁場力，延緩磁鐵的下落答案：AD四、右手定則1內(nèi)容伸出右手，讓大拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面內(nèi)，讓磁感線從手心垂直進(jìn)入，大拇指指向?qū)w的運(yùn)動方向，其余四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向2楞次定律與右手定則(1)從研究對象上說，楞次定律研究的是整個(gè)閉合電路，右手定則研究的是閉合電路的一部分，即一段導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動時(shí)的特殊情況

16、(2)從適用范圍上說，楞次定律可應(yīng)用于由磁通量變化引起感應(yīng)電流的各種情況，右手定則只適用于一段導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動的情況導(dǎo)體不動時(shí)不能應(yīng)用 如下圖所示，光滑平行金屬導(dǎo)軌PP和QQ，都處于同一水平面內(nèi)，P和Q之間連接一電阻R，整個(gè)裝置處于豎直向下的勻強(qiáng)磁場中現(xiàn)垂直于導(dǎo)軌放置一根導(dǎo)體棒MN，用一水平向右的力F拉動導(dǎo)體棒MN，以下關(guān)于導(dǎo)體棒MN中感應(yīng)電流方向和它所受安培力的方向的說法正確的是()A感應(yīng)電流方向是NMB感應(yīng)電流方向是MNC安培力水平向左D安培力水平向右解析：本題考查左、右手定則和楞次定律法一：由右手定則易知，MN中感應(yīng)電流方向是NM，再由左手定則可判知，MN所受安培力方向垂直棒

17、水平向左法二：由楞次定律知，感應(yīng)電流的產(chǎn)生，必然阻礙引起感應(yīng)電流的原因本題中，感應(yīng)電流是由于MN相對于磁場向右運(yùn)動引起的，則安培力必然阻礙這種相對運(yùn)動，由安培力既垂直于電流又垂直于磁場方向可判知，MN所受安培力方向必然垂直于MN水平向左，再由左手定則，容易判斷出感應(yīng)電流的方向是NM故正確選項(xiàng)為A、C.答案：AC變式遷移變式遷移 4.(2011年浙江杭州)如圖所示，Q是單匝金屬線圈，MN是一個(gè)螺線管，它的繞線方法沒有畫出，Q的輸出端a、b和MN的輸入端c、d之間用導(dǎo)線相連，P是在 MN的正下方水平放置的用細(xì)導(dǎo)線繞制的軟彈簧線圈若在Q所處的空間加上與環(huán)面垂直的變化磁場，發(fā)現(xiàn)在t1至t間段內(nèi)彈簧線圈

18、處于收縮狀態(tài)，則所場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化情況可能是()解析： 在t1至t2時(shí)間段內(nèi)彈簧線圈處于收縮狀態(tài)，說明此段時(shí)間內(nèi)穿過線圈的磁通量變大，即穿過線圈的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度變大，則螺線管中電流變大，單匝金屬線圈Q產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢變大，所加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率變大，即Bt圖線的斜率變大，選項(xiàng)D正確答案：D 1如下圖所示，一個(gè)有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向外，一個(gè)矩形閉合導(dǎo)線框abcd，沿紙面由位置1(左)勻速運(yùn)動到位置2(右)，則() A導(dǎo)線框進(jìn)入磁場時(shí)，感應(yīng)電流方向?yàn)閍bcda B導(dǎo)線框離開磁場時(shí)，感應(yīng)電流方向?yàn)閍dcba C導(dǎo)線框離開磁場時(shí)，受到的安培力方向水平向右 D導(dǎo)線框進(jìn)入磁場時(shí)，受到的安培力方向水平向左基礎(chǔ)鞏固基礎(chǔ)鞏固解析：由楞次定律知，線框進(jìn)入磁場時(shí)，磁通量增多，只有產(chǎn)生垂直紙面向里的磁場才能阻礙這種增多，故此時(shí)感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向，則cd受磁場力向左，也可用右手