楞次定律的講解

1、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.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。.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，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)生一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判斷感應(yīng)電流方向的原則右手定則：當(dāng)導(dǎo)體在磁場中切割磁感線的運(yùn)動時，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，大拇指指向為導(dǎo)體的運(yùn)動方向，四指指向為感應(yīng)電流的方向楞次定律：感應(yīng)電流的方向總阻礙

2、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，問有無感應(yīng)電流？xax b分析：(1廣磁通量不變，所以無感應(yīng)電流ab、cd同時切割磁感線，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。嚴(yán)格地講，對于任一個電磁感應(yīng)現(xiàn)象，這兩個原則都適用，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)動這一過程就比較方便。大家在應(yīng)用時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。步驟先判斷原磁場的方向判斷閉合回路的磁通量的變化情況判斷感應(yīng)磁場的方向由感應(yīng)磁場方向

3、判斷感應(yīng)電流的方向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)系當(dāng)閉合電路所圍面積的磁通量增加時，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，感應(yīng) 電流的方向與原磁場方向相同兩平行長直導(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)線之間移動時，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)動時，穿過它的磁通量先減小，原磁場方向為垂直紙面向 里，所以感應(yīng)磁場方向為垂直紙面向里，由右手定則可知，感應(yīng)電流方向為順時針方向；后來磁通量又逐漸增大，原磁場方向為垂直紙面向外，所以感應(yīng)磁場方向

4、為垂直紙面向里，由右手定則可知，感應(yīng)電 流方向為順時針方向。綜上，線圈中感應(yīng)電流的方向始終為順時針方向感應(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、變化阻礙的是原磁場的變化，而不是原磁場原磁場增強(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，問線圈中感應(yīng)電流的 方向。XX.X.解：根據(jù)楞次定律，當(dāng)B突然增至2B時，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

5、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)電流的方向是逆時針的。當(dāng)原磁場和閉合回路之間發(fā)生相對運(yùn)動時，感應(yīng)電流的磁場總要阻礙它們之間的相對運(yùn)動。如圖所示，一個閉合的輕質(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，圓環(huán)將如何運(yùn)動？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，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。

6、（方法2）根據(jù)相對運(yùn)動中的楞次定律，原磁場與圓環(huán)之間有相對運(yùn)動時，感應(yīng)電流的磁場要阻礙這種相對運(yùn)動。所以 當(dāng)原磁場相對圓環(huán)向左運(yùn)動時，為削弱這種影響，圓環(huán)也必須向左運(yùn)動。可見，抓住楞次定律的本質(zhì)，加以靈活運(yùn)用，會大大簡化問題的分析過程。另外，對這道題，還要注意一個問題：就是圓環(huán)向左運(yùn)動的速度一定比磁鐵的運(yùn)動速度小，這就是只能“阻礙”，而 不能“阻止”，也就是“有其心而力不足”。如圖所示，閉合線框ABCD和abcd可分別繞軸線OO轉(zhuǎn)動。當(dāng)abcd繞OO軸逆時針轉(zhuǎn)動時（俯視圖），問ABCD 如何轉(zhuǎn)動？a A1- bHlIc1 1 1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A

7、BCD逆時針轉(zhuǎn)動，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，所以，ABCD應(yīng)隨 著逆時針轉(zhuǎn)動，以削弱原磁場逆時針轉(zhuǎn)動帶來的影響。但ABCD轉(zhuǎn)動的角速度應(yīng)小于原磁場abcd轉(zhuǎn)動的角速度。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。楞次定律并不是一個孤立的定律，它實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)。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

8、力F的 作用下勻速向右運(yùn)動，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，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 一 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。正是因為安培力與 外力方向相反，金屬棒才有可能做勻速運(yùn)動。其實，（1）和（2）兩條的分析可合并為一條，即，直接使用相對運(yùn)動中的楞次 定律，金屬棒相對原磁場向右運(yùn)動，為阻礙這種運(yùn)動帶來的影響，金屬棒必將受到一個向左的力，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)動過程中，動能保持

9、不變，根據(jù)動能定理，Z 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。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，可見，根本不需消耗任何外界能量，ef的動能和內(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。感應(yīng)電動勢的大小，法拉第電磁感應(yīng)定律，導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢1 .法拉第電磁

10、感應(yīng)定律內(nèi)容：電路中感應(yīng)電動勢的大小，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，9的單位是韋伯，t的單位是秒，貝。如果閉合電，業(yè)路是一個n匝線圈，則以導(dǎo)線切割磁感線時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢的大小，跟磁感應(yīng)強(qiáng)度B、導(dǎo)線長度L、運(yùn)動速度v以及運(yùn)動方向和磁感線方 向的夾角的正弦sinQ成正比，即 =BLvsin0。當(dāng)Q =900，即垂直切割磁感線運(yùn)動時，感應(yīng)電動勢最大，為： =BLv當(dāng)Q =00，即導(dǎo)體棒不切割磁感線運(yùn)動時，感應(yīng)電動勢最小，為：零說明： =BLvsinQ 一式中的L必須是導(dǎo)體棒垂直于磁場方向的有效長度。好 AB ASs=NNS = NB 可以表示為:A/

11、At At8=迎與 =BLvsinQ的比較：常用來計算 t時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢，當(dāng) t取極短時，可表示極短時間內(nèi)的瞬時電動勢。 =BLvsinQ常用來計算瞬時感應(yīng)電動勢，v代表瞬時速度；也可以用來計算平均感應(yīng)電動勢，v代表平均速度;如圖所示，兩個互連的金屬圓環(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)度隨時間均勻變化時，在粗環(huán)內(nèi)產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為。則a、b兩點(diǎn)間的電勢差為 /2B. /3C. 2 /3D. 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)度隨時間均勻變化，故回路中感應(yīng)電動勢

12、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勢， 而是路端電壓。6如圖所示，導(dǎo)軌上放一根導(dǎo)線ab，磁在勻強(qiáng)磁場中放一電阻不計的平行金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌跟大線圈M相接，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)生順時針方向的感生電 流，則導(dǎo)線的運(yùn)動情況可能是：加速向右運(yùn)動加速向左運(yùn)動減速向右運(yùn)動加速向左運(yùn)動。分析：當(dāng)M所包圍的小閉合線圈N產(chǎn)生順時針方向的感生電流，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

13、垂直紙面向里的磁場要減小，根據(jù)右手螺旋定則，此時ab中的電流方向為由a到b，由右手定則可判斷出 導(dǎo)線ab應(yīng)向右運(yùn)動，且速度減小；或者M(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ab中的電流方向為由b到a，由右手定則可判斷出導(dǎo)線ab應(yīng)向左運(yùn)動，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)：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

14、磁鐵S極的過程中，穿過圓環(huán)的磁通量變化 的情況是逐漸增加CpDB .逐漸減少c.先逐漸增加，后逐漸減少D .先逐漸減少，后逐漸增大關(guān)于感應(yīng)電流的方向，以下說法中正確的是”感應(yīng)電流的方向總是與原電流的方向相反感應(yīng)電流的方向總是與原電流的方向相同感應(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感應(yīng)電流的磁場總是與原線圈內(nèi)的磁場方向相反如圖所示，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 線框向上平動M線框向下平動 線框以MN為軸轉(zhuǎn)動TI Jl逐漸增加或減少M(fèi)N中的電流強(qiáng)度它由位置如圖所示，在條形磁鐵S極附近，有一水平放置的閉合線圈abcd，現(xiàn)將I

15、經(jīng)位置II平移至位置田，則線圈中感應(yīng)電流的方向終沿abcd方向終沿adcb方向沿abcd方向，后沿adcb方向沿adcb方向，后沿abcd方向如圖所示，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，則環(huán)內(nèi)磁通量變小，金屬環(huán)內(nèi)磁通量變大，金屬環(huán)內(nèi)磁通量變小，金屬 TOC o 1-5 h z A.環(huán)內(nèi)磁通量變大，金屬環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電流沿俯視順時針方向國環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電流沿俯視順時針方向J -環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電流沿俯視逆時針方向 環(huán)內(nèi)的感應(yīng)電流沿俯視逆時針方向Ia如圖所示，兩個金屬圓環(huán)在最低點(diǎn)處切斷并分別焊在一起。整個裝置處在垂直紙面向 里的勻強(qiáng)磁場中，當(dāng)磁場均勻增加時內(nèi)環(huán)有逆時針方向的感應(yīng)電流內(nèi)環(huán)有順時針方向的感應(yīng)電流外環(huán)有逆時針方向的感應(yīng)電流內(nèi)、外環(huán)都沒有感應(yīng)電流在赤道上空，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)電勢相同當(dāng)一段導(dǎo)線在磁場中做切割磁感線運(yùn)動時，則A一定有感應(yīng)電流B. 一定產(chǎn)生感應(yīng)電動勢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，且這個力阻礙導(dǎo)線運(yùn)動如圖所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，將一水平放置的金屬棒ab以水平速度v