2013.04.第1講 電磁感應(yīng) 楞次定律

第九單元電磁感應(yīng)第1講電磁感應(yīng)楞次定律一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象目的要求復(fù)習(xí)感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件、磁通量。知識(shí)要點(diǎn)1.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件是：穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化。以上表述是充分必要條件。不論什么情況，只要滿足電路閉合和磁通量發(fā)生變化這兩個(gè)條件，就必然產(chǎn)生感應(yīng)電流；反之，只要產(chǎn)生了感應(yīng)電流，那么電路一定是閉合的，穿過(guò)該電路的磁通量也一定發(fā)生了變化。當(dāng)閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生。這個(gè)表述是充分條件，不是必要的。在導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)用它判定比較方便。2.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的條件。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的條件是：穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化。這里不要求閉合。無(wú)論電路閉合與否，只要磁通量變化了，就一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。這好比一個(gè)電源：不論外電路是否閉合，電動(dòng)勢(shì)總是存在的。但只有當(dāng)外電路閉合時(shí)，電路中才會(huì)有電流。3.關(guān)于磁通量變化在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁通量Φ=BSsinα（α是B與S的夾角），磁通量的變化ΔΦ=Φ2-Φ1有多種形式，主要有：①S、α不變，B改變，這時(shí)ΔΦ=ΔBSsinα②B、α不變，S改變，這時(shí)ΔΦ=ΔSBsinα③B、S不變，α改變，這時(shí)ΔΦ=BS(sinα2-sinα1)當(dāng)B、S、α中有兩個(gè)或三個(gè)一起變化時(shí)，就要分別計(jì)算Φ1、Φ2，再求Φ2-Φ1了。在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁通量變化比較復(fù)雜。有幾種情況需要特別注意：abcacbMNSabcacbMNSababc②如圖所示，環(huán)形導(dǎo)線a中有順時(shí)針?lè)较虻碾娏?，a環(huán)外有兩個(gè)同心導(dǎo)線圈b、c，與環(huán)形導(dǎo)線a在同一平面內(nèi)。當(dāng)a中的電流增大時(shí)，穿過(guò)線圈b、c的磁通量各如何變化？在相同時(shí)間內(nèi)哪一個(gè)變化更大？（b、c線圈所圍面積內(nèi)的磁通量有向里的也有向外的，但向里的更多，所以總磁通量向里，a中的電流增大時(shí)，總磁通量也向里增大。由于穿過(guò)b線圈向外的磁通量比穿過(guò)c線圈的少，所以穿過(guò)b線圈的磁通量更大，變化也更大。）bc③如圖所示，虛線圓a內(nèi)有垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，虛線圓a外是無(wú)磁場(chǎng)空間。環(huán)外有兩個(gè)同心導(dǎo)線圈b、c，與虛線圓a在同一平面內(nèi)。當(dāng)虛線圓a中的磁通量增大時(shí)，穿過(guò)線圈b、cbc（與②的情況不同，b、c線圈所圍面積內(nèi)都只有向里的磁通量，且大小相同。因此穿過(guò)它們的磁通量和磁通量變化都始終是相同的。）例題分析例1：如圖所示，條形磁鐵穿過(guò)一閉合彈性導(dǎo)體環(huán)，且導(dǎo)體環(huán)位于條形磁鐵的中垂面上，如果把導(dǎo)體環(huán)壓扁成橢圓形，那么這一過(guò)程中：穿過(guò)導(dǎo)體環(huán)的磁通量減少，有感應(yīng)電流產(chǎn)生穿過(guò)導(dǎo)體環(huán)的磁通量增加，有感應(yīng)電流產(chǎn)生穿過(guò)導(dǎo)體環(huán)的磁通量變?yōu)榱?，無(wú)感應(yīng)電流穿過(guò)導(dǎo)體環(huán)的磁通量不變，無(wú)感應(yīng)電流例2．金屬矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做如圖6所示的運(yùn)動(dòng)，線圈中有感應(yīng)電流的是：（A）例3．恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一圓形的閉合導(dǎo)體線圈，線圈平面垂直于磁場(chǎng)方向，當(dāng)線圈在此磁場(chǎng)中作下列哪種運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是：（C）A．線圈沿自身所在的平面作勻速運(yùn)動(dòng)B．線圈沿自身所在的平面作加速運(yùn)動(dòng)GRHC．線圈繞任意一條直徑作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)GRH如圖所示，線圈ABCD在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，沿導(dǎo)線框架向右勻速運(yùn)動(dòng)，例4．除電阻R以外，其余電阻不計(jì)，則：（B）A．．因穿過(guò)ABCD的磁通量不變，所以AB和CD中無(wú)感應(yīng)電流B．因穿過(guò)回路EFGH的磁通量變化，所以AB和CD中有感應(yīng)電流C．磁場(chǎng)方向改變，則AB和CD中無(wú)感應(yīng)電流D．磁場(chǎng)方向改變?yōu)榕c線圈平面平行，則AB和CD中有感應(yīng)電流答案：例1：（B）例2：（A）例3：（C）例4：（B）二、楞次定律（2課時(shí)）目的要求：復(fù)習(xí)楞次定律及其應(yīng)用。知識(shí)要點(diǎn):1.楞次定律感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。楞次定律解決的是感應(yīng)電流的方向問(wèn)題。它關(guān)系到兩個(gè)磁場(chǎng)：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)（新產(chǎn)生的磁場(chǎng)）和引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)（原來(lái)就有的磁場(chǎng)）。前者和后者的關(guān)系不是“同向”或“反向”的簡(jiǎn)單關(guān)系，而是前者“阻礙”后者“變化”的關(guān)系。在應(yīng)用楞次定律時(shí)一定要注意：“阻礙”不等于“反向”；“阻礙”不是“阻止”。⑴從“阻礙磁通量變化”的角度來(lái)看，無(wú)論什么原因，只要使穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生了變化，就一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生。220V⑵從“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”的角度來(lái)看，楞次定律的這個(gè)結(jié)論可以用能量守恒來(lái)解釋：既然有感應(yīng)電流產(chǎn)生，就有其它能轉(zhuǎn)化為電能。又由于感應(yīng)電流是由相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的，所以只能是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，因此機(jī)械能減少。磁場(chǎng)力對(duì)物體做負(fù)功，是阻力，表現(xiàn)出的現(xiàn)象就是“阻礙”相對(duì)運(yùn)動(dòng)。220V⑶從“阻礙自身電流變化”的角度來(lái)看，就是自感現(xiàn)象。⑷自感現(xiàn)象的應(yīng)用和防止。①應(yīng)用：日光燈電路圖及原理：燈管、鎮(zhèn)流器和啟動(dòng)器的作用。②防止：定值電阻的雙線繞法。2.右手定則。對(duì)一部分導(dǎo)線在磁場(chǎng)中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況，右手定則和楞次定律的結(jié)論是完全一致的。這時(shí)，用右手定則更方便一些。3.楞次定律的應(yīng)用。楞次定律的應(yīng)用應(yīng)該嚴(yán)格按以下四步進(jìn)行：①確定原磁場(chǎng)方向；②判定原磁場(chǎng)如何變化（增大還是減?。?；③確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向（增反減同）；④根據(jù)安培定則判定感應(yīng)電流的方向。例題分析例1：如圖所示，有兩個(gè)同心導(dǎo)體圓環(huán)。內(nèi)環(huán)中通有順時(shí)針?lè)较虻碾娏?，外環(huán)中原來(lái)無(wú)電流。當(dāng)內(nèi)環(huán)中電流逐漸增大時(shí)，外環(huán)中有無(wú)感應(yīng)電流？方向如何？NSv0M例2：如圖所示，閉合導(dǎo)體環(huán)固定。條形磁鐵SNSv0MadbcO1O2例3：如圖所示，O1O2adbcO1O2A.將abcd向紙外平移B.將abcd向右平移C.將abcd以ab為軸轉(zhuǎn)動(dòng)60°D.將abcd以cd為軸轉(zhuǎn)動(dòng)60°cadcadbL2L1A.向右勻速運(yùn)動(dòng)B.向右加速運(yùn)動(dòng)C.向左加速運(yùn)動(dòng)D.向左減速運(yùn)動(dòng)O1O2例5：如圖所示，當(dāng)磁鐵繞O1O1O2ab例6：如圖所示，水平面上有兩根平行導(dǎo)軌，上面放兩根金屬棒a、b。當(dāng)條形磁鐵如圖向下移動(dòng)時(shí)（不到達(dá)導(dǎo)軌平面），a、b將如何移動(dòng)？abab例7：如圖所示，絕緣水平面上有兩個(gè)離得很近的導(dǎo)體環(huán)a、b。將條形磁鐵沿它們的正中向下移動(dòng)（不到達(dá)該平面），a、b將如何移動(dòng)？abO1aO2b例8：如圖所示，在條形磁鐵從圖示位置繞O1OO1aO2babLR例9：如圖所示，a、b燈分別標(biāo)有“36V40W”和“36V25W”，閉合電鍵，調(diào)節(jié)R，使aabLROB例10：如圖所示，用絲線將一個(gè)閉合金屬環(huán)懸于OOB例題分析例1：解：由于磁感線是閉合曲線，內(nèi)環(huán)內(nèi)部向里的磁感線條數(shù)和內(nèi)環(huán)外部向外的所有磁感線條數(shù)相等，所以外環(huán)所圍面積內(nèi)（這里指包括內(nèi)環(huán)圓面積在內(nèi)的總面積，而不只是環(huán)形區(qū)域的面積）的總磁通向里、增大，所以外環(huán)中感應(yīng)電流磁場(chǎng)的方向?yàn)橄蛲?，由安培定則，外環(huán)中感應(yīng)電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針。例2：解：從“阻礙磁通量變化”來(lái)看，當(dāng)條形磁鐵的中心恰好位于線圈M所在的水平面時(shí)，磁鐵內(nèi)部向上的磁感線都穿過(guò)了線圈，而磁鐵外部向下穿過(guò)線圈的磁通量最少，所以此時(shí)刻穿過(guò)線圈M的磁通量最大。因此全過(guò)程中原磁場(chǎng)方向向上，先增后減，感應(yīng)電流磁場(chǎng)方向先下后上，感應(yīng)電流先順時(shí)針后逆時(shí)針。NNSv0M從“阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)”來(lái)看，線圈對(duì)應(yīng)該是先排斥（靠近階段）后吸引（遠(yuǎn)離階段），把條形磁鐵等效為螺線管，該螺線管中的電流是從上向下看逆時(shí)針?lè)较虻?，根?jù)“同向電流互相吸引，反向電流互相排斥”，感應(yīng)電流方向應(yīng)該是先順時(shí)針后逆時(shí)針的，與前一種方法的結(jié)論相同。adbcO1adbcO1O2例4：解：.ab勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，ab中感應(yīng)電流恒定，L1中磁通量不變，穿過(guò)L2的磁通量不變化，L2中無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生，cd保持靜止，A不正確；ab向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，L2中的磁通量向下，增大，通過(guò)cd的電流方向向下，cd向右移動(dòng)，B正確；同理可得C不正確，D正確。選B、DcadbcadbL2L1O1O2ab例6：解：若按常規(guī)用“阻礙磁通量變化”判斷，則需要根據(jù)下端磁極的極性分別進(jìn)行討論，比較繁瑣。而且在判定a、b所受磁場(chǎng)力時(shí)。應(yīng)該以磁極對(duì)它們的磁場(chǎng)力為主，不能以a、b間的磁場(chǎng)力為主（因?yàn)樗鼈兊囊苿?dòng)方向由所受的合磁場(chǎng)的磁場(chǎng)力決定，而磁鐵的磁場(chǎng)顯然是起主要作用的）。如果注意到：磁鐵向下插，通過(guò)閉合回路的磁通量增大，由Φ=BS可知磁通量有增大的趨勢(shì)，因此S的相應(yīng)變化應(yīng)該是阻礙磁通量的增加，所以a、b將互相靠近。這樣判定比較起來(lái)就簡(jiǎn)便得多。ab例7：解：根據(jù)Φ=BS，磁鐵向下移動(dòng)過(guò)程中，B增大，所以穿過(guò)每個(gè)環(huán)中的磁通量都有增大的趨勢(shì)，由于S不可改變，為阻礙增大，導(dǎo)體環(huán)應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離磁鐵，所以a、b將相互遠(yuǎn)離。ababO1O1aO2b例8：解：無(wú)論條形磁鐵的哪個(gè)極為N極，也無(wú)論是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)還是逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)90°過(guò)程中，穿過(guò)閉合電路的磁通量總是增大的（條形磁鐵內(nèi)、外的磁感線條數(shù)相同但方向相反，在線框所圍面積內(nèi)的總磁通量和磁鐵內(nèi)部的磁感線方向相同且增大。而該位置閉合電路所圍面積越大，總磁通量越小，所以為阻礙磁通量增大金屬棒ab將向右移動(dòng)。例9：解：重新閉合瞬間，由于電感線圈對(duì)電流增大的阻礙作用，a將慢慢亮起來(lái)，而b立即變亮。這時(shí)L的作用相當(dāng)于一個(gè)大電阻；穩(wěn)定后兩燈都正常發(fā)光，a的額定功率大，所以較亮。這時(shí)L的作用相當(dāng)于一只普通的電阻（就是該線圈的內(nèi)阻）；斷開(kāi)瞬間，由于電感線圈對(duì)電流減小的阻礙作用，通過(guò)a的電流將逐漸減小，a漸漸變暗到熄滅，而abRL組