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111 電磁感應(yīng)現(xiàn)象、楞次定律 （習(xí)題課） 　　學(xué)習(xí)目標： 　　1．知道什么是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，掌握產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 　　2．知道在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能量守恒定律依然適用 　　3．掌握楞次定律的幾種表述，能熟練應(yīng)用楞次定律來判斷感應(yīng)電流的方向 學(xué)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—閉合回路中的磁通量發(fā)生變化 　　磁通量Φ增加，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場相反 　　磁通量Φ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：當導(dǎo)體在磁場中切割磁感線的運動時，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)體的運動方向，四指指向為感應(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在勻強磁場中向左運動(未出磁場)，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同時切割磁感線，由右手定則，電流方向分別由a→b、由d→c，切割效果抵消，無感應(yīng)電流。 　　注意：用兩種正確的觀點分析同一事物，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。但卻不一定都很方便，例如：右手定則對直導(dǎo)線在磁場中運動這一過程就比較方便。大家在應(yīng)用時對這兩種方法都要達到熟練，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；當閉合電路的磁通量減少時，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同 　　例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，當線圈從左往右運動時，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 　　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，則“我”不讓你增強；“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”要增強你，所以“我”的磁場與你相同 　　例2、如圖所示，閉合圓線圈處于勻強磁場B中，當磁場的磁感應(yīng)強度突然由B增至2B時，問線圈中感應(yīng)電流的方向。 　　 　　解：根據(jù)楞次定律，當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。 　　分析：由于磁場增強，∴磁通量增大，“我”不讓你增大，那么“我”產(chǎn)生的磁場方向就與你相反，相當于抵銷你增加的部分，但不能完全把增加的部分抵銷掉。如此題中，由于磁場增強，增加了三條磁感線，那么感應(yīng)電流的磁場要抵銷這個增加，能抵銷三條嗎?不能。只能是“禮輕情義重” 　　3．當原磁場和閉合回路之間發(fā)生相對運動時，感應(yīng)電流的磁場總要阻礙它們之間的相對運動。 　　例3．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)向左運動。 　　(方法2)根據(jù)相對運動中的楞次定律，原磁場與圓環(huán)之間有相對運動時，感應(yīng)電流的磁場要阻礙這種相對運動。所以當原磁場相對圓環(huán)向左運動時，為削弱這種影響，圓環(huán)也必須向左運動。 　　可見，抓住楞次定律的本質(zhì)，加以靈活運用，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)向左運動的速度一定比磁鐵的運動速度小，這就是只能“阻礙”，而不能“阻止”，也就是“有其心而力不足”。 　　例4．如圖所示，閉合線框ABCD和abcd可分別繞軸線OO’轉(zhuǎn)動。當abcd繞OO軸逆時針轉(zhuǎn)動時(俯視圖)，問ABCD如何轉(zhuǎn)動? 　　 　　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)相對運動中的楞次定律，感應(yīng)電流的磁場應(yīng)阻礙這種相對運動，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，但判斷過程要繁雜得多。 　　4．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)。 　　例5．如圖所示，勻強磁場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→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，直接使用相對運動中的楞次定律，金屬棒相對原磁場向右運動，為阻礙這種運動帶來的影響，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棒的運動過程中，動能保持不變，根據(jù)動能定理，ΣW＝ΔEK＝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。 　　例6、如圖所示，讓磁鐵勻速插入線圈，試分析其中的能量轉(zhuǎn)化情況。 　　 　　分析： 　　(1)根據(jù)楞次定律，線圈中的感應(yīng)電流所激發(fā)的磁場向左，相當于一個N極向左的條形磁鐵 　　(2)同性相斥，異性相吸，條形磁鐵必受一向左的斥力 　　(3)∵磁鐵勻速插入，∴ΣW＝0。即必須有外力克服此斥力做功(外力：包括重力或其他力) 　　(4)又因為感應(yīng)電流通過線圈要產(chǎn)生焦耳熱，也是外力做功轉(zhuǎn)化而來的，所以符合能量守恒定律 　　(5)如果楞次定律不成立，則感應(yīng)電流的磁場N極向右，會和線圈相吸引，那么不需要外力做功，條形磁鐵也會加速向線圈運動同時感應(yīng)電流又在線圈中產(chǎn)生焦耳熱。即：沒有任何外力做功的情況下，磁鐵的動能越來越大，產(chǎn)生的熱量越來越多，這顯然是不可能的。 　　反饋練習(xí)： 　　1、如圖所示，在條形磁鐵外面套著一圓環(huán)，當圓環(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　 　　B．線框向下平動 　　C．線框以MN為軸轉(zhuǎn)動　 D、逐漸增加或減少MN中的電流強度 　　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I經(jīng)位置II平移至位置III，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)電流沿俯視逆時針方向 　　6．如圖所示，兩個金屬圓環(huán)在最低點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磁場中，當磁場均勻增加時：( ) 　　 　　A．內(nèi)環(huán)有逆時針方向的感應(yīng)電流 　　B．內(nèi)環(huán)有順時針方向的感應(yīng)電流 　　C．外環(huán)有逆時針方向的感應(yīng)電流 　　D．內(nèi)、外環(huán)都沒有感應(yīng)電流 　　7．如圖所示，長直導(dǎo)線所在平面內(nèi)有一矩形線圈，則：( ) 　　 　　A．導(dǎo)線中通以向上逐漸減弱的電流時線框內(nèi)感應(yīng)電流如圖并向左運動 　　B．導(dǎo)線中通以向下逐漸減弱的電流時線框內(nèi)感應(yīng)電流如圖并向右運動 　　C．導(dǎo)線中通以向上逐漸增強的電流時線框內(nèi)感應(yīng)電流如圖并向左運動 　　D．導(dǎo)線中通以向下逐漸減弱的電流時線框內(nèi)感應(yīng)電流與圖反向并向右運動 　　8．如圖所示。光滑水平面上放一金屬圓環(huán)，圓環(huán)旁固定一豎直導(dǎo)線，二者處于同一平面內(nèi)，則：( ) 　　 　　A、先將圓環(huán)固定，通以如圖所示的電流后放開，它將向右運動 　　B．先將圓環(huán)固定，通以如圖所示的電流后放開，它將向左運動 　　C．突然在導(dǎo)線內(nèi)通以向上的電流，則圓環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流如圖所示，并向左運動 　　D．突然在導(dǎo)線內(nèi)通以向上的電流，則圓環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流與圖示方向相反，并向右運動 　　9．如圖所示，兩個閉合的輕質(zhì)鋁環(huán)，穿在一根光滑的絕緣桿上，當條形磁鐵的N極自右向左插入圓環(huán)中時，兩鋁環(huán)的運動是：( ) 　　 　　A、同時向右運動，兩環(huán)間距逐漸增大 　　B．同時向右運動，兩環(huán)間距逐漸縮小 　　C．同時向左運動，兩環(huán)間距逐漸增大 　　D．同時向左運動，兩環(huán)間距逐漸縮小 　　10．如圖所示，在通電螺線管外部左側(cè)和內(nèi)部靠近右側(cè)處，各吊一個輕質(zhì)閉合金屬環(huán)a和b，a、b的環(huán)面均與螺線管的軸線垂直?，F(xiàn)將變阻器R的滑片P向左移動，則a、b環(huán)將：( ) 　　 　　A，a環(huán)左擺，b環(huán)右擺　 B．a(chǎn)環(huán)右擺，b環(huán)左擺 　　C．a(chǎn)環(huán)左擺，b環(huán)不動　 D．a(chǎn)環(huán)右擺，b環(huán)右擺 　　11．如圖所示，在水平的平行光滑金屬導(dǎo)軌上放兩根金屬棒，當磁鐵豎直向下穿向兩根金屬棒的中央時：( ) 　　 　　A．兩金屬棒向中間靠攏　 B．兩金屬棒向兩邊分開 　　C．兩金屬棒將不動　　 　D、兩棒的運動情況與磁極的性質(zhì)有關(guān) 　　12．如圖所示，螺旋形線圈M置于銅圓環(huán)A的軸線上，當螺旋形線圈中通過的電流I強度減小時，下列說法正確的是：( ) 　　 　　A．銅圓環(huán)有縮小的趨勢　 　　B．銅圓環(huán)有擴張的趨勢 　　C．螺旋形線圈有縮短的趨勢　 D．螺旋形線圈有伸長的趨勢 　　答案： 　　1．C　 2．C　 3．D　 4、A　 5．D　 6．BC　 7．A　 8．BD　 9．D　 10．C 　11、A　 12、AD 111