高二物理 4.3《楞次定律》課件（4）（新人教版選修3-2）

歡迎進(jìn)入物理課堂 電磁感應(yīng) 第3節(jié)楞次定律 電磁感應(yīng)原理與汽車速度計速度計的內(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 永久磁鐵將被驅(qū)動軸帶著同步轉(zhuǎn)動 圖 b 是速度計的刻度盤 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 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 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)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外殼上 當(dāng)指針轉(zhuǎn)到一定角度時 游絲被扭轉(zhuǎn) 產(chǎn)生反向的力矩 當(dāng)這個力矩跟永久磁鐵使速度盤發(fā)生轉(zhuǎn)動的力矩相等時 速度盤就停留在這個位置 這時 指針便指示出相應(yīng)的車速 汽車行駛速度增大時 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 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 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 使拇指與其余四個手指垂直 并且都與手掌在同一個平面上 讓 從掌心進(jìn)入 并使拇指指向 的方向 這時四指的方向就是 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)計利用條形磁鐵插入或拔出線圈時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) 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 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 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 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)結(jié)論一是當(dāng)穿過線圈的磁通量增加時 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 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 兩者相斥 當(dāng)磁鐵遠(yuǎn)離線圈時 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 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 1 2011年福建莆田 如圖所示 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 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 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磁場 原來的磁場 產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁場 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 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 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 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)由于原磁通量的減少而引起感應(yīng)電流時 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 有些同學(xué)錯誤地把 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方向 則磁通量增大時 面積有收縮趨勢 磁通量減少時 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 感應(yīng)電流的方向與原電流方向相反 原電流減小時 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 先順時針 后逆時針B 先逆時針 后順時針C 先順時針 后逆時針 再順時針D 先逆時針 后順時針 再逆時針 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 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 當(dāng)線框正通過直線電流的中間時 磁通量為零 繼續(xù)向右運(yùn)動時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針 后為逆時針 再順時針 答案 C 變式遷移 2 如下圖所示 ab是一個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 線框ab的運(yùn)動情況是 A 保持靜止不動B 逆時針轉(zhuǎn)動C 順時針轉(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動時 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 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A D C B A 當(dāng)S斷開時 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 且磁通量減小 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A B C D A答案 A D C B AA B C D A 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 形成一個閉合回路 當(dāng)一條形磁鐵從高處下落接近回路時 A p q將互相靠攏B p q將互相遠(yuǎn)離C 磁鐵的加速度仍為gD 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 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)動時的特殊情況 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N MB 感應(yīng)電流方向是M NC 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N M 再由左手定則可判知 MN所受安培力方向垂直棒水平向左 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N M故正確選項為A C 答案 AC 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時間段內(nèi)彈簧線圈處于收縮狀態(tài) 說明此段時間內(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B t圖線的斜率變大 選項D正確 答案 D 1 如下圖所示 一個有界勻強(qiáng)磁場區(qū)域 磁場方向垂直紙面向外 一個矩形閉合導(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 感應(yīng)電流方向?yàn)閍 b c d aB 導(dǎo)線框離開磁場時 感應(yīng)電流方向?yàn)閍 d c b aC 導(dǎo)線框離開磁場時 受到的安培力方向水平向右D 導(dǎo)線框進(jìn)入磁場時 受到的安培力方向水平向左 基礎(chǔ)鞏固 解析 由楞次定律知 線框進(jìn)入磁場時 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 故此時感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r針方向 則cd受磁場力向左 也可用右手定則進(jìn)行判斷 或用 來拒去留 的結(jié)論進(jìn)行判斷 故選D 答案 D 7 2011年江蘇鎮(zhèn)江 繞有線圈的鐵芯直立在水平桌面上 鐵芯上套著一個鋁環(huán) 線圈與電源 電鍵相連 如圖所示 線圈上端與電源正極相連 閉合電鍵的瞬間 鋁環(huán)向上跳起 則下列說法中正確的是 A 若保持電鍵閉合 則鋁環(huán)不斷升高B 若保持電鍵閉合 則鋁環(huán)停留在某一高度C 若保持電鍵閉合 則鋁環(huán)跳起到某一高度后將回落D 如果電源的正 負(fù)極對調(diào) 觀察到的現(xiàn)象不變 能力提升 解析 若保持電鍵閉合 磁通量不變 感應(yīng)電流消失 所以鋁環(huán)跳起到某一高度后將回落 正 負(fù)極對調(diào) 同樣磁通量增加 由楞次定律可知 鋁環(huán)向上跳起 答案 CD 祝 您 學(xué)業(yè)有成