高中物理《楞次定律》 教案11
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111 北 京 四 中 電磁感應(yīng)現(xiàn)象、楞次定律 學(xué)習(xí)目標(biāo): 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(yùn)動(dòng),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(dāng)導(dǎo)體在磁場中切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí),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?yàn)閷?dǎo)體的運(yùn)動(dòng)方向,四指指向?yàn)楦袘?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(qiáng)磁場中向左運(yùn)動(dòng)(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(shí)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(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(cuò)。 嚴(yán)格地講,對(duì)于任一個(gè)電磁感應(yīng)現(xiàn)象,這兩個(gè)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(duì)直導(dǎo)線在磁場中運(yùn)動(dòng)這一過程就比較方便。大家在應(yīng)用時(shí)對(duì)這兩種方法都要達(dá)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(dāng)閉合電路所圍面積的磁通量增加時(shí),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(shí),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(dāng)它從左到右在兩導(dǎo)線之間移動(dòng)時(shí),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(dòng)時(shí),穿過它的磁通量先減小,原磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶铮愿袘?yīng)磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶?,由右手定則可知,感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向; 后來磁通量又逐漸增大,原磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蛲?,所以感?yīng)磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶?,由右手定則可知,感應(yīng)電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向。 綜上,線圈中感應(yīng)電流的方向始終為順時(shí)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(qiáng),則“我”不讓你增強(qiáng);“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(qiáng)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(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(shí),問線圈中感應(yīng)電流的方向。 解:根據(jù)楞次定律,當(dāng)B突然增至2B時(shí),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(shí)針的。 分析:由于磁場增強(qiáng),∴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(dāng)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(qiáng),增加了三條磁感線,那么感應(yīng)電流的磁場要抵銷這個(gè)增加,能抵銷三條嗎?不能。只能是“禮輕情義重” 3.當(dāng)原磁場和閉合回路之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電流的磁場總要阻礙它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 例3.如圖所示,一個(gè)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(shí),圓環(huán)將如何運(yùn)動(dòng)? 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(dòng),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(dòng)。 (方法2)根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的楞次定律,原磁場與圓環(huán)之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),感應(yīng)電流的磁場要阻礙這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)。所以當(dāng)原磁場相對(duì)圓環(huán)向左運(yùn)動(dòng)時(shí),為削弱這種影響,圓環(huán)也必須向左運(yùn)動(dòng)。 可見,抓住楞次定律的本質(zhì),加以靈活運(yùn)用,會(huì)大大簡化問題的分析過程。 另外,對(duì)這道題,還要注意一個(gè)問題:就是圓環(huán)向左運(yùn)動(dòng)的速度一定比磁鐵的運(yùn)動(dòng)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(dòng)。當(dāng)abcd繞OO軸逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(俯視圖),問ABCD如何轉(zhuǎn)動(dòng)? 解:由圖可見,原磁場是具有電源的線框abcd,原磁場相對(duì)閉合回路ABCD逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),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(duì)運(yùn)動(dòng)中的楞次定律,感應(yīng)電流的磁場應(yīng)阻礙這種相對(duì)運(yùn)動(dòng),所以,ABCD應(yīng)隨著逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),以削弱原磁場逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)帶來的影響。但ABCD轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度應(yīng)小于原磁場abcd轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)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(gè)孤立的定律,它實(shí)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(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,在外力F的作用下勻速向右運(yùn)動(dòng),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(dòng),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?yàn)榘才嗔εc外力方向相反,金屬棒才有可能做勻速運(yùn)動(dòng)。其實(shí),(1)和(2)兩條的分析可合并為一條,即,直接使用相對(duì)運(yùn)動(dòng)中的楞次定律,金屬棒相對(duì)原磁場向右運(yùn)動(dòng),為阻礙這種運(yùn)動(dòng)帶來的影響,金屬棒必將受到一個(gè)向左的力,這就是原磁場對(duì)感應(yīng)電流作用的安培力。 (3)在ef棒的運(yùn)動(dòng)過程中,動(dòng)能保持不變,根據(jù)動(dòng)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(yùn)動(dòng),可見,根本不需消耗任何外界能量,ef的動(dòng)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(dāng)于一個(gè)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?yàn)楦袘?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(huì)和線圈相吸引,那么不需要外力做功,條形磁鐵也會(huì)加速向線圈運(yùn)動(dòng)同時(shí)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(dòng)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(dāng)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?cè)谕黄矫鎯?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(dòng) B.線框向下平動(dòng) C.線框以MN為軸轉(zhuǎn)動(dòng) D、逐漸增加或減少M(fèi)N中的電流強(qiáng)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)針方向 6.如圖所示,兩個(gè)金屬圓環(huán)在最低點(diǎn)處切斷并分別焊在一起。整個(gè)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(shí):( ) A.內(nèi)環(huán)有逆時(shí)針方向的感應(yīng)電流 B.內(nèi)環(huán)有順時(shí)針方向的感應(yīng)電流 C.外環(huán)有逆時(shí)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(shí)線框內(nèi)感應(yīng)電流如圖并向左運(yùn)動(dòng) B.導(dǎo)線中通以向下逐漸減弱的電流時(shí)線框內(nèi)感應(yīng)電流如圖并向右運(yùn)動(dòng) C.導(dǎo)線中通以向上逐漸增強(qiáng)的電流時(shí)線框內(nèi)感應(yīng)電流如圖并向左運(yùn)動(dòng) D.導(dǎo)線中通以向下逐漸減弱的電流時(shí)線框內(nèi)感應(yīng)電流與圖反向并向右運(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng) 9.如圖所示,兩個(gè)閉合的輕質(zhì)鋁環(huán),穿在一根光滑的絕緣桿上,當(dāng)條形磁鐵的N極自右向左插入圓環(huán)中時(shí),兩鋁環(huán)的運(yùn)動(dòng)是:( ) A、同時(shí)向右運(yùn)動(dòng),兩環(huán)間距逐漸增大 B.同時(shí)向右運(yùn)動(dòng),兩環(huán)間距逐漸縮小 C.同時(shí)向左運(yùn)動(dòng),兩環(huán)間距逐漸增大 D.同時(shí)向左運(yùn)動(dòng),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(gè)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(dòng),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(dòng) 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(dāng)磁鐵豎直向下穿向兩根金屬棒的中央時(shí):( ) 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(dòng) D、兩棒的運(yùn)動(dòng)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(dāng)螺旋形線圈中通過的電流I強(qiáng)度減小時(shí),下列說法正確的是:( ) A.銅圓環(huán)有縮小的趨勢(shì) B.銅圓環(huán)有擴(kuò)張的趨勢(shì) C.螺旋形線圈有縮短的趨勢(shì) D.螺旋形線圈有伸長的趨勢(shì) 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- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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