2013-2014学年高中物理鲁科版选修3-2第2章2-1感应电流的方向.ppt

第1节 感应电流的方向,1理解楞次定律的内容 2应用楞次定律判定有关感应电流的方向 3会用右手定则及楞次定律解答有关问题,一、探究感应电流的方向 1实验探究 将螺线管与电流表组成闭合回路，分别将N极、S极插入、抽出线圈，如图211所示，记录感应电流方向如下,2分析 (1)线圈内磁通量增加时的情况,向下,向下,向上,向上,(2)线圈内磁通量减少时的情况,向下,向下,向上,向上,阻碍,阻碍,阻碍,变化,切割磁感线运动,垂直,掌心,导线运动,四指,温馨提示 楞次定律中阻碍的含义理解： (1)“阻碍”不是“方向相反”：原磁通量增加时，方向相反，而原磁通量减少时，感应磁场与原磁场方向相同 (2)“阻碍”不是“阻止”：电路中的磁通量还是变化的，只是由于这种阻碍作用使原磁场变化延缓.,一、楞次定律的应用 1应用楞次定律的一般步骤 运用楞次定律判定感应电流的思路，可以概括为以下方框图： 上图描述了磁通量变化、磁场方向、感应电流方向三个因素的关系，只要知道了其中任意两个因素，就可以确定第三个因素,2电磁感应现象中“阻碍”作用的拓展 电磁感应现象中，感应电流产生的“效果”总要“反抗”(或“阻碍”)引起感应电流的“原因”常见的“阻碍”现象有以下几种：,3.楞次定律中的能量守恒 楞次定律中的“阻碍”作用正是能量转化和守恒定律的反映电磁感应现象中，产生感应电流即产生电能的同时，由于“阻碍”作用的存在，在克服“阻碍”的过程中，必然伴随着其他能量的减少所以，楞次定律是能量转化和守恒定律的必然结果,如图212所示，将条形磁铁插入或拔出螺线管的过程中，线圈中产生感应电流，感应电流的磁场阻碍磁铁与线圈的相对运动，在这个过程中，外力克服磁场力做功，把其他形式的能转化为电能 在条形磁铁从某一高度落入闭合螺线管内的过程中，若产生的感应电流的磁场对条形磁铁的下落有吸引作用，则磁铁的机械能会增加，同时电路中又产生电能，这样就凭空产生了增加的机械能和电能，违背了能量转化和守恒定律,二、右手定则及应用 1右手定则 (1)适用范围：导体切割磁感线产生感应电流的电磁感应现象 (2)使用方法：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向,2楞次定律和右手定则的比较 (1)从研究对象来说：楞次定律研究的是闭合回路，右手定则研究的是闭合回路的一部分，即切割磁感线的那一段导体 (2)从适用范围来说：楞次定律适用各种电磁感应现象中感应电流方向的判断而右手定则只适用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象中感应电流方向的判断 (3)从实际应用来看：对于由于导体切割磁感线产生的电磁感应的问题，应用右手定则判断较方便；对于由于磁感应强度随时间变化产生的电磁感应的问题，应用楞次定律判断较方便,(4)列表对照如下：,教材资料分析 讨论与交流 如图27所示，将A，B两只轻小铝环固定在一根轻杆的两端A环是闭合的，B环是断开的，轻杆可以绕支点O在水平面内自由转动,想想这是为什么，并与同学讨论交流 得出结论后，请猜想如果把条形磁铁的任一极从A环或B环中拔出(注意不要相碰)，将分别发生什么现象，并用实验加以验证 点拨 解法1：用磁铁任一极去接近A环，则因磁通量增加而产生感应电流，阻碍其相对运动，故环向远离该磁极的方向运动；把磁铁移开时，磁通量减少，产生阻碍其相对运动的感应电流，A环与磁铁同方向运动；对B环，由于不闭合，虽产生感应电动势却没有受到磁场力作用，则不运动 解法2：用楞次定律的广义描述，当磁铁移近A环时，A环远离磁铁(来拒)当磁铁远离A环时，A环靠近磁铁(去留)；对于B环，由于不闭合，所以不会产生感应电流，不受磁场力，不运动,在本节的例题中，若ab边要保持向右做匀速直线运动，外力的方向应指向哪一边？为什么？你能从能量转化和守恒的角度解释吗？谈谈你的想法，并与同学讨论交流 点拨 在本节例题中，若ab保持向右做匀速直线运动，产生的电流由ba，由左手定则可知，安培力的方向向左，因此外力的方向应该与安培力大小相等，方向相反所以外力方向水平向右 从能的转化和守恒的角度来讲，外力要做正功使其他形式的能转化成电能进而转化成内能因此外力的方向与位移的方向一致，应为水平向右,【典例1】 如图213所示，试判定当开关S闭合和断开瞬间，线圈ABCD中的电流方向 思路点拨 根据电流的方向，由安培定则判断出原磁场的方向再根据磁场的强弱变化用楞次定律判断,解析 当S闭合时： (1)研究的回路是ABCD，穿过回路的磁场是电流I产生的磁场，方向(由安培定则判知)指向读者(如题图所示)，且磁通量增大； (2)由楞次定律得知感应电流磁场方向应和B原相反，即离开读者指向纸面内； (3)由安培定则判知线圈ABCD中感应电流方向是ADCBA. 当S断开时： 研究的回路仍是线圈ABCD，穿过回路的原磁场仍是电流I产生的磁场，方向(由安培定则判知)指向读者，且磁通量减小；,由楞次定律得知感应电流磁场方向应和B原相同，即指向读者； 由安培定则判知感应电流方向是ABCDA 答案 S闭合时，感应电流方向为ADCBA； S断开时，感应电流方向为ABCDA. 借题发挥 应用楞次定律的思路,【变式1】 如图214所示，一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管，则电路中( ) A始终有感应电流自a向b流过电流表G B始终有感应电流自b向a流过电流表G C先有aGb方向的感应电流，后有bGa方向的感应电流 D将不会产生感应电流,解析 条形磁铁从左边进入螺线管的过程中，在螺线管内产生的磁场方向向右，穿过螺线管的磁通量不断增加，根据楞次定律，感应电流的方向是aGb.条形磁铁从螺线管中向右穿出的过程中，在螺线管中产生的磁场方向仍向右，穿过螺线管的磁通量不断减小，根据楞次定律，感应电流的方向是bGa，故C正确 答案 C,【典例2】 如图215所示，匀强磁场与圆形导体环平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时( ) A圆环中磁通量不变，环中无感应电流产生 B整个环中有顺时针方向的电流 C整个环中有逆时针方向的电流 D环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流,思路点拨 电路中的一部分导体做切割磁感线运动时，先用右手定则判断导体中的电流方向，再根据电路组成判断其余各部分的电流方向 解析 导体ef向右切割磁感线，由右手定则可判断导体ef中感应电流由ef.而导体ef分别与导体环的左右两部分构成两个闭合回路故环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流 答案 D 借题发挥 部分导体切割磁感线运动产生感应电流时，要明确内外电路，切割磁感线的部分导体是内电路，利用右手定则就是判断内电路中感应电流的方向,【变式2】 下图表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景，其中能产生由a到b的感应电流的是 ( ) 解析 由右手定则判知，A中感应电流方向ab，C、D中均为ba.B中无感应电流产生 答案 A,【典例3】 如图216所示，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，当滑动变阻器R的滑片自左向右滑动时，线框ab的运动情况是( ) A保持静止不动 B逆时针转动 C顺时针转动 D发生转动，但电源极性不明，无法确定转动的方向,解析 根据图示电路，线框ab所处位置的磁场为水平方向的，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，电路中电阻增大，电流减小，则穿过闭合导线框ab的磁通量减少BSsin ，为线圈平面与磁场方向的夹角，根据楞次定律，感应电流的磁场总是阻碍原来磁场磁通量的变化，则线框ab只有顺时针旋转使角有增大的趋势，而使穿过线圈的磁通量增加，则C正确注意此题并不需要明确电源的极性 答案 C 借题发挥 对于感应电流产生运动效果的题目可利用“感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因”来判断，此方法直观、简单，能很快得出正确结论 可以归纳为“来拒去留”、“增反减同”和“增缩减扩”等,【变式3】 如图217所示，光滑固定导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放置于导轨上，形成一个闭合回路，一条形磁铁从高处下落接近回路时( ) AP、Q将相互靠拢 BP、Q将相互远离 C磁铁的加速度仍为 g D磁铁的加速度小于 g,解析 根据楞次定律，感应电流的效果是总要阻碍产生感应电流的原因，本题中“原因”是回路中磁通量的增加，P、Q可通过缩小面积的方式进行阻碍，故可得A正确由“来拒去留”得回路电流受到向下的力的作用，由牛顿第三定律知磁铁受向上的作用力，所以磁铁的加速度小于 g，选A、D. 答案 AD,A、位置均是顺时针方向 B、位置均是逆时针方向 C位置是顺时针方向，位置为零，位置是逆时针方向 D位置是逆时针方向，位置为零，位置是顺时针方向 解析 本题关键是判定出、位置时磁通量的变化情况，线圈由初始位置向位置运动过程中，沿磁场方向的磁通量逐渐增大，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，从右向左穿过线圈，根据安培定则，位置时感应电流的方向(沿磁感线方向看去)是逆时针方向；,在位置时由左向右穿过线圈的磁通量最大，由位置向位置运动时，向右穿过线圈的磁通量减少，根据楞次定律，感应电流的磁场方向向右，阻碍它的减少，根据安培定则可判定位置的电流方向(沿磁感线方向看去)是顺时针方向，且知位置时感应电流为零故选D. 答案 D,2.如图219所示，一均匀的扁平条形磁铁的轴线与圆形线圈在同一平面内，磁铁中心与圆心重合，为了在磁铁开始运动时线圈中能得到逆时针方向的感应电流，磁铁的运动方式应是( ) AN极向纸内，S极向纸外，使磁铁绕O点转动 BN极向纸外，S极向纸内，使磁铁绕O点转动 C磁铁在线圈平面内顺时针转动 D磁铁在线圈平面内逆时针转动,解析 当N极向纸内，S极向纸外转动时，穿过线圈的磁场由无到有并向里，感应电流的磁场应向外，电流方向为逆时针，A选项正确；当N极向纸外，S极向纸内转动时，穿过线圈的磁场向外并增加，感应电流方向为顺时针，B选项错误；当磁铁在线圈平面内绕O点转动时，穿过线圈的磁通量始终为零，因而不产生感应电流，C、D选项错误 答案 A,右手定则的应用 3如图2110所示，同一平面内的三条平行导线串有两个电阻R和r，导体棒PQ与三条导线接触良好，匀强磁场的方向垂直纸面向里导体棒的电阻可忽略，当导体棒向左滑动时，下列说法正确的是( ),A流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由b到a B流过R的电流为由c到d，流过r的电流为由b到a C流过R的电流为由d到c，流过r的电流为由a到b D流过R的电流为由c到d，流动r的电流为由a到b 解析 根据磁场方向和导体棒的运动方向，用右手定则可以判断出在PQ中产生的感应电动势的方向由P指向Q，即导体棒下端电势高、上端电势低，所以在接入R的闭合电路中，电流由c流向d，在接入r的闭合电路中，电流由b流向a. 答案 B,4在北半球上，地磁场竖直分量向下飞机在我国上空匀速巡航，机翼保持水平，飞行高度不变由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差，设飞行员左方机翼末端处的电势为1，右方机翼末端处电势为2则( ) A若飞机从西往东飞，1比2高 B若飞机从东往西飞，2比1高 C若飞机从南往北飞，1比2高 D若飞机从北往南飞，2比1高,解析 这是一道考查右手定则的题目，要解答好这道题，首先要明确用哪只手判断，其次要明确磁场的方向、手的放法，最后要明确拇指、四指所指的方向应各指什么，四指所指的方向是正电荷积累的方向，该端电势高于另一端对A选项：磁场竖直分量向下，手心向上，拇指指向飞机飞行方向，四指指向左翼末端，故12，A选项正确同理，飞机从东往西飞，仍是12，B选项错误从南往北、从北往南飞，都是12，故C选项正确，D选项错误 答案 AC,楞次定律的拓展应用 5.如图2111所示，螺线管CD的导线绕向不明，当磁铁AB插入螺线管时，电路中有图示方向的电流产生，下列关于螺线管极性的判断正确的是( ) AC端一定是N极 BC端一定是S极 CC端的极性一定与磁铁B端的极性相同 D无法判断极性，因螺线管的绕法不明 解析 AB插入使螺线管磁通量增大引起感应电流，据楞次定律：感应电流的磁场阻碍AB插入，因此，C端极性一定和B端极性相同，以阻碍AB靠近 答案 C