高中物理 2.1 感应电流的方向 鲁科版选修3-2

1、第2章楞次定律和自感现象,第1节感应电流的方向,1,2,3,1.探究感应电流的方向 (1)实验探究,2)分析总结,1,2,3,3)实验结论: 当穿过线圈的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场的方向相反; 当穿过线圈的磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场的方向相同,1,2,3,2.楞次定律 (1)内容:感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 (2)理解:楞次定律还可以这样理解,感应电流的磁场总是要阻碍磁体和闭合导体间的相对运动。从能量转化和守恒的角度来看,外力总是要克服磁体和线圈之间的作用力做功,使外界其他形式的能量转化为电能,1,2,3,练一练 根据楞次定律可知感应电流的磁场一定(

2、) A.阻碍引起感应电流的磁通量 B.与引起感应电流的磁场反向 C.阻碍引起感应电流的磁通量的变化 D.与引起感应电流的磁场方向相同 解析:感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化,而不是阻碍磁通量,它和引起感应电流的磁场可以同向,也可以反向。选项C正确。 答案:C,1,2,3,3.右手定则 (1)使用范围:判定闭合导体回路中的部分导体切割磁感线运动时产生的感应电流的方向。 (2)使用方法:伸开右手,让拇指与其余四个手指在同一水平面内,使拇指与并拢的四指垂直;让磁感线垂直穿入手心,使拇指指向导体运动的方向,其余四指所指的方向就是感应电流的方向,1,2,3,练一练 如图所示,当导体棒MN

3、在外力作用下沿导轨向右运动时,流过R的电流方向是(,A.由ABB.由BA C.无感应电流D.无法确定 解析:由右手定则判断MN棒切割磁感线产生感应电流的方向为N到M,所以经R的电流方向为A到B,选项A正确。 答案:A,探究一,探究二,探究三,探究一对楞次定律的理解 问题导引,在磁场一章中,大家学习了磁电式仪表的工作原理,电流表出厂时要用短路片把正负接线柱短接,你知道这是为什么吗,探究一,探究二,探究三,提示这是为了避免在运输过程中指针过度摆动而采取的措施。运输过程中的震动会造成指针摆动,过度的摆动会将指针碰弯或发生其他损坏。短路片将电流表正负接线柱连接后,与线圈组成闭合电路。由于指针和线圈是固

4、定在一起的,所以指针摆动时会带动线圈在磁场中做切割磁感线运动,线圈中就会产生感应电流,而感应电流会产生阻碍线圈转动的效果,从而减小指针的摆动,探究一,探究二,探究三,名师精讲 1.电磁感应中的因果关系 楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系,磁通量变化是原因,产生感应电流是结果,原因产生结果,结果反过来影响原因。 2.“阻碍”的几个层次,探究一,探究二,探究三,3.“阻碍”的表现形式 楞次定律中的“阻碍”的作用,正是能的转化和守恒定律的反映,在克服“阻碍”的过程中,其他形式的能转化为电能,常见的情况有以下三种: (1)阻碍原磁通量的变化(增反减同); (2)阻碍导体的相对运动(来拒去留); (

5、3)通过改变线圈面积来“反抗”(增缩减扩)。 特别提醒 “阻碍”并不意味着“相反”。感应电流产生的磁场方向和原磁场方向可能同向,也可能反向,应根据磁通量的变化情况判断;而由于闭合回路和磁场相对运动产生感应电流时,阻碍两者间相对运动而不一定阻碍物体的运动,探究一,探究二,探究三,A.沿abcd流动 B.沿dcba流动 C.由到是沿abcd流动,由到是沿dcba流动 D.由到是沿dcba流动,由到是沿abcd流动 思路:原磁场方向回路磁通量的变化感应电流的磁场方向感应电流的方向,例题1 如图所示,一水平放置的矩形线圈abcd在细长磁铁的N极附近竖直下落,保持bc边在纸外,ad边在纸内,从图中的位置

6、经过位置到位置,位置和都很靠近。在这个过程中,线圈中感应电流(,探究一,探究二,探究三,解析:本题考查用楞次定律判断感应电流的方向,关键要分析清楚矩形线圈由位置到位置和由位置到位置两过程中,穿过线圈的磁感线方向相反。由条形磁铁的磁场分布可知,线圈在位置时穿过闭合线圈的磁通量最少,为零,故线圈从位置到位置,从下向上穿过线圈的磁通量在减少,线圈从位置到位置,从上向下穿过线圈的磁通量在增加,根据楞次定律可知,感应电流的方向始终是abcd。选项A正确。 答案:A 反思 应用楞次定律解题的一般步骤 明确所研究的闭合回路,判断原磁场方向判断闭合回路内原磁场的磁通量变化由楞次定律判断感应电流的磁场方向运用安

7、培定则,由感应电流的磁场方向,判断出感应电流方向,探究一,探究二,探究三,变式训练1某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律。当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时,通过电流计的感应电流方向是(,A.aGb B.先aGb,后bGa C.bGa D.先bGa,后aGb,探究一,探究二,探究三,解析:(1)确定原磁场的方向:条形磁铁在穿入线圈的过程中,磁场方向向下。 (2)明确回路中磁通量变化的情况:向下的磁通量增加。 (3)由楞次定律的“增反减同”可知:线圈中感应电流产生的磁场方向向上。 (4)应用安培定则可以判断感应电流的方向为bGa。 同理,可以判断出条形磁铁穿出线圈的过程中,向下的磁通量减

8、少,线圈中感应电流产生的磁场方向向下,感应电流的方向为aGb。选项D正确。 答案:D,探究一,探究二,探究三,探究二楞次定律的应用 问题导引,如图所示,当磁铁突然向铜环运动时,铜环的运动情况怎样? 提示磁铁向右运动,使铜环产生的感应电流可等效为条形磁铁,两磁铁有排斥作用,故铜环向右运动,探究一,探究二,探究三,名师精讲 判断回路运动情况及回路面积的变化趋势 1.常规法,2.效果法 由楞次定律可知,感应电流的“效果”是阻碍引起感应电流的“原因”,深刻理解“阻碍”的含义。根据“阻碍”原则,可直接对运动趋势作出判断,探究一,探究二,探究三,例题2 (多选)如图所示,光滑固定导轨m、n水平放置,两根导

9、体棒p、q平行放于导轨上,形成一个闭合回路。当一条形磁铁从高处下落接近回路时(,A.p、q将互相靠拢 B.p、q将互相远离 C.磁铁的加速度仍为g D.磁铁的加速度小于g 思路:明确回路磁通量的变化情况闭合回路通过改变面积(增缩减扩)阻碍磁通量变化感应电流产生阻碍磁铁相对运动的效果,探究一,探究二,探究三,解析:根据楞次定律,感应电流的效果总要反抗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通过以下两种方式反抗磁通量的增大:一是用缩小面积的方式进行反抗,二是用远离磁铁的方式进行反抗(即相互排斥)。根据牛顿第三定律知磁铁受向上的作用力,所以P、Q将相互靠近且磁铁的加速度小于g。

10、选项A、D符合题意。 答案:AD 反思 本题亦可假定条形磁铁磁感线的方向,然后由楞次定律判断出闭合回路中感应电流的方向,再用左手定则判断出P、Q棒受安培力移动的方向,再根据磁极之间的作用规律判断出条形磁铁所受磁场力的方向,探究一,探究二,探究三,变式训练2如图所示,金属环A用轻绳悬挂,与长直螺线管共轴,并位于其左侧,若变阻器滑片P向右移动,则金属环A将向(填“左”或“右”)运动,并有(填“收缩”或“扩张”)趋势。 解析:变阻器滑片P向右移动,电阻变大,电流变小,螺线管产生的磁场减弱,穿过环A的磁通量减小,根据楞次定律,感应电流的磁场方向与原电流磁场方向相同,相互吸引,则金属环A将向右移动,因磁

11、通量减小,金属环A有扩张趋势。 答案:右扩张,探究一,探究二,探究三,探究三楞次定律与右手定则的区别与联系 问题导引 如图所示,我国一架海监飞机在东海上空匀速巡航,机翼保持水平,飞行高度不变。由于受地磁场的作用(北半球地磁场有竖直向下分量),金属机翼上有电势差,试比较飞行员左、右方机翼末端处电势的高低,提示机翼切割磁感线,由右手定则可判断飞行员左方机翼末端处的电势高,探究一,探究二,探究三,探究一,探究二,探究三,特别提醒 楞次定律判断的电流方向也是电路中感应电动势的方向,右手定则判断的电流方向也是做切割磁感线运动的导体上感应电动势的方向。若电路是开路,可假设电路闭合,应用楞次定律或右手定则确

12、定电路中假想电流的方向即为感应电动势的方向,探究一,探究二,探究三,例题3 (多选)如图所示,在匀强磁场中放有平行金属导轨,它与大线圈P相连接,要使小线圈Q获得顺时针方向的感应电流,则放在导轨上的裸金属棒ab的运动情况可能是(两线圈共面)(,A.向右匀速运动B.向左加速运动 C.向右减速运动D.向右加速运动 思路: 据线圈Q感应电流方向分析线圈P磁通量方向及变化情况判断棒ab的运动情况,探究一,探究二,探究三,解析:欲使Q线圈中产生顺时针的感应电流,感应电流的磁场方向垂直于纸面向里,由楞次定律可知有两种情况,一是P中有顺时针方向的逐渐减小的电流,该电流产生的穿过Q的磁通量在减少;二是P中有逆时

13、针方向的逐渐增大的电流,该电流产生的穿过Q的磁通量在增加。因此,对于第一种情况,应使ab向右减速运动;对于第二种情况,应使ab向左加速运动。当ab匀速运动时,在P中产生的感应电流是稳定的,穿过Q的磁通量不变,Q中无感应电流。故选项B、C符合题意。 答案:BC 反思 (1)当导体切割磁感线产生感应电流(感应电动势)时用右手定则判断电流方向;闭合电路中磁通量发生变化时用楞次定律判断电流方向;判断通电导体在磁场中受力用左手定则。 (2)区分右手定则和安培定则:右手定则判断电流的方向;安培定则判断电流产生磁场的方向,探究一,探究二,探究三,变式训练3(多选)如图所示的U形框架ABCD上有一根可以无摩擦

14、滑动的导体ab,左侧有与U形框架共面的通电导线MN,电流方向由N到M,若线框区域存在匀强磁场,则(,A.导体ab向右运动时,导线MN与AB边相互吸引 B.导体ab向左运动时,导线MN与AB边相互吸引 C.导体ab向左运动时,导线MN与AB边相互排斥 D.导体ab向右运动时,导线MN与AB边相互排斥,探究一,探究二,探究三,解析:ab向右运动时,感应电流方向是baABb,MN与AB中电流方向相反,两导线相斥,选项A错误,选项D正确;ab向左运动时,感应电流方向是abBAa,MN与AB中电流方向相同,两导线相吸,选项B正确,选项C错误。 答案:BD,1 2 3 4 5,1.如图所示,当直导线中电流

15、不断增加时,A、B两轻导线圈的运动情况是(,A.A向左,B向右B.A向右,B向左 C.均向左D.均向右 解析:当电流I不断增加时,它产生的磁场不断增强,穿过A、B线圈的磁通量不断增加,感应电流将“阻碍”原电流的变化,而彼此远离,即A向左运动,B向右运动。选项A正确。 答案:A,1 2 3 4 5,2.如图所示,闭合线圈上方有一竖直放置的条形磁铁,磁铁的N极朝下。当磁铁向下运动时(但未插入线圈内部) (,A.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同,磁铁与线圈相互吸引 B.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同,磁铁与线圈相互排斥 C.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反,磁铁与线圈相互吸引 D

16、.线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反,磁铁与线圈相互排斥,1 2 3 4 5,解析:当磁铁向下运动时,感应电流产生的磁场阻碍磁铁的相对运动,所以线圈上端为N极;根据楞次定律,判断感应电流的方向与图中箭头方向相同。选项B正确。 答案:B,1 2 3 4 5,3.电阻R、电容器C与一个线圈连成闭合回路,条形磁铁静止在线圈的正上方,N极朝下,如图所示。现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是() A.从a到b,上极板带正电 B.从a到b,下极板带正电 C.从b到a,上极板带正电 D.从b到a,下极板带正电 解析:磁铁N极接近线圈的过程中,线圈中向下的磁通量增加,由楞次定律可得,感应电流方向为bRa;电容器下极板带正电,上极板带负电。选项D正确。 答案:D,1 2 3 4 5,4.(多选)一块铜片置于如图所示的磁场中,如果用力把铜片从磁场拉出或把它进一步推入,则在这两个过程中有关磁场对铜片的作用力,下列叙述正确的是() A.拉出时是阻力 B.推入时是阻力 C.拉出时不受