第一章第4、5节楞次定律电磁感应中的能量转化与守恒

1、第第一一章章第第4、5节节理解教材理解教材新知新知把握热点把握热点考向考向应用创新应用创新演练演练 知识点一知识点一 考向一考向一考向二考向二考向三考向三随堂基础巩固随堂基础巩固课时跟踪训练课时跟踪训练 知识点二知识点二 知识点三知识点三返回返回返回返回返回返回1 1闭合回路的一部分做切割磁感线的运闭合回路的一部分做切割磁感线的运 动时，可用右手定则判断感应电流的方向。动时，可用右手定则判断感应电流的方向。2 2楞次定律的内容是：感应电流具有这楞次定律的内容是：感应电流具有这 样的方向，即感应电流的磁场总是要样的方向，即感应电流的磁场总是要 阻碍引起感应电流的磁通量的变化。阻碍引起感应电流的磁

2、通量的变化。3 3感应电流的效果总是要反抗产生感应感应电流的效果总是要反抗产生感应 电流的原因。电流的原因。4 4在电磁感应现象中产生的电能是通过在电磁感应现象中产生的电能是通过 克服安培力做功完成转变的，克服克服安培力做功完成转变的，克服安培安培 力做的功等于产生的电能这些电能力做的功等于产生的电能这些电能又又 通过电流做功使电阻发热转变成内通过电流做功使电阻发热转变成内能。能。返回返回返回返回 1 1内容内容 将右手手掌伸平，使大拇指与其余并拢的四指垂将右手手掌伸平，使大拇指与其余并拢的四指垂直，并与手掌在同一平面内，让直，并与手掌在同一平面内，让 垂直从手心进垂直从手心进入，大拇指指向导

3、体入，大拇指指向导体 的方向，这时四指所指的方的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向。向就是感应电流的方向。 2 2适用情景适用情景 闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动产生感闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流的方向判断。应电流的方向判断。磁感线磁感线运动运动自学教材自学教材返回返回右手定则与左手定则应用比较右手定则与左手定则应用比较比较项目比较项目右手定则右手定则左手定则左手定则作用作用判断感应电流判断感应电流的方向的方向判断通电导体所受磁场力判断通电导体所受磁场力的方向的方向重点诠释重点诠释返回返回比较项目比较项目右手定则右手定则左手定则左手定则已知条件已知条件已知运动

4、方向和磁场方已知运动方向和磁场方向向已知电流方向和磁场方已知电流方向和磁场方向向图例图例因果关系因果关系运动运动电流电流电流电流运动运动应用实例应用实例发电机发电机电动机电动机返回返回1如图如图141所示，导体所示，导体AB、CD可可在水平轨道上自由在水平轨道上自由 滑动，且两水平轨滑动，且两水平轨道在中央交叉处互不相通。当导体道在中央交叉处互不相通。当导体 棒棒AB向左移动时向左移动时 ()图图141返回返回AAB中感应电流的方向为中感应电流的方向为A到到BBAB中感应电流的方向为中感应电流的方向为B到到ACCD向左移动向左移动DCD向右移动向右移动解析：解析：由右手定则可判断由右手定则可判

5、断AB中感应电流方向为中感应电流方向为A到到B，从，从而而CD中电流方向为中电流方向为C到到D。导体。导体CD所受安培力方向由左所受安培力方向由左手定则判断知向右，所以手定则判断知向右，所以CD向右移动。向右移动。答案：答案：AD返回返回1实验探究实验探究(1)实验目的：实验目的：探究决定感应电流方向的因素以及所遵循的规律。探究决定感应电流方向的因素以及所遵循的规律。 (2)实验过程：实验过程： 实验前先查明电流的方向与电流表指实验前先查明电流的方向与电流表指针偏转方向的关系，然后将螺线管与电流针偏转方向的关系，然后将螺线管与电流表组成闭合回路，分别将条形磁铁的表组成闭合回路，分别将条形磁铁的

6、N极、极、S极插入、抽出线圈，如图极插入、抽出线圈，如图143所示，所示，记录感应电流方向如下。记录感应电流方向如下。图图142自学教材自学教材返回返回图图143返回返回(3)实验记录及分析：实验记录及分析：线圈内磁通量增加时的情况。线圈内磁通量增加时的情况。图号图号磁场磁场方向方向感应电流方向感应电流方向(俯视俯视)感应电感应电流的磁流的磁场方向场方向归纳总结归纳总结甲甲 逆时针逆时针 感应电流的磁场阻碍感应电流的磁场阻碍磁通量的磁通量的 乙乙 顺时针顺时针 向下向下向上向上向上向上向下向下增加增加返回返回线圈内磁通量减少时的情况。线圈内磁通量减少时的情况。图号图号磁场磁场方向方向感应电流感

7、应电流方向方向(俯视俯视)感应电流的感应电流的磁场方向磁场方向归纳总结归纳总结丙丙 顺时针顺时针 感应电流的磁场阻碍磁感应电流的磁场阻碍磁通量的通量的 丁丁 逆时针逆时针 向下向下向上向上向下向下向上向上减少减少 2楞次定律楞次定律 (1)内容：感应电流具有这样的方向，感应电流的内容：感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的 。 (2)另一种表述：感应电流的效果总是要反抗产生另一种表述：感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因。感应电流的原因。磁通量的变化磁通量的变化返回返回 1对楞次定律的理解对楞次定律的理解 (1)楞次定律表明的是感应电流

8、的磁场阻碍引起感应楞次定律表明的是感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场的变化，即结果阻碍原因。电流的磁场的变化，即结果阻碍原因。 (2)阻碍并非阻止。阻碍的结果仅是使变化延缓，而阻碍并非阻止。阻碍的结果仅是使变化延缓，而不能阻止变化，最终结果是该增大的仍然要增大，该减小不能阻止变化，最终结果是该增大的仍然要增大，该减小的仍然要减小。的仍然要减小。重点诠释重点诠释返回返回 2楞次定律的应用楞次定律的应用 (1)感应电流感应电流(感应电动势感应电动势)方向的判断：方向的判断： 明确原磁场，即弄清原磁场的方向及闭合回路中磁明确原磁场，即弄清原磁场的方向及闭合回路中磁通量的变化情况。通量的变化情况。

9、确定感应电流的磁场。根据楞次定律的确定感应电流的磁场。根据楞次定律的“阻碍阻碍”原则，原则，结合原磁场的变化确定出感应电流的磁场方向。原磁通量结合原磁场的变化确定出感应电流的磁场方向。原磁通量增大，则感应磁场与原磁场方向相反；反之则相同。增大，则感应磁场与原磁场方向相反；反之则相同。 判定感应电流的方向。根据感应电流的磁场运用安判定感应电流的方向。根据感应电流的磁场运用安培定则判断出感应电流的方向。培定则判断出感应电流的方向。返回返回 (2)回路运动情况的判断：回路运动情况的判断： 由于相对运动导致的电磁感应现象，感应电流的效果由于相对运动导致的电磁感应现象，感应电流的效果是阻碍相对运动，简称

10、口诀：是阻碍相对运动，简称口诀：“来拒去留来拒去留”。 (3)回路面积变化趋势的判断：回路面积变化趋势的判断： 电磁感应致使回路面积有变化趋势时，则收缩或扩张是电磁感应致使回路面积有变化趋势时，则收缩或扩张是为了阻碍回路磁通量的变化，即磁通量增大时，面积有收缩为了阻碍回路磁通量的变化，即磁通量增大时，面积有收缩趋势，磁通量减少时，面积有增大趋势，简称口诀：趋势，磁通量减少时，面积有增大趋势，简称口诀：“增缩增缩减扩减扩”。返回返回3楞次定律与右手定则的区别及联系楞次定律与右手定则的区别及联系楞次定律楞次定律右手定则右手定则区区别别研究研究对象对象整个闭合电路整个闭合电路闭合电路的一部分，即做闭

11、合电路的一部分，即做切割磁感线运动的导线切割磁感线运动的导线适用适用范围范围各种电磁感应现象各种电磁感应现象只适用于导体在磁场中做只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况切割磁感线运动的情况应用应用用于磁感应强度用于磁感应强度B随随时间变化而产生的电时间变化而产生的电磁感应现象较方便磁感应现象较方便用于导体切割磁感线产生用于导体切割磁感线产生电磁感应的现象较方便电磁感应的现象较方便联系联系右手定则是楞次定律的特例右手定则是楞次定律的特例返回返回2如图如图144所示，一个有弹性的金属圆所示，一个有弹性的金属圆环被一根橡皮环被一根橡皮 绳吊于通电直导线的正下方，绳吊于通电直导线的正下方，直导线与

12、圆环在同一竖直导线与圆环在同一竖 直面内，当通电直直面内，当通电直导线中电流增大时，弹性圆环的面积导线中电流增大时，弹性圆环的面积S和和橡皮绳的长度橡皮绳的长度l将将 () 图图144返回返回AS增大，增大，l变长变长BS减小，减小，l变短变短CS增大，增大，l变短变短DS减小，减小，l变长变长解析：解析：当通电导线中电流增大时，穿过金属圆环的磁通量增当通电导线中电流增大时，穿过金属圆环的磁通量增大，金属圆环中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流要大，金属圆环中产生感应电流，根据楞次定律，感应电流要反抗磁通量的增大，一是用缩小面积的方式进行反抗，二是反抗磁通量的增大，一是用缩小面积的方式进行反

13、抗，二是用远离直导线的方式进行反抗。故用远离直导线的方式进行反抗。故D正确。正确。答案：答案：D返回返回 (1)在导线切割磁感线运动而产生感应电流时，电路中在导线切割磁感线运动而产生感应电流时，电路中的电能来源于的电能来源于 。 (2)在电磁感应中，产生的电能是通过外力克服在电磁感应中，产生的电能是通过外力克服 做功转化而来的。外力做了多少功，就有多少做功转化而来的。外力做了多少功，就有多少 产生。产生。 (3)电流做功将电流做功将 转化为其他形式的能量。转化为其他形式的能量。 (4)电磁感应现象中，能量在转化过程中是守恒的。电磁感应现象中，能量在转化过程中是守恒的。机械能机械能安培力安培力电

14、能电能电能电能自学教材自学教材返回返回 1电磁感应现象中的能量转化方式电磁感应现象中的能量转化方式 (1)如果电磁感应现象是由于磁场的变化而引起的，则在如果电磁感应现象是由于磁场的变化而引起的，则在这个过程中，磁场能转化为电能。若电路是纯电阻电路，转这个过程中，磁场能转化为电能。若电路是纯电阻电路，转化过来的电能将全部转化为电阻的内能。化过来的电能将全部转化为电阻的内能。 (2)在导线切割磁感线运动而产生感应电流时，通过克服在导线切割磁感线运动而产生感应电流时，通过克服安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能。克服安安培力做功，把机械能或其他形式的能转化为电能。克服安培力做多少功，就产生多

15、少电能。若电路是纯电阻电路，转培力做多少功，就产生多少电能。若电路是纯电阻电路，转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能。化过来的电能也将全部转化为电阻的内能。重点诠释重点诠释返回返回 2求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思想求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思想 (1)分析电路，分清电源和外电路。分析电路，分清电源和外电路。在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化在电磁感应现象中，切割磁感线的导体或磁通量发生变化的电路将产生感应电动势，该导体或电路就相当于电源，的电路将产生感应电动势，该导体或电路就相当于电源，其余部分相当于外电路。其余部分相当于外电路。 (2)分析清楚有哪些力做

16、功，明确有哪些形式的能量发分析清楚有哪些力做功，明确有哪些形式的能量发生了转化。如：生了转化。如：返回返回 有滑动摩擦力做功，必有内能产生；有滑动摩擦力做功，必有内能产生； 有重力做功，重力势能必然发生变化；有重力做功，重力势能必然发生变化； 克服安培力做功，必然有其他形式的能转化为电能，并克服安培力做功，必然有其他形式的能转化为电能，并且克服安培力做多少功，就产生多少电能；且克服安培力做多少功，就产生多少电能； 如果是安培力做正功，就是电能转化为其他形式的能。如果是安培力做正功，就是电能转化为其他形式的能。 (3)列有关能量的关系式。列有关能量的关系式。返回返回3如图如图145所示，在所示，

17、在O点正下方有一点正下方有一 个具有理想边界个具有理想边界 的磁场，铜环在的磁场，铜环在A点由点由 静止释放向右摆至最高点静止释放向右摆至最高点B。不考虑空不考虑空 气阻力，则下列说法正确的是气阻力，则下列说法正确的是() AA、B两点在同一水平线上两点在同一水平线上 BA点高于点高于B点点 CA点低于点低于B点点 D铜环将做等幅摆动铜环将做等幅摆动图图145返回返回解析：解析：铜环由铜环由A点向点向B点运动，在进入磁场和离开磁场的点运动，在进入磁场和离开磁场的过程中，由于穿过环面的磁通量变化，都要产生感应电过程中，由于穿过环面的磁通量变化，都要产生感应电流，即产生电能。此电能是由环的机械能转

18、化来的，即流，即产生电能。此电能是由环的机械能转化来的，即环由环由A到到B过程中机械能减少，所以过程中机械能减少，所以B点比点比A点低，点低，B选项选项正确。正确。答案：答案：B返回返回返回返回 例例1如图如图146所示，水平放所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒属棒PQ、MN，当，当PQ在外力的作用下运在外力的作用下运动时，动时，MN在磁场力的作用下向右运动，在磁场力的作用下向右运动，则则PQ所做的运动可能是所做的运动可能是 ()图图146返回返回 A向右加速运动向右加速运动 B向左加速运动向左加速运动 C向右减速运动向右减速运动 D向左减速运

19、动向左减速运动 思路点拨思路点拨可逐项判断找出正确答案，解答本题时应可逐项判断找出正确答案，解答本题时应注意以下三点：注意以下三点： (1)由右手定则判断由右手定则判断L2中的电流方向。中的电流方向。 (2)由法拉第电磁感应定律判断由法拉第电磁感应定律判断L2中的磁通量变化情况。中的磁通量变化情况。 (3)由楞次定律判断由楞次定律判断L1中的感应电流方向。中的感应电流方向。返回返回 解析解析当当PQ向右运动时，用右手定则可判定向右运动时，用右手定则可判定PQ中感中感应电流的方向是由应电流的方向是由QP，则穿过，则穿过L1的磁场方向是自下而上的磁场方向是自下而上的；若的；若PQ向右加速运动，则穿

20、过向右加速运动，则穿过L1的磁通量增加，用楞次的磁通量增加，用楞次定律可以判断流过定律可以判断流过MN的感应电流是从的感应电流是从NM的，用左手定的，用左手定则可判定则可判定MN受到向左的安培力，将向左运动，可见选项受到向左的安培力，将向左运动，可见选项A不正确。若不正确。若PQ向右减速运动，流过向右减速运动，流过MN的感应电流方向、的感应电流方向、感应电流所受的安培力的方向均将反向，感应电流所受的安培力的方向均将反向，MN向右运动，所向右运动，所以选项以选项C正确。同理可判断正确。同理可判断B项正确，项正确，D项错误。项错误。 答案答案BC返回返回借题发挥借题发挥解决这类问题的关键是抓住几个

21、定则的因果关系：解决这类问题的关键是抓住几个定则的因果关系：(1)因电而生磁因电而生磁(IB)安培定则；安培定则；(2)因动而生电因动而生电(v、BI感感)右手定则；右手定则；(3)因电而受力因电而受力(I、BF安安)左手定则。左手定则。可概括记忆为可概括记忆为“通电受力用左手，运动生电用右手通电受力用左手，运动生电用右手”。返回返回1如图如图147所示，所示，AB是固定的通电是固定的通电直导线，闭合导直导线，闭合导 线框线框P与与AB在同一平面在同一平面内内，当当P远离远离AB匀速运动时匀速运动时，闭合导线闭合导线框中的感应电流框中的感应电流 ()图图147返回返回A为零为零B大小不变，方向

22、顺时针大小不变，方向顺时针C逐渐增大，方向逆时针逐渐增大，方向逆时针D逐渐减小，方向顺时针逐渐减小，方向顺时针解析：解析：根据直导线电流周围的磁场分布情况，离电流越远根据直导线电流周围的磁场分布情况，离电流越远磁场越弱，线框远离电流匀速运动时，切割磁感线产生的磁场越弱，线框远离电流匀速运动时，切割磁感线产生的电动势越来越小，电流会越来越小；穿过线框的原磁场方电动势越来越小，电流会越来越小；穿过线框的原磁场方向向里且减少，由楞次定律得感应电流的方向为顺时针。向向里且减少，由楞次定律得感应电流的方向为顺时针。选项选项D正确。正确。答案：答案：D返回返回 例例2如图如图148所示，光滑固定所示，光滑

23、固定导轨导轨M、N水平放置，两根导体棒水平放置，两根导体棒P、Q平平行放于导轨上，形成一个闭合回路，当一行放于导轨上，形成一个闭合回路，当一条形磁铁从高处下落接近回路时条形磁铁从高处下落接近回路时 ()图图148返回返回 AP、Q将相互靠拢将相互靠拢 BP、Q将相互远离将相互远离 C磁铁的加速度仍为磁铁的加速度仍为g D磁铁的加速度小于磁铁的加速度小于g 思路点拨思路点拨条形磁铁接近闭合回路时，回路中产生感条形磁铁接近闭合回路时，回路中产生感应电流，判断应电流，判断P、Q所受安培力的方向可以得出其移动方向，所受安培力的方向可以得出其移动方向，根据感应电流的效果总是反抗产生感应电流的原因也可对根

24、据感应电流的效果总是反抗产生感应电流的原因也可对P、Q的运动方向做出判断。的运动方向做出判断。返回返回 解析解析法一：法一：设磁铁下端为设磁铁下端为N极，如极，如图所示，根据楞次定律可判断出图所示，根据楞次定律可判断出P、Q中感中感应电流方向，根据左手定则可判断应电流方向，根据左手定则可判断P、Q所所受安培力的方向，可见受安培力的方向，可见P、Q将相互靠拢，将相互靠拢，由于回路所受安培力的合力向下，由牛顿由于回路所受安培力的合力向下，由牛顿第三定律知磁铁将受到向上的反作用力，从而加速度小于第三定律知磁铁将受到向上的反作用力，从而加速度小于g，当当S极为下端时，可得到同样的结果。极为下端时，可得

25、到同样的结果。返回返回 法二：法二：根据楞次定律的另一种表述根据楞次定律的另一种表述感应电流的感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原因，本题的效果总是要反抗产生感应电流的原因，本题的“原因原因”是是回路中磁通量的增加，归根结底是磁铁靠近回路，回路中磁通量的增加，归根结底是磁铁靠近回路，“效果效果”便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近，所以便是阻碍磁通量的增加和磁铁的靠近，所以P、Q将相互将相互靠近且磁铁的加速度小于靠近且磁铁的加速度小于g。 答案答案AD返回返回 借题发挥借题发挥 应用楞次定律结合左手定则判断感应电流所受安培应用楞次定律结合左手定则判断感应电流所受安培力的方向时，要分析感应电流的

26、具体方向及磁场的分布力的方向时，要分析感应电流的具体方向及磁场的分布情况，而应用楞次定律的第二种表述则不必对感应电流情况，而应用楞次定律的第二种表述则不必对感应电流方向及磁场的分布规律做具体分析。方向及磁场的分布规律做具体分析。返回返回2如图如图149所示，两个相同的轻所示，两个相同的轻 质铝环套在一根水质铝环套在一根水 平光滑绝缘杆上，平光滑绝缘杆上， 当一条形磁铁向左运动靠近两环当一条形磁铁向左运动靠近两环 时，时， 两环的运动情况是两环的运动情况是 ()图图149返回返回A同时向左运动，间距增大同时向左运动，间距增大B同时向左运动，间距减小同时向左运动，间距减小C同时向右运动，间距减小同

27、时向右运动，间距减小D同时向右运动，间距增大同时向右运动，间距增大解析：解析：当条形磁铁向左靠近两环时，两环中的磁通量都增加。当条形磁铁向左靠近两环时，两环中的磁通量都增加。根据楞次定律，两环的运动都要阻碍磁铁相对环的运动，即根据楞次定律，两环的运动都要阻碍磁铁相对环的运动，即阻碍阻碍“靠近靠近”，那么两环都向左运动。又因为两环中的感应电，那么两环都向左运动。又因为两环中的感应电流方向相同，两环相互吸引，因而两环间距离要减小，故选流方向相同，两环相互吸引，因而两环间距离要减小，故选项项B正确。正确。答案：答案：B返回返回 例例3(2011福建高考福建高考)如图如图1410，足够长的，足够长的U

28、型光滑金属导轨平面与型光滑金属导轨平面与水平面成水平面成角角(090)，其中，其中MN与与PQ平行且间距为平行且间距为L，导轨平面与磁感，导轨平面与磁感应强度为应强度为B的匀强磁场垂直，导轨电的匀强磁场垂直，导轨电阻不计。金属棒阻不计。金属棒ab由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始由静止开始沿导轨下滑，并与两导轨始终保持垂直且良好接触，终保持垂直且良好接触，ab棒接入电路的电阻为棒接入电路的电阻为R，当流，当流过过ab棒某一横截面的电量为棒某一横截面的电量为q时，棒的速度大小为时，棒的速度大小为v，则金，则金属棒属棒ab在这一过程中在这一过程中()图图1410返回返回返回返回 思路点拨思路点拨解答本题时应注意以下三点：解答本题时应注意以下三点： (1)金属棒沿导轨下滑时，不是做匀加速直线运动，金属棒沿导轨下滑时，不是做匀加速直线运动，回路中的电流是变化的。回路中的电流是变化的。 (2)电磁感应中流过导体的电荷量要用平均感应电动电磁感应中流过导体的电荷量要用平均感应电动势来计算。势来计算。 (3)金属棒所受安培力最大时，其运动速度也最大。金属棒所受安培力最大时，其运动速度也最大。返回返回答案答案B返回返回 借题发挥借题发挥 解决这类问题的一般思路为：解决这类问题的一般思路为： (1)分析回路，分清电源和外电路。分析回路，分清电源和外电路。