高中物理《電磁感應(yīng)現(xiàn)象和楞次定律》 教案2

111電磁感應(yīng)現(xiàn)象、楞次定律 （習(xí)題課）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)生變化磁通量增加，感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場相反磁通量減少，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ab、由dc，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?，所以感?yīng)磁場方向?yàn)榇怪奔埫嫦蚶铮捎沂侄▌t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)榇怪奔埫嫦蛲猓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。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)?？梢?，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fe。(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，WEK0，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ef，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，W0。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 Ba環(huán)右擺，b環(huán)左擺Ca環(huán)左擺，b環(huán)不動(dòng) Da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 B銅圓環(huán)有擴(kuò)張的趨勢C螺旋形線圈有縮短的趨勢 D螺旋形線圈有伸長的趨勢答案：1C 2C 3D 4、A 5D 6BC 7A 8BD 9D 10C 11、A 12、AD 111