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 學習目標: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 學習內(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體做切割磁感線的運動,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:當導體在磁場中切割磁感線的運動時,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,大拇指指向為導體的運動方向,四指指向為感應(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在勻強磁場中向左運動(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:用兩種正確的觀點分析同一事物,結(jié)論應(yīng)該是一致的,除非分析過程有錯。嚴格地講,對于任一個電磁感應(yīng)現(xiàn)象,這兩個原則都適用,且能判斷出一致的結(jié)果。但卻不一定都很方便,例如:右手定則對直導線在磁場中運動這一過程就比較方便。大家在應(yīng)用時對這兩種方法都要達到熟練,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當閉合電路所圍面積的磁通量增加時,感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相反;當閉合電路的磁通量減少時,感應(yīng)電流的磁場方向與原磁場方向相同例1兩平行長直導線都通以相同電流,線圈abcd與導線共面,當它從左到右在兩導線之間移動時,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,當線圈從左往右運動時,穿過它的磁通量先減小,原磁場方向為垂直紙面向里,所以感應(yīng)磁場方向為垂直紙面向里,由右手定則可知,感應(yīng)電流方向為順時針方向; 后來磁通量又逐漸增大,原磁場方向為垂直紙面向外,所以感應(yīng)磁場方向為垂直紙面向里,由右手定則可知,感應(yīng)電流方向為順時針方向。綜上,線圈中感應(yīng)電流的方向始終為順時針方向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,則“我”不讓你增強;“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磁場B中,當磁場的磁感應(yīng)強度突然由B增至2B時,問線圈中感應(yīng)電流的方向。 解:根據(jù)楞次定律,當B突然增至2B時,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)電流的方向是逆時針的。分析:由于磁場增強,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,增加了三條磁感線,那么感應(yīng)電流的磁場要抵銷這個增加,能抵銷三條嗎?不能。只能是“禮輕情義重”3當原磁場和閉合回路之間發(fā)生相對運動時,感應(yīng)電流的磁場總要阻礙它們之間的相對運動。例3如圖所示,一個閉合的輕質(zhì)圓環(huán),穿在一根光滑的水平絕緣桿上,當條形磁鐵的N極自右向左向圓環(huán)中插去時,圓環(huán)將如何運動? 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,磁鐵向左運動,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)向左運動。(方法2)根據(jù)相對運動中的楞次定律,原磁場與圓環(huán)之間有相對運動時,感應(yīng)電流的磁場要阻礙這種相對運動。所以當原磁場相對圓環(huán)向左運動時,為削弱這種影響,圓環(huán)也必須向左運動。可見,抓住楞次定律的本質(zhì),加以靈活運用,會大大簡化問題的分析過程。另外,對這道題,還要注意一個問題:就是圓環(huán)向左運動的速度一定比磁鐵的運動速度小,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。當abcd繞OO軸逆時針轉(zhuǎn)動時(俯視圖),問ABCD如何轉(zhuǎn)動? 解:由圖可見,原磁場是具有電源的線框abcd,原磁場相對閉合回路ABCD逆時針轉(zhuǎn)動,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)相對運動中的楞次定律,感應(yīng)電流的磁場應(yīng)阻礙這種相對運動,所以,ABCD應(yīng)隨著逆時針轉(zhuǎn)動,以削弱原磁場逆時針轉(zhuǎn)動帶來的影響。但ABCD轉(zhuǎn)動的角速度應(yīng)小于原磁場abcd轉(zhuǎn)動的角速度。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孤立的定律,它實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與導軌接觸良好,在外力F的作用下勻速向右運動,分析此過程中能量轉(zhuǎn)化的情況。 解:(1)根據(jù)楞次定律,ef向右運動,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。正是因為安培力與外力方向相反,金屬棒才有可能做勻速運動。其實,(1)和(2)兩條的分析可合并為一條,即,直接使用相對運動中的楞次定律,金屬棒相對原磁場向右運動,為阻礙這種運動帶來的影響,金屬棒必將受到一個向左的力,這就是原磁場對感應(yīng)電流作用的安培力。(3)在ef棒的運動過程中,動能保持不變,根據(jù)動能定理,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動,可見,根本不需消耗任何外界能量,ef的動能和內(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,相當于一個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)又因為感應(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,會和線圈相吸引,那么不需要外力做功,條形磁鐵也會加速向線圈運動同時感應(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:1、如圖所示,在條形磁鐵外面套著一圓環(huán),當圓環(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,長直導線MN的右側(cè)有一矩形線框,它們在同一平面內(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 B線框向下平動C線框以MN為軸轉(zhuǎn)動 D、逐漸增加或減少MN中的電流強度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)電流沿俯視逆時針方向6如圖所示,兩個金屬圓環(huán)在最低點處切斷并分別焊在一起。整個裝置處在垂直紙面向里的勻強磁場中,當磁場均勻增加時:( ) A內(nèi)環(huán)有逆時針方向的感應(yīng)電流B內(nèi)環(huán)有順時針方向的感應(yīng)電流C外環(huán)有逆時針方向的感應(yīng)電流D內(nèi)、外環(huán)都沒有感應(yīng)電流7如圖所示,長直導線所在平面內(nèi)有一矩形線圈,則:( ) A導線中通以向上逐漸減弱的電流時線框內(nèi)感應(yīng)電流如圖并向左運動B導線中通以向下逐漸減弱的電流時線框內(nèi)感應(yīng)電流如圖并向右運動C導線中通以向上逐漸增強的電流時線框內(nèi)感應(yīng)電流如圖并向左運動D導線中通以向下逐漸減弱的電流時線框內(nèi)感應(yīng)電流與圖反向并向右運動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,它將向右運動B先將圓環(huán)固定,通以如圖所示的電流后放開,它將向左運動C突然在導線內(nèi)通以向上的電流,則圓環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流如圖所示,并向左運動D突然在導線內(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,并向右運動9如圖所示,兩個閉合的輕質(zhì)鋁環(huán),穿在一根光滑的絕緣桿上,當條形磁鐵的N極自右向左插入圓環(huán)中時,兩鋁環(huán)的運動是:( ) A、同時向右運動,兩環(huán)間距逐漸增大B同時向右運動,兩環(huán)間距逐漸縮小C同時向左運動,兩環(huán)間距逐漸增大D同時向左運動,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,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 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軌上放兩根金屬棒,當磁鐵豎直向下穿向兩根金屬棒的中央時:( ) 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 D、兩棒的運動情況與磁極的性質(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,當螺旋形線圈中通過的電流I強度減小時,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- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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