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高中物理 | 4.3楞次定律詳解

 昵稱47813312 2018-09-08


楞次定律


1
磁通量


1.概念:在磁感應強度為B的勻強磁場中,與磁場方向垂直的面積S與B的乘積。


2.公式:Φ=BS。


3.適用條件


(1)勻強磁場。


(2)S為垂直磁場的有效面積。


4.磁通量是標量。


5.物理意義:相當于穿過某一面積的磁感線的條數(shù).如圖所示,矩形abcd、abb′a′、a′b′cd的面積分別為S1、S2、S3,勻強磁場的磁感應強度B與平面a′b′cd垂直,則:


(1)通過矩形abcd的磁通量為BS1cosθ或BS3


(2)通過矩形a′b′cd的磁通量為BS3。


(3)通過矩形abb′a′的磁通量為0。


6.磁通量變化:ΔΦ=Φ2-Φ1。


2
電磁感應現(xiàn)象


1.定義


當穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化時,閉合導體回路中有感應電流產(chǎn)生,這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫做電磁感應。


2.條件


(1)條件:穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。


(2)例如:閉合電路的一部分導體在磁場內(nèi)做切割磁感線的運動。


3.實質(zhì)


產(chǎn)生感應電動勢,如果電路閉合,則有感應電流.如果電路不閉合,則只有感應電動勢而無感應電流。


3
感應電流方向的判定


1.楞次定律


(1)內(nèi)容:感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。


(2)適用范圍:一切電磁感應現(xiàn)象。


2.右手定則


(1)內(nèi)容:如圖,伸開右手,使拇指與其余四個手指垂直并且都與手掌在同一平面內(nèi),讓磁感線從掌心進入,并使拇指指向?qū)Ь€運動的方向,這時四指所指的方向就是感應電流的方向。

(2)適用情況:導線切割磁感線產(chǎn)生感應電流。


用右手定則時應注意


①主要用于閉合回路的一部分導體做切割磁感線運動時,產(chǎn)生的感應電動勢與感應電流的方向判定。


②右手定則僅在導體切割磁感線時使用,應用時要注意磁場方向、運動方向、感應電流方向三者互相垂直。


③當導體的運動方向與磁場方向不垂直時,拇指應指向切割磁感線的分速度方向。


④若形成閉合回路,四指指向感應電流方向;若未形成閉合回路,四指指向高電勢。


⑤“因電而動”用左手定則;“因動而電”用右手定則。


⑥應用時要特別注意:四指指向是電源內(nèi)部電流的方向(負→正).因而也是電勢升高的方向;即:四指指向正極。


導體切割磁感線產(chǎn)生感應電流是磁通量發(fā)生變化引起感應電流的特例,所以判定電流方向的右手定則也是楞次定律的一個特例.用右手定則能判定的,一定也能用楞次定律判定,只是對導體在磁場中切割磁感線而產(chǎn)生感應電流方向的判定用右手定則更為簡便。


電磁感應現(xiàn)象的理解和判斷


常見的產(chǎn)生感應電流的三種情況


感應電流方向的兩種判斷方法


1
用楞次定律判斷

(1)楞次定律中“阻礙”的含義:


(2)應用楞次定律的思路:


2
用右手定則判斷


該方法只適用于切割磁感線產(chǎn)生的感應電流,注意三個要點:

(1)掌心——磁感線垂直穿入;

(2)拇指——指向?qū)w運動的方向;

(3)四指——指向感應電流的方向.


楞次定律推論的應用

楞次定律中“阻礙”的含義可以推廣為:感應電流的效果總是阻礙引起感應電流的原因,列表說明如下:



三定則一定律的應用


安培定則、左手定則、右手定則、楞次定律的應用對比:


楞次定律的理解

(1)楞次定律(判斷感應電流方向):感應電流具有這樣的方向,感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。


 (感應電流的)  磁場  (總是)   阻礙   (引起感應電流的磁通量的) 變化原因產(chǎn)生結(jié)果;結(jié)果阻礙原因。


(2)對“阻礙”的理解   注意“阻礙”不是阻止,這里是阻而未止。阻礙磁通量變化指:


磁通量增加時,阻礙增加(感應電流的磁場和原磁場方向相反,起抵消作用);


磁通量減少時,阻礙減少(感應電流的磁場和原磁場方向一致,起補償作用),簡稱“增反減同”。


(3)楞次定律另一種表達:感應電流的效果總是要阻礙(或反抗)產(chǎn)生感應電流的原因。 (F安方向就起到阻礙的效果作用)


即由電磁感應現(xiàn)象而引起的一些受力、相對運動、磁場變化等都有阻礙原磁通量變化的趨勢。


①阻礙原磁通量的變化或原磁場的變化;


②阻礙相對運動,可理解為“來拒去留”;


③使線圈面積有擴大或縮小的趨勢;        


④阻礙原電流的變化。


楞次定律 磁通量的變化表述:感應電流具有這樣的方向,就是感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。


能量守恒表述:I感的磁場效果總要反抗產(chǎn)生感應電流的原因


①從磁通量變化的角度:感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。


②從導體和磁場的相對運動:導體和磁體發(fā)生相對運動時,感應電流的磁場總是阻礙相對運動。


③從感應電流的磁場和原磁場: 感應電流的磁場總是阻礙原磁場的變化。(增反、減同)


④楞次定律的特例──右手定則


楞次定律的多種表述、應用中常見的兩種情況:一磁場不變,導體回路相對磁場運動;二導體回路不動,磁場發(fā)生變化。


磁通量的變化與相對運動具有等效性:Φ↑相當于導體回路與磁場接近,Φ↓相當于導體回路與磁場遠離。


(4)楞次定律判定感應電流方向的一般步驟基本思路可歸結(jié)為:“一原、二感、三電流”


①明確閉合回路中引起感應電流的原磁場方向如何;


②確定原磁場穿過閉合回路中的磁通量如何變化(是增還是減)


③根據(jù)楞次定律確定感應電流磁場的方向。


④再利用安培定則,根據(jù)感應電流磁場的方向來確定感應電流方向.


注意

①楞次定律是普遍規(guī)律,適用于一切電磁感應現(xiàn)象.“總要”——指無一例外。


②當原磁場的磁通量增加時,感應電流的磁場與原磁場反向;當原磁場的磁通量減小時感應電流的磁場與原磁場方向相同。


③要分清產(chǎn)生感應電流的“原磁場”與感應電流的磁場。


④楞次定律實質(zhì)是能的轉(zhuǎn)化與守恒定律的一種具體表現(xiàn)形式。


習題演練


1. 如圖所示,圓形金屬環(huán)放在水平桌面上,有一帶正電的微粒以水平速度v貼近環(huán)的上表面距環(huán)心d處飛過,則帶電微粒在飛過環(huán)的過程中,環(huán)中感應電流方向是(  )



A.始終是沿順時針方向


B.始終是沿逆時針方向


C.先沿順時針方向,再沿逆時針方向


D.先沿逆時針方向,再沿順時針方向


2. (多選)如圖所示,導線框MNQP近旁有一個跟它在同一豎直平面內(nèi)的矩形線圈abcd,下列說法正確的是(  )



A.當電阻變大時,abcd中有感應電流


B.當電阻變小時,abcd中無感應電流


C.電阻不變,將abcd在其原來所在的平面內(nèi)向PQ靠近時,其中有感應電流


D.電阻不變,將abcd在其原來所在的平面內(nèi)遠離PQ時,其中有感應電流


3.如圖所示,一鋁制導體圓環(huán)豎直固定在水平光滑桿ab上,當把條形磁鐵的N極向左插向圓環(huán)時,圓環(huán)中產(chǎn)生的感應電流方向如何?如果把條形磁鐵從圓環(huán)中向右抽出時,圓環(huán)中產(chǎn)生的感應電流方向又如何呢?



習題解析


1. D 帶電微??拷鼒A環(huán)過程中,穿過圓環(huán)的磁通量方向垂直紙面向里并增加,由楞次定律知,圓環(huán)中將產(chǎn)生逆時針方向的感應電流,當微粒遠離圓環(huán)時,圓環(huán)中產(chǎn)生順時針方向的感應電流。


2. ACD 當電阻變化或abcd靠近、遠離PQ時,穿過abcd的磁通量發(fā)生變化,會產(chǎn)生感應電流。


3.當條形磁鐵的N極向左插向圓環(huán)時,穿過圓環(huán)的磁通量逐漸增加,圓環(huán)產(chǎn)生感應電流。感應電流的磁場要阻礙引起感應電流的磁通量的增加,故感應電流的磁場方向向右,用安培定則可判定感應電流的方向為:從右向左看為逆時針方向。


若條形磁鐵從圓環(huán)中向右抽出時,穿過圓環(huán)的磁通量逐漸減少,圓環(huán)產(chǎn)生感應電流。感應電流的磁場要阻礙引起感應電流的磁通量的減少,感應電流的磁場方向向左,用安培定則可判定感應電流的方向為:從右向左看為順時針方向。


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