48知识讲解 楞次定律和右手定则的应用 基础
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龙文教育学科教师辅导讲义教师:______ 学生:______ 时间:_____年_____月____日____段在选择题中,近两年的理综考试的知识点散布都比较稳定,力学和电学的内容共有四道题,可能是两道力学,两道电学,或是力电综合的题目,而有关电磁学内容的选择题一定会涉及到安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律这些规律的利用,所以咱们务必要弄清楚它们的区别,熟练掌握应用它们的步骤.(1)安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律应用于不同的现象:(2)右手定则与左手定则区别:抓住“因果关系”分析才能无误.“因电而动”——用左手,“力”字的最后一笔向左钩,可以联想到左手定则用来判断安培力!“因动而电”——用右手;“电”字的最后一笔向向右钩,可以联想到右手定则用来判断感应电流方向,(3)楞次定律中的因果关联楞次定律所揭露的电磁感应进程中有两个最大体的因果联系,一是感应磁场与原磁场磁通量转变之间的阻碍与被阻碍的关系,二是感应电流与感应磁场间的产生和被产生的关系.抓住“阻碍”和“产生”这两个因果关联点是应用楞次定律解决物理问题的关键.(4)运用楞次定律处置问题的思路★判断感应电流方向类问题的思路运用楞次定律判定感应电流方向的大体思路可归结为:“一原、二感、三电流”,即为:①明确原磁场:弄清原磁场的方向及磁通量的转变情况.②肯定感应磁场:即按照楞次定律中的"阻碍"原则,结合原磁场磁通量转变情况,肯定出感应电流产生的感应磁场的方向:原磁通量增加,则感应磁场与原磁场方向相反;原磁通量减少,则感应磁场与原磁场方向相同——“增反减同”.③判定电流方向:即按照感应磁场的方向,运用安培定则判断出感应电流方向.(见例1)★判断闭合电路(或电路中可动部份导体)相对运动类问题的分析策略在电磁感应问题中,有一类综合性较强的分析判断类问题,主要讲的是磁场中的闭合电路在必然条件下产生了感应电流,而此电流又处于磁场中,受到安培力作用,从而使闭合电路或电路中可动部份的导体发生了运动. 对其运动趋势的分析判断可有两种思路:①常规法:据原磁场(B 原方向及ΔΦ情况)肯定感应磁场(B 感方向)−−−−→−安培定则判断感应电流(I 感方向)−−−−→−左手定则导体受力及运动趋势.②效果法由楞次定律可知,感应电流的“效果”老是阻碍引发感应电流的“原因”,深刻理解“阻碍”的含义.据"阻碍"原则,可直接对运动趋势做出判断,更简捷、迅速.★判断自感电动势的方向类问题感应电流的效果老是阻碍原电流转变(自感现象)——当自感线圈的电流增大时,感应电流阻碍“原电流”的增大,所以感应电流与原电流的方向相反;当自感线圈的电流减小时,感应电流阻碍“原电流”的减小,则感应电流与原电流的方向相同!判断感应电动势的思路为:据原电流(I 原方向及I 原的转变情况)肯定感应电流I 感的方向(“增反减同”) −−−−−−−−−−−→−出电流从电动势的正极流判断感应电动势的方向解题范例:例1(1996年全国,3)一平面线圈用细杆悬于P 点,开始时细杆处于水平位置,释放后让它在如图16-3所示的匀强磁场中运动,已知线圈平面始终与纸面垂直,当线圈第一次通过位置Ⅰ和位置Ⅱ时,顺着磁场的方向看去,线圈中的感应电流的方向别离为( )A .逆时针方向;逆时针方向B .逆时针方向;顺时针方向C .顺时针方向;顺时针方向D .顺时针方向;逆时针方向解析:考查对楞次定律的理解应用能力及逻辑推理能力,要求有较强的空间想象能力!线圈第一次通过位置Ⅰ时,穿过线圈的磁通量增加,由楞次定律“增反减同”原则,线圈中感应电流的磁场方向向左,按照右手定则,顺着磁场看去,感应电流的方向为逆时针方向.当线圈第一次通过位置Ⅱ时,穿过线圈的磁通量减小,由楞次定律“增反减同”原则,线圈中感应电流的磁场方向向右,可判断出感应电流为顺时针方向,故选项B 正确.领悟:依照“一原、二感、三电流”的步骤进行思考,同时注意“还原”线圈、磁场和感应电流方向的空间位置关系!假想你自己身处在磁场当中,视线与磁感线同向,线圈就在你的眼前运动!——这就是空间想像能力了!例2 如图16-4甲所示,通电螺线管与电源相连,与螺线管同一轴线上套有三个轻质闭合铝环,b 在螺线管中央,a 在螺线管左端,c 在螺线管右端.当开关S 闭合时,若忽略三个环中感应电流的彼此作用,则( )A .a 向左运动,c 向右运动,b 不动B .a 向右运动,c 向左运动,b 不动C .a 、b 、c 都向左运动图16-3D .a 、b 、c 都向右运动解析:此题是楞次定律、安培定则、左手定则的综合应用问题,要擅长查找现象间的因果关系,即感应磁场与原磁通量转变之间的阻碍与被阻碍关系;感应电流与感应磁场间的产生和被产生的关系;只有找到先行现象和后继现象间的关联点,才能顺利的做出推理判断.首先应弄清楚,当开关S 闭合时,由通电螺线管的电流所产生的磁场在铝环a 、b 、c 中的磁通量转变情况. 按照安培定则可知,通电后,该螺线管的磁场等效为一个N 极在左、S 极在右的条形磁铁的磁场(如图16-4乙所示),当开关S 闭合时,向左通过各铝环的磁通量(为合磁通,如图1所示. 螺线管内部的磁感线最密,方向向左;螺线管外面的磁感线疏,方向向右,所以合磁通向左)突然增大.然后,由于向左通过各铝环的磁通量突然增大,按照楞次定律“增反减同”原则可知,各铝环的感应磁场方向必然与螺线管的磁场方向相反而向右.接着,运用安培定则可肯定,各铝环的感应电流方向如图16-4乙所示,从左向右看均为顺时针方向.最后,按照图16-4丙所提供的感应电流和原磁场的散布情况,运用左手定则可判定a 、b 、c 三个铝环所受的安培力别离如图16-4丙所示,于是a 受安培力F a 作用,向左运动,c 环受安培力F c 作用,向右运动,而由b 环受力的对称性可知,b 环所受的安培力F b 合力为零,b 环仍然静止. 因此正确答案为选项A.领悟:①左手定则、右手螺旋定则(即安培定则)、右手定则和楞次定律的应用是高考必需掌握的,像这道题就考查了其中的三个,要求能够熟练掌握并能够综合应用这些定则!特别是楞次定律的应用,要注意步骤和方式!例3 如图2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,磁铁与线圈彼此吸引B .线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同,磁铁与线圈彼此排斥 C. 线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反,磁铁与线圈彼此吸引D .线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相反,磁铁与线圈彼此排斥解析:解法一:依照“一原、二感、三电流”的步骤:首先,线圈中的原磁场方向向下,磁铁N 极靠近,故线圈的磁通量增加;然后,按照楞次定律,感应磁场要“阻碍”原磁通量的增加,所以感应磁场的方向向上! 最后,用安培定则,可以判断感应电流的方向与图中的箭头方向相同.把产生感应电流后的螺线管等效为一个条形磁铁,其N 极与条形磁铁的N 极相对,所以磁铁与线圈彼此排斥!所以B 选项正确.解法二:按照楞次定律可知,感应电流的“效果”老是阻碍引发感应电流的“原因”,原因是条形磁铁的靠近,线圈产生感应电流后,其效果是阻碍线圈的靠近!所以它们之间是彼此排斥的关系.由此又可以知道线圈可以等效为一个条形磁铁,且其上端为N 极,与上面的磁铁N 极相对,再由安培定则就可以够判断出感应电流的方向与图中箭头的方向相同.领悟:准确理解楞次定律中“阻碍”的含义,按照“效果”阻碍“原因”的结论,能够快速解决闭合回路或磁铁相对运动的问题!领悟:考查右手定则和图象的应用能力,同时注意求导体棒有效切割长度的方式!例4一直升飞机停在南半球的地磁极上空. 该处地磁场的方向竖直向上,磁感应强度为B . 直升飞机螺旋桨叶片的长度为l ,螺旋桨转动的频率为f ,顺着地磁场图1 SN图 2的方向看螺旋桨,螺旋桨按顺时针方向转动. 螺旋桨叶片的近轴端为a ,远轴端为b ,如图所示. 若是忽略a 到转轴中心线的距离,用ε表示每一个叶片中的感应电动势,则( )A .ε=πfl 2B ,且a 点电势低于b 点电势B .ε=2πfl 2B ,且a 点电势低于b 点电势C .ε=πfl 2B ,且a 点电势高于b 点电势D .ε=2πfl 2B ,且a 点电势高于b 点电势解析:扇叶转动切割磁感线产生感应电动势,按照转动切割模型有:20l Bl E ω+=,f 2πω=, 每一个扇叶上的电动势为:ε=πfl 2B顺着地磁场的方向看螺旋桨,螺旋桨按顺时针方向转动(类比于咱们抬头看天花板上的吊扇,吊扇的扇叶在按顺时针方向转动!)假想扇叶中有感应电流(实际上没有,因为没有形成闭合回路),按照右手定则,可以判断出感应电流的方向为:a →b.将每片扇叶等效为一电源,按照“电流由电源的正极流出”,可知b 为感应电动势的正极,a 为感应电动势的负极,所以a 点电势低于b 点电势!故A 选项正确!领悟:①要擅长把题目描述的物理情景进行还原,尽可能发挥你的空间想像能力,然后利用咱们熟悉的模型与之类比,对照,就可以够找出解题的相关知识!在电磁感应中判断电势高低,咱们通常采用的方式就是把等效为电源,然后按照“电流由电源的正极流出”来肯定各点电势的高低!②熟记导体棒转动切割模型!例5 图3中两条平行虚线之间存在匀强磁场,虚线间的距离为l ,磁场方向垂直纸面向里. abcd 是位于纸面内的梯形线圈, ad 与bc 间的距离也为l . t=0时刻,bc 边与磁场区域边界重合(如图). 现令线圈以恒定的速度v 沿垂直于磁场区域边界的方向穿过磁场区域. 取沿a →b →c →d →a 的感应电流为正,则在线圈穿越磁场区域的进程中,感应电流I 随时间t 转变的图线可能是( )解析:线框进入磁场的进程中,切割磁感线的导体棒的有效长度逐渐增大(如图4):E =Blv ,故感应电流逐渐增大,按照右手定则知,感应电流的方向为a →d →c →b →a ,与规定的正方向相反.线框穿出磁场的进程中,切割磁感线的导体棒的有效长度仍然是逐渐增大的(如题5) :E =Bl ′v ,故感应电流逐渐增大,由右手定则知感应电流的方向为:a →b →c →d →a ,与规定的正方向相同.综上所述,选项B的图象正确!领悟:高考超级强调对图象的理解和应用能力,所以图象每一年必考,咱们要能够熟练的运用图象语言去表达各类不同的物理规律:如v-t图象、s-t图象、F-t图象、F-a图象、U-I图象等.针对性训练:1.(2004年全国卷Ⅳ,15)如图10-4所示,在x≤0的区域内存在匀强磁场,磁场的方向垂直于xy平面(纸面)向里.具有必然电阻的矩形线框abcd位于xy平面内,线框的ab 边与y轴重合.令线框从t= O的时刻起由静止开始沿x轴正方向做匀加速运动,则线框中的感应电流I(取逆时针方向的电流为正)随时间t的转变图线I-t图可能是图10-5中的哪个( )2. (2002年新课程,20)图10-12中MN、GH为平行导轨,AB、CD为跨在导轨上的两根横杆,导轨和横杆均为导体.有匀强磁场垂直于导轨所在平面,方向如图.用I表示回路中的电流( )A.当AB不动而CD向右滑动时,I≠O且沿顺时针方向B.当AB 向左、CD向右滑动且速度大小相等时,I=OC.当AB、CD 都向右滑动且速度大小相等时,I=OD.当AB、CD都向右滑动,且AB 速度大于CD时,I≠O且沿逆时针方向3.如图所示,内壁滑腻的塑料管弯成的圆环平放在水平桌面上,环内有一带负电小球,整个装置处于竖直向下的磁场中,当磁场突然增大时,小球将A.沿顺时针方向运动 B.沿逆时针方向运动C.在原位置周围往复运动D.仍然维持静止状态4.如图所示,是氢原子中电子绕核做快速的圆周运动(设为逆时针)的示用意,电子绕核运动,可以等效为环形电流,设此环形电流在通过圆面并垂直于圆面的轴线上某一点P处产生的磁感强度的大小为B1,此刻沿垂直于圆轨平面的方向加一磁感强度为B0的外磁场,这时电子轨道半径没有变,而它的速度发生了转变,若用B2表示此时环形电流在P点产生的磁感强度的大小,则当B0的方向A.垂直于纸面向里时,B2>B1B.垂直于纸面向里时,B2<B1C.垂直于纸面向外时,B2<B1D.条件不明,无法判定5.如图甲所示,abcd为导体做成的框架,其平面与水平面成θ角. 质量为m的导体棒PQ与ad、bc接触良好,回路的总电阻为R. 整个装置放在垂直于框架平面的转变磁场中,磁场的磁感应强度B随时间t转变情况如图乙所示(设图甲图4中B的方向为正方向). 若PQ始终静止,关于PQ与框架间的摩擦力在0~t1时间内的转变情况,有如下判断:①一直增大;②一直减小;③先减小后增大;④先增大后减小. 以上对摩擦力转变情况的判断可能的是()A.①④B.①③C.②③D.②④6.在水平放置的滑腻绝缘杆ab上,挂在两个金属环M和N,两环套在一个通电密绕长螺线管的中部,如图所示,螺线管中部区域的管外磁场可以忽略;当变阻器的滑动接头向左移动时,两环将如何运动()A.两环一路向左移动B.两环一路向右移动C.两环彼此靠近D.两环彼此离开7.如图所示,电路中除电阻R外,其余电阻均不计,足够长的导电轨道水平放置且滑腻,金属棒MN水平放在导轨上,磁场方向如图所示,当开关S闭合后,下列关于能量转化的描述正确的是()A.电源输出的能量等于MN所取得的动能B.导体MN从开始到运动稳定,电源输出的能量等于,电阻R所产生的热量C.导体MN运动稳定后,电源再也不输出能量D.导体MN运动稳定后,电源输出的能量等于导体MN的动能和电阻R产生的热量之和8.如图,MN和PQ为两滑腻的电阻不计的水平金属导轨,N、Q接理想变压器,理想变压器的输出端接电阻元件R、电感元件L、电容元件c。
电磁感应现象、楞次定律一、电磁感应现象的判断1.常见的产生感应电流的三种情况2.判断电路中能否产生感应电流的一般流程二、楞次定律和右手定则1.楞次定律及应用2.右手定则的理解和应用(1)右手定则适用于闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。
(2)右手定则是楞次定律的一种特殊形式,用右手定则能解决的问题,用楞次定律均可代替解决。
(3)右手定则应用“三注意”:①磁感线必须垂直穿入掌心。
②拇指指向导体运动的方向。
③四指所指的方向为感应电流方向。
内容 例 证 阻碍原磁通量变化——“增反减同”阻碍相对运动——“来拒去留”使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”三、针对练习1、如图所示,无限长通电直导线与右侧的矩形导线圈ABCD 在同一平面内,线圈的AB 边与直导线平行。
现用外力使线圈向直导线靠近且始终保持AB 边与直导线平行,在AB 边靠近直导线的过程中,下列说法正确的是( )A .线圈内产生的感应电流方向是ADCBAB .直导线对AB 边和CD 边的安培力等大反向C .直导线对AD 边和BC 边的安培力等大反向D .在线圈ABCD 内部的区域的磁场方向为垂直线圈所在平面向外2、(多选)近几年,许多品牌手机推出无线充电功能,最方便的应用场景之一,是在家用汽车上实现手机无线充电。
如图所示为手机无线充电的工作原理示意图,其主要部件为汽车充电基座内的送电线圈和手机中的受电线圈,若在充电基座内的输电线圈中通入方向由b经线圈到a,且正在变大的电流,在手机受电线圈中接一个电阻,则()A.受电线圈中,通过电阻的电流方向由c到dB.受电线圈中,通过电阻的电流方向由d到cC.受电线圈与送电线圈相互吸引D.受电线圈与送电线圈相互排斥3、(多选)如图甲所示,导体棒ab、cd均可在各自的导轨上无摩擦地滑动,导轨电阻不计,磁场的磁感应强度B1、B2的方向如图所示,大小随时间变化的情况如图乙所示,在0~t1时间内()A.若ab不动,则ab、cd中均无感应电流B.若ab不动,则ab中有恒定的感应电流,但cd中无感应电流C.若ab向右匀速运动,则ab中一定有从b到a的感应电流,cd向左运动D.若ab向左匀速运动,则ab中一定有从a到b的感应电流,cd向右运动4、(多选)荡秋千是一项同学们喜欢的体育活动。
楞次定律和右手定则的应用【学习目标】1.实验探究获得感应电流方向的决定因素,能熟练地运用楞次定律以及右手定则判断感应电流的方向。
2.深入理解楞次定律的意义,能够利用它判断感应电流产生的力学效果。
【要点梳理】要点一、楞次定律的得出要点二、楞次定律的内容感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场..引起感应电流的磁通量的变化..。
..总要阻碍要点诠释:(1)定律中的因果关系。
闭合电路中磁通量的变化是产生感应电流的原因,而结果是出现了感应电流的磁场。
(2)楞次定律符合能量守恒定律。
感应电流的磁场在阻碍磁通量变化或阻碍磁体和螺线管(课本实验)间的相对运动的过程中,机械能转化成了电能。
楞次定律中的“阻碍”正是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。
(3)楞次定律中两磁场间的关系。
闭合电路中有两个磁场,一是引起感应电流的磁场,即原磁场;二是感应电流的磁场。
当引起感应电流的磁通量(原磁通量)要增加时,感应电流的磁场要阻碍它的增加,两个磁场方向相反;原磁通量要减少时,感应电流的磁场阻碍它的减少,两个磁场方向相同。
(4)正确理解“阻碍”的含义。
感应电流的磁场阻碍的是引起感应电流的原因——原磁场磁通量的变化,而不是阻碍原磁场,也不是阻碍原磁场的磁通量。
“阻碍”的具体表现是:当原磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相反,当原磁通量减少时,两磁场方向相同。
阻碍不等于阻止,其作用是使磁通量增加或减少变慢,但磁通量仍会增加或减少。
要点三、楞次定律的应用应用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤是:(1)明确所研究的闭合电路,判断原磁场的方向......;(2)判断闭合电路内原磁场的磁通量的变化..........情况;(3)由楞次定律判断感应电流的磁场方向.........;(4)由安培定则根据感应电流的磁场方向,判断出感应电流的方向.......。
以上步骤可概括为四句话:“明确增减和方向,增反减同切莫忘,安培定则来判断,四指环绕是流向。
论述电磁感应楞次定律和右手定则的应用楞次定律有两种常用的表述形式,第一种是“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”,它反映了感应电流的方向应遵循的规律;第二种是“感应电流产生的效果总是要阻碍引起感应电流的原因”,它反映了感应电流产生的某种作用力的效果。
第一种表述应用楞次定律的关键是抓住“感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量变化”,主要意思就是“引起感应电流的磁通量增大时,感应电流的磁场应和引起感应电流的磁场反向;引起感应电流的磁通量减小时,感应电流的磁场应和引起感应电流的磁场同向”。
此种表述可总结为四个字“增反减同”。
第二种表述关键是先找出引起感应电流的原因(如磁通量变化、相对运动等),再来从力的角度确定阻碍方式(如阻碍磁通量变化,阻碍相对运动等)。
可总结为“来拒去留”。
下面就通过两个典型的题目来剖析楞次定律和右手定则。
例1:在下图图1中,一导体环被一绝缘细丝线悬挂在空中,在螺线管附近正对螺线管放置,螺线管绕线两端铜丝分别和两光滑平行金属导轨相连。
另一导体MN 与导轨接触良好,整个导轨处于垂直向里的匀强磁场中。
若导体环中产生了从右向左看是顺时针的电流。
则导体MN可能的运动情况是()A、向右加速运动B、向右减速运动C、向左加速运动D、向左减速运动分析:由于在导体环中产生的电流方向是顺时针(从右向左)。
故可由安培定则可知导体环内部的感应磁场的磁感线方向是从右向左穿过导体环。
而螺线管产生的磁场穿过导体环的方向有两种情况:(1)若螺线管产生的磁场穿过导体环的方向也是从右向左,则说明穿过导体环的原磁通量是减少的,即螺线管产生的磁场是减弱的,从而说明了两个问题一是螺线管中的电流方向或导体MN中的电流方向是从N到M,由右手定则可知导体MN向右运动。
二是导体MN中的感应电流是减弱的,可由I=E/R,E=Blv知导体MN做减速运动。
即选项B是可能的。
(2)若螺线管产生的磁场穿过导体环的方向是从左向右,则说明穿过导体环的原磁通量是增加的,即螺线管产生的磁场是增强的,从而也说明了两个问题一是由安培定则可知螺线管中的电流方向或导体MN中的电流方向是从M到N,由右手定则可知导体MN向左运动。
专题十三楞次定律和右手定则基本知识点1.楞次内容:感应电流具有这样的方向,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.2.阻碍的含义:谁在阻碍“感应电流的磁场”在阻碍.阻碍什么阻碍的是“引起感应电流的磁场的磁通量的变化”,而不是阻碍的引起感应电流的磁场、也不是阻碍的引起感应电流的磁通量.如何阻碍磁通量增加时,阻碍其增加,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,起抵消作用;磁通量减少时,阻碍其减少,感应电流的磁场与原磁场方向一致,起补偿作用.为何阻碍(原)磁场的磁通量发生了变化.是否阻止“阻碍”不是“阻止”,只是延缓了磁通量变化的快慢,但这种变化仍继续进行,最终结果不受影响.3.右手定则:伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。
如图所示。
例题分析一、楞次定律的理解例1关于楞次定律,下列说法正确的是()A.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B.闭合电路的一部分导体在磁场中运动时,必受磁场阻碍作用C.原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场同向D.感应电流的磁场总是跟原磁场反向,阻碍原磁场的变化(对应训练一)如图所示为一种早期发电机原理示意图,该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成,两磁极相对于线圈平面对称,在磁极绕转轴匀速转动过程中,磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧XOY运动(O是线圈中心),则()A.从X到O,电流由E经G流向F,先增大再减小B.从X到O,电流由F经G流向E,先减小再增大C.从O到Y,电流由F经G流向E,先减小再增大D.从O到Y,电流由E经G流向F,先增大再减小(对应训练二)关于感应电流,以下说法中正确的是()A.感应电流的方向总是与原电流的方向相反B.感应电流的方向总是与原电流的方向相同C.感应电流的磁场总是阻碍闭合电路内原磁场的磁通量的变化D.感应电流的磁场总是与原线圈内的磁场方向相反二、楞次定律的应用例2电阻R、电容C与一线圈连成闭合电路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N极朝下,如图所示。
§4楞次定律和右手定则本周主要有两个知识点,一个是楞次定律,另外一个是右手定则,这里要求我们熟练的应用所学的知识,来解决电学和磁场里面碰到的相关问题。
请同学们认真的看我们的重难点知识讲解和例题,仔细处理后面的练习,会有比较好的效果。
二、重难点知识讲解一、感应电流的产生条件1、电磁感应:利用磁场产生电流的现象叫电磁感应,产生的电流叫感应电流2、产生条件:不管是闭合回路的一部分导体做切割磁感线的运动,还是闭合回路中的磁场发生变化,穿过闭合回路的磁感线的条数都发生了变化,回路中的磁通量发生了变化,回路中就有感应电流产生。
磁通量增加,感应电流的磁场方向与原磁场相反磁通量减小,感应电流的磁场方向与原磁场相同二、判断感应电流方向的原则1、楞次定律俄国物理学家楞次在总结了大量电磁感应实验结果的基础上,发现并提出了关于感应电流方向的规律:感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
这就是楞次定律(Lenz law)。
楞次定律还可以这样理解:当磁铁的N极移近导体线圈的上端时,由感应电流激发的磁场使线圈的上端也是N极,因为同名磁极相互排斥,所以阻碍磁铁相对线圈向下的运动;而当磁铁的N极离开导体线圈时,由感应电流激发的磁场使线圈的上端是S极,因为异名磁极相互吸引,所以阻碍磁铁相对线圈向上的运动。
也就是说,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。
另外,从能量转化和守恒的角度来看,把磁体移近线圈时,外力要克服磁体和线圈之间的排斥力做功,使外界其他形式的能量转化为电能;磁体离开线圈时,外力则要克服磁体和线圈之间的吸引力做功,也使外界其他形式的能量转化为电能。
在这两种情况下,总能量是守恒的。
如图(a)所示,矩形线框abcd的平面跟磁场垂直,设整个线框的等效电阻为R。
当线框的ab边在da、cb两条平行边上向右滑动时,ab边中感应电流的方向怎样?如果把ab边看成一个电源,a、b两端哪一端相当于电源的正极?解:已知原磁场的方向垂直于纸面向内[图(a)];当ab边向右滑动时,穿过闭合电路abcd的磁通量增加[图(b)];根据楞次定律可知,线框abcd中产生的感应电流的磁场要阻碍该闭合电路中磁通量的增加,因此在矩形线框内感应电流的磁场方向应与原磁场方向相反,即垂直于纸面向外[图2-10(c)];运用安培定则可以判定,感应电流沿b→a→d→c方向流动时,才能激发出方向垂直于纸面向外的磁场,所以ab边中感应电流的方向应该是从b流向a。
) 图9-1-12 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 .向左减速运动.向左减速运动[做题有感]说实话蝇老师学了这么多年物理了,说实话蝇老师学了这么多年物理了,当拿到这道题时觉得:当拿到这道题时觉得:哎这种题简单,比什么分析电路电学实验动量定理结合动能定理外加能量守恒定律的题顺眼多了。
然后也不拿笔读了半天题,结果不得不承认图样图森破,结果不得不承认图样图森破,这这这跨度太大我脑补不来啊,这这这跨度太大我脑补不来啊,这这这跨度太大我脑补不来啊,最后还是乖乖拿笔去捯最后还是乖乖拿笔去捯饬。
[解析] 选BC 这道题用逆推思路比较简单,首先还是分析物理模型:MN 向右运动,说明MN 受到向右的力,因为通电导线ab 在MN 处存在垂直纸面向里磁场,那么MN 在周围不变化的磁场中只能受到的是向右安培力围不变化的磁场中只能受到的是向右安培力,,通过左手定则判断MN 中有感应电流由M →N ,为什么会有电流,是因为L 1中原本存在变化的磁场,由感应电流M →N 用右手螺旋定则得出L 1中感应电流的磁场方向向上阻碍原本的磁场变化,那么L 1中原本的磁场必然是向上减弱或是向下增强,得出L 2中磁场也是向上减弱或向下增强,最后一步,L 2中为什么会有磁场,因为L 2中有电流,为什么有电流,是因为PQ 运动导致PQ 与L 2组成的回路中磁通量有变化,那么若L 2中磁场方向向上减弱中磁场方向向上减弱,,那么电流也减弱,逆用右手螺旋定则判断出L 2与PQ 中电流为Q →P 且减小且减小,,由楞次定律或右手定则判断PQ 向右减速运动;若L 2中磁场方向向下增强向向下增强,,PQ 中电流为P →Q 且增大且增大,,PQ 向左加速运动。
[规律总结] 应用左手定则和右手定则的注意事项(1)右手定则与左手定则的区别:抓住“因果关系”才能无误,“因动而电”——用右手;“因电而动”——用左手。
楞次定律和右手定则的应用【学习目标】1.实验探究获得感应电流方向的决定因素,能熟练地运用楞次定律以及右手定则判断感应电流的方向。
2.深入理解楞次定律的意义,能够利用它判断感应电流产生的力学效果。
【要点梳理】要点一、楞次定律的得出要点二、楞次定律的内容感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场..引起感应电流的磁通量的变化..。
..总要阻碍要点诠释:(1)定律中的因果关系。
闭合电路中磁通量的变化是产生感应电流的原因,而结果是出现了感应电流的磁场。
(2)楞次定律符合能量守恒定律。
感应电流的磁场在阻碍磁通量变化或阻碍磁体和螺线管(课本实验)间的相对运动的过程中,机械能转化成了电能。
楞次定律中的“阻碍”正是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。
(3)楞次定律中两磁场间的关系。
闭合电路中有两个磁场,一是引起感应电流的磁场,即原磁场;二是感应电流的磁场。
当引起感应电流的磁通量(原磁通量)要增加时,感应电流的磁场要阻碍它的增加,两个磁场方向相反;原磁通量要减少时,感应电流的磁场阻碍它的减少,两个磁场方向相同。
(4)正确理解“阻碍”的含义。
感应电流的磁场阻碍的是引起感应电流的原因——原磁场磁通量的变化,而不是阻碍原磁场,也不是阻碍原磁场的磁通量。
“阻碍”的具体表现是:当原磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相反,当原磁通量减少时,两磁场方向相同。
阻碍不等于阻止,其作用是使磁通量增加或减少变慢,但磁通量仍会增加或减少。
要点三、楞次定律的应用应用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤是:(1)明确所研究的闭合电路,判断原磁场的方向......;(2)判断闭合电路内原磁场的磁通量的变化..........情况;(3)由楞次定律判断感应电流的磁场方向.........;(4)由安培定则根据感应电流的磁场方向,判断出感应电流的方向.......。
以上步骤可概括为四句话:“明确增减和方向,增反减同切莫忘,安培定则来判断,四指环绕是流向。
”要点四、右手定则1.内容:伸出右手,让大拇指跟其余四指垂直,并且都跟手掌在同一平面内,让磁感线从手心垂直进入,并使拇指指向导体运动方向,这时其余四指所指方向就是感应电流的方向。
2.适用范围:适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的情况,它是楞次定律的一种特殊情况。
要点五、楞次定律的另一种表述感应电流的效果总是要阻碍产生感应电流的原因,常见有以下四种表现:(1)就磁通量而言,总是阻碍引起感应电流的磁通量(原磁通量)的变化。
(2)就相对运动而言,阻碍导体间的相对运动,简称口诀:“来拒去留”。
(3)就闭合电路的面积而言,致使电路的面积有收缩或扩张的趋势。
收缩或扩张是为了阻碍电路磁通量的变化。
若穿过闭合电路的磁感线都朝同一方向,则磁通量增大时,面积有收缩趋势,磁通量减少时,面积有增大趋势,简称口诀:“增缩减扩”。
(4)就电流而言,感应电流阻碍原电流的变化,即原电流增大时,感应电流方向与原电流方向相反;原电流减小时,感应电流方向与原电流方向相同,简称口诀:“增反减同。
”要点六、楞次定律与能量守恒电磁感应现象中,感应电流的能量(电能)不是凭空产生的,而是从其他形式的能量转化来的,如图所示,当条形磁铁靠近线圈时,线圈中产生图示方向的电流,而这个感应电流对条形磁铁产生斥力,阻碍条形磁铁的靠近,必须有外力克服这个斥力做功,它才能移近线圈;当条形磁铁离开线圈时,感应电流方向与图中所示方向相反,感应电流对磁铁产生吸引力,阻碍条形磁铁的离开。
这里外力做功的过程就是其他形式的能转化为电能的过程。
由此可见,当导体在磁场中运动时,导体中由于出现感应电流而受到的磁场力必然阻碍此导体的相对运动。
所以楞次定律还可以表述为:当磁体间因相对运动产生感应电流时,感应电流的磁场总是阻碍导体间的相对运动。
综上所述,楞次定律是符合能量守恒定律的。
要点七、楞次定律与右手定则的关系楞次定律右手定则研究对象整个闭合电路闭合电路的一部分适用范围磁通量变化引起感应电流的各种情况一段导线在磁场中做切割磁感线运动关系右手定则是楞次定律的特殊情况要点诠释:1)右手定则仅适用于导体切割磁感线而产生的感应电流方向的判断2)右手定则和楞次定律的一致性:这主要体现在以下两个方面:第一,从电磁感应的过程来看,电磁感应现象的是指使通过外力做功,将其他形式的能量转化为电能的过程,因而右手定则和楞次定律都是遵守能量的转化和守恒制约的必然结果;第二,从电磁感应现象产生的结果所起的作用来看,总是跟引起电磁感应的原因相对抗的,这就是右手定则和楞次定律的共同内涵。
3)研究对象和适用范围的不同:右手定则研究的是切割磁感线的局部导体,而楞次定律得研究对象是磁通量发生变化的整个闭合回路。
导体不切割时,只能用楞次定律。
要点八、右手定则与左手定则的比较比较项目左手定则右手定则应用磁场对运动电荷、对电流作用力方向判断因导体切割磁感线而产生的感应电流方向的判断物理量方向间关系磁场方向、电流方向(电荷运动方向)、安培力(洛伦兹力)方向磁场方向、导体切割磁感线方向、感应电流方向图例因果关系电流→运动运动→电流应用实例电动机发电机要点诠释:(1)左手定则和右手定则很容易混淆,为了便于区分,可把两定则简单地总结为“通电受力用左手,运动生电用右手”。
(2)用手判断方向时,首先确定伸出的手应是左手还是右手,分清左、右手是不出错的关键。
要点九、感应电动势方向的判断方法(1)存在感应电动势的那部分导体相当于电源,在电源内部的电流方向与电动势方向相同。
(2)由楞次定律判断出的感应电流方向就是感应电动势的方向。
(3)当电路不闭合时,只要磁通量发生变化或部分导体切割磁感线,则必有感应电动势,此时可假设电路闭合,感应电动势的方向用楞次定律判定,或直接用右手定则判定。
【典型例题】类型一、理解楞次定律例1.根据楞次定律可知感应电流的磁场一定()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【答案】C【解析】本题考查楞次定律的理解,关键是真正理解楞次定律的内涵和外延。
感应电流的磁场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。
故选C。
【总结升华】“阻碍”的对象是引起感应电流的磁通量的变化。
类型二、用楞次定律判断感应电流的方向例2.(2014 苏北联考)如图所示,一条形磁铁从左向右匀速穿过线圈,当磁铁经过A、B两位置时,线圈中()A.感应电流方向相同,感应电流所受作用力的方向相同B.感应电流方向相反,感应电流所受作用力的方向相反C.感应电流方向相反,感应电流所受作用力的方向相同D.感应电流方向相同,感应电流所受作用力的方向相反【答案】C【解析】当磁铁经过A位置时,线圈中磁通量增大,由楞次定律可知,线圈中感应电流从左向右看为顺时针方向;当磁铁经过B位置时,线圈中磁通量减小,由楞次定律可知,线圈中感应电流从左向右看为逆时针方向,感应电流所受作用力的方向相同,选项A、B、D错误,C正确。
举一反三【高清课堂:楞次定律和右手定则的应用例1】【变式1】如图所示,P为一个闭合的金属弹簧圆圈,在它的中间插有一根条形磁铁,现在用力从四周拉弹簧圆圈,使圆圈的面积增大,从上向下看()A.穿过弹簧圆圈面的磁通量减少,弹簧圆中有逆时针方向的感应电流B.穿过弹簧圆圈面的磁通量增加,弹簧圆中有逆时针方向的感应电流C.穿过弹簧圆圈面的磁通量减少,弹簧圆中有顺时针方向的感应电流D.穿过弹簧圆圈面的磁通量增加,弹簧圆中有顺时针方向的感应电流【答案】A【解析】如图,从上向下看。
穿过弹簧圆圈面的磁通量为弹簧圆圈内条形磁铁内部、条形磁铁外部磁通量的和,用力从四周拉弹簧圆圈,使圆圈的面积增大,则弹簧圆圈内条形磁铁外部磁通量增加,而条形磁铁内部磁通量不变,总磁通量在减少。
由楞次定律可知:弹簧圆中有逆时针方向的感应电流。
所以A选项正确。
【高清课堂:楞次定律和右手定则的应用例10】【变式2】如图所示,螺线管置于闭合金属圆环A的轴线上,当B中通过的电流减小时( )A、环A有缩小的趋势B、环A有扩张的趋势C、螺线管B有缩短的趋势D、螺线管B有伸长的趋势【答案】AD【高清课堂:楞次定律和右手定则的应用例2】【变式3】如图所示,当条形磁铁作下列运动时,线圈中的感应电流方向应是(从左往右看)( )A、磁铁靠近线圈时,电流的方向是逆时针的B、磁铁靠近线圈时,电流的方向是顺时针的C、磁铁向上平动时,电流的方向是逆时针的D、磁铁向上平动时,电流的方向是顺时针的【答案】BC例3.如图所示,MN为一根固定的通有恒定电流,的长直导线,导线框abcd与MN在同一竖直平面内(彼此绝缘),当导线框以竖直向下的速度。
经过图示位置时,线框中感应电流方向如何?【答案】电流方向为abcda【解析】本题考查用楞次定律判断感应电流的方向,关键是判断线框abcd经过图示位置时,穿过线框的磁通量将怎样变化。
MN中电流在MN上方和下方产生的磁场如图所示,线框经过图示位置时,线框上面的部分和MN间所包围的“·”的磁感线将要减少,线框下面的部分与MN间所包围的“×”的磁感线将要增多,总的来说,线框所围面积“·”将要减少,“×”将要增多,根据“增反减同”这一口诀,可知感应电流的磁场方向与“·”同向,由安培定则可知框中感应电流方向为abcda。
【总结升华】当有相反方向的磁感线穿过电路时,应进行“抵消”看净条数,即穿过电路的合磁通量。
举一反三【高清课堂:楞次定律和右手定则的应用 例3】【变式1】如图所示,当磁场的磁感应强度B 在逐渐增强的过程中,内外金属环上的感应电流的方向应为( )A 、内环顺时针方向,外环逆时针方向B 、内环逆时针方向,外环顺时针方向C 、内外环均顺时针方向D 、内外环均逆时针方向【答案】A【高清课堂:楞次定律和右手定则的应用 例4】【变式2】如图所示,当变阻器R 的滑片P 向右移动时,流过电阻R ′的电流方向是________。
【答案】a b【高清课堂:楞次定律和右手定则的应用 例11】【变式3】如图所示,一个闭合金属框的两边接有电阻12R R 、,框上垂直搁置一根金属棒,棒与线框接触良好,整个装置放在匀强磁场中,当用外力使ab棒右移时,下列判断中正确的是()A.穿过线框的磁通量不变,框内没有感应电流;B.框内有感应电流,电流方向顺时针C.框内有感应电流,电流方向逆时针D.框内有感应电流,左半边电流方向逆时针,右半边电流方向逆时针【答案】D类型三、运用楞次定律判断物体的运动情况例4.如图所示,ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框,当滑动变阻器R的滑片自左向右滑动时,线框ab的运动情况是()A.保持静止不动B.逆时针转动C.顺时针转动D.发生转动,但电源极性不明,无法确定转动的方向【思路点拨】由“感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因”,能很快得出结论。