论述电磁感应楞次定律和右手定则的应用
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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。二是导体MN中的感应电流是增强的,可由I=E/R,E=Blv知导体MN做加速运动。即选项C也是可能的。由此也说明导体MN向右减速运动与向左加速运动在导体环中产生的电流方向结果是一样的。那么导体MN向右加速运动与向左减速运动在导体环中产生的电流方向结果也是一样的,但与前两种产生的结果即导体环中电流方向是相反的。故此题答案应选B、C。
例2:还在上图图1中,同样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。若发现导体环向左偏离螺线管。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:此题是从力的角度来处理的,即用到了第二种表述阻碍相对运动中的“来拒去留”观点。由导体环向左偏离螺线管说明导体环受到螺线管的斥力作用,即穿过导体环的原磁通量是增加的,又说明螺线管中的电流是增强的,导体MN中的电流是增强的,由I=E/R,E=Blv知导体MN做加速运动。故此题答案应选A、C。同理可知若导体MN做减速运动,则导体环会受到引力作用向右靠近螺线管。
例3:如图2所示,四方形导线框abcd与导线在同一平面内,在直导线中通有方向向上的恒定电流I,当线框由左向右匀速通过直导线时,问:(1)线框中的感应电流的方向如何?(2)线框左右运动时受力如何？
分析:(1)在四方形导线框abcd越过导线过程中,四方形导线框abcd左边部分磁通量垂直四方形导线框abcd平面向外穿出,而右边部分磁通量垂直向里穿入,如图3所示,当跨在导线左边的四方形导线框abcd面积大于右边面积时,合磁通量是向外的且逐渐减小,为阻碍这个方向磁通量的减小,感应电流产生的磁场方向应垂直导线框向外,与原磁场方向相同,即感应电流的方向是沿abc到da;当跨在导线左边的导线框面积小于右边面积时,导线框合磁通量是向内的且逐渐增加,为阻碍向内方向的磁通量增大,感应电流产生的磁场方向也应垂直导线框向外,与原磁场方向相反,感应电流的方向仍是沿abc到da。故匀速通过直导线时,导线框中电流方向是沿abcda。也可由右手定则分别判断出ab边和cd边产生的电流方向及大小,從而判断出总电流方向。
(2)当跨在导线左边的四方形导线框abcd面积大于右边面积时,相当于导线框在靠近导线,所以受到的是向左的斥力作用。也可这样判断由右手定则知导线框中电流方向沿abcda,再由左手定则判断出ab边和cd边受到的力作用。当跨在导线左边的四方形导线框abcd面积小于右边面积时,相当于导线框在远离导线,所以受到的是向左的引力作用,所以匀速通过直导线时,导线框受到的始终都是向左的力的作用。
