版选修3_2.ppt

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1、3 楞 次 定 律,一、探究感应电流的方向 1.实验探究:将螺线管与电流表组成闭合回路,分别将N极、S极插入、抽出线圈,如图所示,记录感应电流方向如下。,研究感应电流方向的实验记录,2.分析: (1)线圈内磁通量增加时的情况:(表内选填“向上”或“向下”),向下,向上,向上,向下,(2)线圈内磁通量减少时的情况:(表内选填“向上”或“向下”),向下,向下,向上,向上,3.实验结论: (1)当线圈内磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场 方向_,阻碍磁通量的增加。 (2)当线圈内磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场 方向_,阻碍磁通量的减少。,相反,相同,二、楞次定律及其应用 1.内容:感应电流具

2、有这样的方向,即感应电流的磁场 总要阻碍引起感应电流的_的变化。,磁通量,2.应用楞次定律的一般步骤: (1)明确所研究的闭合回路,判断_。 (2)判断闭合回路内_的变化情况。 (3)由楞次定律判断感应电流的_。 (4)根据感应电流的磁场方向,由_定则判断出感应电流的方向。,原磁场方向,原磁场的磁通量,磁场方向,安培,三、右手定则 内容:伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与 手掌在同一平面内,让_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_ 的方向。,磁感线,感应电流,【思考辨析】 (1)由楞次定律知,感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。 ( ) (2

3、)回路不闭合,穿过回路的磁通量变化时,也会产生“阻碍”作用。 ( ) (3)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。 ( ),(4)楞次定律可以判定不闭合的回路中感应电动势的方向。 ( ) (5)右手定则适用于所有电磁感应现象中感应电流方向的判断。 ( ),提示:(1)。由楞次定律的内容知,原磁场引起回路磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相反,引起磁通量减少时,两磁场方向相同。 (2)。回路中的“阻碍”是由感应电流的磁场产生的,若回路不闭合,就无感应电流,因此不会产生阻碍作用。,(3)。感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。 (4)。楞次定律既可以判定闭

4、合回路中感应电流的方向,也可以判定不闭合回路中感应电动势的方向。 (5)。楞次定律适用于所有电磁感应现象中感应电流方向的判断,而右手定则只适用于导体棒切割磁感线这种情况。,【生活链接】 如图所示,这是一个阻尼摆的原理简化图,此摆能很快停下来,它的原理是什么呢?,提示:由来阻去留,线圈的机械能转化为电能,摆很快就会停下来。,知识点一 楞次定律的理解和应用 探究导入: 一灵敏电流计(电流表),当电流从它的正接线柱流入时,指针向正接线柱一侧偏转。现把它与一个线圈串联,试就各图指出:,(1)图甲中灵敏电流计指针的偏转方向偏向正极还是偏向负极? (2)图乙中磁铁下方的极性是N极还是S极? (3)图丙中磁

5、铁的运动方向是向上还是向下? (4)图丁中线圈从上向下看的电流方向是顺时针还是逆时针?,提示:(1)磁铁向下运动,穿过线圈的磁通量增加,原磁场方向向下,根据楞次定律,感应电流方向俯视为逆时针方向,从正接线柱流入电流计,指针偏向正极。 (2)由题图乙可知,电流从负接线柱流入电流计,根据安培定则,感应电流的磁场方向向下,又因为磁通量增加,根据楞次定律可知,磁铁下方为S极。,(3)磁场方向向下,电流从负接线柱流入电流计,根据安培定则,感应电流的磁场方向向下,根据楞次定律可知,磁通量减小,磁铁向上运动。 (4)磁铁向下运动,穿过线圈的磁通量增加,原磁场方向向上,根据楞次定律,感应电流方向俯视为顺时针方

6、向。,【归纳总结】 1.因果关系:楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系,磁通量发生变化是原因,产生感应电流是结果,原因产生结果,结果反过来影响原因。,2.“阻碍”的理解:,3.“阻碍”的表现形式:楞次定律中的“阻碍”作用,正是能的转化和守恒定律的反映,在克服“阻碍”的过程中,其他形式的能转化为电能,常见的情况有以下四种:,(1)阻碍原磁通量的变化(增反减同)。 (2)阻碍导体的相对运动(来拒去留)。 (3)通过改变线圈面积来“反抗”增缩减扩。 (4)阻碍自身电流的变化(自感现象将在后面学习到)。,【易错提醒】(1)“阻碍”不等于“阻止”。当原磁通量的增加引起感应电流时,感应电流的磁场方向与原

7、磁场方向相反,其作用仅仅使原磁通量的增加变慢了,但磁通量仍在增加;当原磁通量的减少而引起感应电流时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,其作用仅仅使原磁通量的减少变慢,但磁通量仍在减少。,(2)“阻碍”并不意味着“相反”。感应电流产生的磁场方向和原磁场方向可能相同,也可能相反,需要根据磁通量的变化情况判断。,【典题通关】 考查角度1 对楞次定律的理解 【典例1】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,【正

8、确解答】选C。由楞次定律可知,感应电流的磁场总是阻碍闭合电路内部原磁场的磁通量的变化,故C正确;如果原磁场中的磁通量是增大的,则感应电流的磁场就与它相反,来消弱它的增大,如果原磁场中的磁通量是减小的,则感应电流的磁场就与它相同,来阻碍它的减小,故A、B、D错误。,考查角度2 楞次定律的应用 【典例2】(2018揭阳高二检测)如图所示,一根条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管,则电路中 ( ),A.始终有自a向b的感应电流流过电流表G B.始终有自b向a的感应电流流过电流表G C.先有aGb方向的感应电流,后有bGa方向的感应电流 D.将不会产生感应电流,【解题探究】 (1)首先判断产生感应电流的

9、磁场方向。 提示:条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管的过程中磁场的方向都是向右的。,(2)穿过螺线管的磁场是如何变化的? 提示:条形磁铁进入和穿出螺线管时,磁通量是先增大后减小的。,(3)根据什么判断感应电流的方向? 提示:首先根据磁通量的变化判断感应电流的磁场先向左后向右;再由右手定则判断感应电流的方向。,【正确解答】选C。条形磁铁内部磁场的方向是从S极 指向N极,可知条形磁铁自左向右穿过一个闭合螺线管 的过程中磁场的方向都是向右的,当条形磁铁进入螺线 管的时候,闭合线圈中的磁通量增加;当条形磁铁穿出 螺线管时,闭合线圈中的磁通量减少,根据楞次定律判 断条形磁铁进入和穿出螺线管时,感应电流的

10、磁场分别,是向左和向右的,再由右手定则可以判断出,先有aGb方向的感应电流,后有bGa方向的感应电流,选项C正确,A、B、D错误。,【规律方法】运用楞次定律判定感应电流方向,【过关训练】 1.如图所示,在匀强磁场中有一个用比较软的金属导线制成的闭合圆环。在此圆环的形状由圆形变成正方形的过程中 ( ) A.环中有感应电流,方向adcb B.环中有感应电流,方向abcd C.环中无感应电流 D.条件不够,无法确定,【解析】选A。由圆形变成正方形的过程中,面积减小,磁通量减小,由楞次定律可知正方形中产生adcb方向的电流,A正确。,2.(多选)如图所示,光滑固定导轨MN、PQ水平放置,两根导体棒a、

11、b平行放于导轨上,形成一个闭合回路。当条形磁铁从高处下落接近回路时 ( ) A.导体棒a、b将互相靠拢 B.导体棒a、b将互相远离 C.磁铁的加速度仍为g D.磁铁的加速度小于g,【解析】选A、D。根据楞次定律的广义“阻碍”作用,当条形磁铁从高处下落接近回路时,穿过回路的磁通量增加,故回路通过收缩减小面积,同时通过阻碍磁铁向下运动来阻碍这种变化。,【补偿训练】 1.如图所示,一均匀的扁平条形磁铁的轴线与圆形线圈在同一平面内,磁铁中心与圆心重合,为了在磁铁开始运动时线圈中能得到逆时针方向的感应电流,磁铁的运动方式应是 ( ),A.N极向纸内,S极向纸外,使磁铁绕O点转动 B.N极向纸外,S极向纸

12、内,使磁铁绕O点转动 C.磁铁在线圈平面内顺时针转动 D.磁铁在线圈平面内逆时针转动,【解析】选A。当N极向纸内,S极向纸外转动时,穿过线圈的磁场从无到有并向里,感应电流的磁场应向外,电流方向为逆时针,A选项正确;当N极向纸外,S极向纸内转动时,穿过线圈的磁场向外并增加,感应电流方向为顺时针,B选项错误;当磁铁在线圈平面内绕O点转动时,穿过线圈的磁通量始终为零,因而不产生感应电流,C、D选项错误。,2.(多选)(2018上海高考)如图,匀强磁 场垂直于软导线回路平面,由于磁场发生 变化,回路变为圆形。则该磁场( ) A.逐渐增强,方向向外 B.逐渐增强,方向向里 C.逐渐减弱,方向向外 D.逐

13、渐减弱,方向向里,【解析】选C、D。回路变为圆形,面积增大,说明闭合回路的磁通量减少,所以磁场逐渐减弱,而磁场方向可能向外,也可能向里,故选项C、D正确。,知识点二 楞次定律、右手定则和左手定则 探究导入: 如图所示,导体棒与电流表连接,导体棒在磁场中做切割磁感线的运动。,(1)电流表指针是否发生偏转? (2)指针的偏转方向与导体棒的运动方向有关吗? 提示:(1)导体棒做切割磁感线运动,电流表指针发生偏转。 (2)导体棒的运动方向不同,指针的偏转方向也不同。,【归纳总结】 1.楞次定律与右手定则的比较:,2.右手定则与左手定则的比较:,【特别提醒】 (1)判断感应电流方向时可根据具体情况选取楞

14、次定律或右手定则。 (2)区分右手定则和安培定则:右手定则判断感应电流的方向;安培定则判断感应电流产生磁场的方向。,【典题通关】 【典例】如图, 在方向垂直于纸面向里的匀强磁 场中有一U形金属导轨,导轨平面 与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨 上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属框T位于,回路围成的区域内,线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是 ),A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向 B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向 C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向 D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向,

15、【正确解答】选D。因为PQ突然向右运动,由右手定则可知,PQRS中的感应电流方向为逆时针,穿过T中的磁通量向里减小,由楞次定律可知,T中的感应电流方向为顺时针,故A、B、C错误,D正确。,【规律方法】电磁感应现象中导体运动问题的分析方法 (1)确定所研究的闭合电路。 (2)明确闭合电路所包围的区域磁场的方向及磁场的变化情况。 (3)确定穿过闭合电路的磁通量的变化或导体是否切割磁感线。,(4)根据楞次定律或右手定则判定感应电流的方向。 (5)根据左手定则或“来拒去留”“增反减扩”等判断导体所受安培力及运动的方向。,【过关训练】 1.(多选)一块铜片置于如图所示的磁场中,如果用力把 铜片从磁场拉出

16、或把它进一步推入,则在这两个过程中 有关磁场对铜片的作用力,下列叙述中正确的是( ) A.拉出时是阻力 B.推入时是阻力 C.拉出时不受磁场力 D.推入时不受磁场力,【解析】选A、B。将铜片看作是由许多个大小不同的矩形闭合线圈组合成的,从磁场拉出或推入,磁通量发生变化,根据楞次定律,磁场对铜片的作用力应阻碍铜片和磁场的相对运动,故选项A、B正确。,2.如图所示,一个有界匀强磁场区域,磁场方向垂直纸面向外,一个矩形闭合导线框abcd,沿纸面由位置1(左)匀速运动到位置2(右),则( ),A.导线框进入磁场时,感应电流方向为abcda B.导线框离开磁场时,感应电流方向为adcba C.导线框离开

17、磁场时,受到的安培力方向水平向右 D.导线框进入磁场时,受到的安培力方向水平向左,【解析】选D。根据右手定则可知导线框进入磁场时,感应电流方向为adcba,离开磁场时感应电流为abcda,所以A、B均错误,再根据左手定则知,C错误,D正确。,【补偿训练】 1.如图所示的匀强磁场中,有一直导线ab在一个导体框架上向左运动,那么ab导线中感应电流的方向(已知有感应电流)及ab导线所受安培力方向分别是( ),A.电流由b向a,安培力向左 B.电流由b向a,安培力向右 C.电流由a向b,安培力向左 D.电流由a向b,安培力向右,【解析】选D。导体棒运动时产生的感应电流的方向由右手定则可知,沿导体棒由a

18、向b,根据左手定则可知安培力的方向向右。,2.(多选)如图所示,在匀强磁场中,放着一个平行导轨与线圈相连接,要使放在D中的A线圈(A、D两线圈共面)各处受到沿半径指向圆心的力,则金属棒MN的运动情况可能是( )A.加速向右运动 B.加速向左运动 C.减速向右运动 D.减速向左运动,【解析】选A、B。要使线圈A受到沿半径指向圆心的力,也就是线圈具有收缩的趋势,企图通过收缩使面积减小以阻碍其磁通量的变化,显然A线圈的原磁通量是增加的,这样D中感应电流产生的磁场应该增大,即MN必须向左或向右做加速运动。故选A、B。,【拓展例题】考查内容:楞次定律与能量守恒 【典例】如图所示,用一根长为L,质量 不计

19、的细杆与一个上弧长为l0、下弧长 为d0的金属线框的中点连接并悬挂于O 点,悬点正下方存在一个上弧长为2l0、 下弧长为2d0的方向垂直纸面向里的匀强磁场,且d0L。 先将线框拉开到如图所示位置,松手后让线框进入磁场, 忽略空气阻力和摩擦力。下列说法正确的是( ),A.金属线框进入磁场时感应电流的方向为abcda B.金属线框离开磁场时感应电流的方向为adcba,C.金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等 D.向左摆动进入或离开磁场的过程中,所受安培力方向向右;向右摆动进入或离开磁场的过程中,所受安培力方向向左,【正确解答】选D。当线框进入磁场时,dc边切割磁感 线,由楞次定

20、律可判断,感应电流的方向为adc ba;当线框离开磁场时,同理可判断其感应电流的方 向为abcda,A、B错;线框dc边(或ab边)进入磁 场(或离开磁场)时,都要切割磁感线产生感应电流,机 械能转化为电能,故dc边进入磁场与ab边离开磁场的速 度大小不相等,C错;由“来拒去留”知,D对。,科学技术社会环境用小磁针检测感应电流的方向 【命题素材】 为了探究感应电流的方向,验证楞次定 律。结合奥斯特的电流的磁效应,运用 安培定则可以探测出感应电流的方向,进一步探究感应电流的磁场和产生感应电流磁场的磁通量变化的关系。,【信息提取流程】 1.信息定位:根据小磁针的偏转方向确定感应电流的方向。 2.物

21、理模型:引起感应电流磁通量变化的电路;产生感应电流的电路。 3.物理知识:楞次定律、安培定则。,4.结果讨论:通过闭合电路的磁通量变化时,感应电流的磁场与引起感应电流的磁场磁通量的变化关系。,【案例示范】如【命题素材】图所示,在一根较长的铁钉上,用漆包线绕两个线圈A和B。将线圈B的两端与漆包线CD相连,使CD平放在静止的小磁针的正上方,与小磁针平行。试判断合上开关的瞬间,小磁针N极的偏转情况。线圈A中电流稳定后,小磁针又怎样偏转?,【解析】在开关合上的瞬间,线圈A内有了由小变大的 电流,根据安培定则可判断出此时线圈A在铁钉内产生 了一个由小变大的向右的磁场。由楞次定律可知,线圈 B内感应电流的磁场应该阻碍铁钉内的磁场在线圈B内 的磁通量的增加,即线圈B内感应电流的磁场方向是向 左的。由安培定则可判断出线圈B内感应电流流经CD时,的方向是由C到D。再由安培定则可以知道直导线CD内电流所产生的磁场在其正下方垂直于纸面向里,因此,小磁针N极应该向纸内偏转。线圈A内电流稳定后,CD内不再有感应电流,所以,小磁针又回到原来位置。,答案:在开关合上的瞬间,小磁针的N极向纸内偏转。当线圈A内的电流稳定以后,小磁针又回到原来位置,指向南北的方向。,