813 楞次定律副本.docx
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813楞次定律副本
戴氏教育蜀汉路校区高三物理教师:
陈老师
时间:
2012-8-12
楞次定律
一、电磁感应现象
1.产生感应电流的条件
感应电流产生的条件是:
穿过闭合电路的磁通量发生变化。
以上表述是充分必要条件。
不论什么情况,只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件,就必然产生感应电流;反之,只要产生了感应电流,那么电路一定是闭合的,穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。
当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时,电路中有感应电流产生。
这个表述是充分条件,不是必要的。
在导体做切割磁感线运动时用它判定比较方便。
2.感应电动势产生的条件。
感应电动势产生的条件是:
穿过电路的磁通量发生变化。
这里不要求闭合。
无论电路闭合与否,只要磁通量变化了,就一定有感应电动势产生。
这好比一个电源:
不论外电路是否闭合,电动势总是存在的。
但只有当外电路闭合时,电路中才会有电流。
二、楞次定律
1.楞次定律
感应电流总具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
楞次定律解决的是感应电流的方向问题。
它关系到两个磁场:
感应电流的磁场(新产生的磁场)和引起感应电流的磁场(原来就有的磁场)。
前者和后者的关系不是“同向”或“反向”的简单关系,而是前者“阻碍”后者“变化”的关系。
2.对“阻碍”意义的理解:
(1)阻碍原磁场的变化。
“阻碍”不是阻止,而是“延缓”,感应电流的磁场不会阻止原磁场的变化,只能使原磁场的变化被延缓或者说被迟滞了,原磁场的变化趋势不会改变,不会发生逆转.
(2)阻碍的是原磁场的变化,而不是原磁场本身,如果原磁场不变化,即使它再强,也不会产生感应电流.
(3)阻碍不是相反.当原磁通减小时,感应电流的磁场与原磁场同向,以阻碍其减小;当磁体远离导体运动时,导体运动将和磁体运动同向,以阻碍其相对运动.
(4)由于“阻碍”,为了维持原磁场的变化,必须有外力克服这一“阻碍”而做功,从而导致其它形式的能转化为电能.因此楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现.
3.楞次定律的具体应用
(1)从“阻碍磁通量变化”的角度来看,由磁通量计算式Φ=BSsinα可知,磁通量变化ΔΦ=Φ2-Φ1有多种形式,主要有:
①S、α不变,B改变,这时ΔΦ=ΔBSsinα
②B、α不变,S改变,这时ΔΦ=ΔSBsinα
③B、S不变,α改变,这时ΔΦ=BS(sinα2-sinα1)
当B、S、α中有两个或三个一起变化时,就要分别计算Φ1、Φ2,再求Φ2-Φ1了。
(2)从“阻碍相对运动”的角度来看,楞次定律的这个结论可以用能量守恒来解释:
既然有感应电流产生,就有其它能转化为电能。
又由于是由相对运动引起的,所以只能是机械能减少转化为电能,表现出的现象就是“阻碍”相对运动。
(3)从“阻碍自身电流变化”的角度来看,就是自感现象。
在应用楞次定律时一定要注意:
“阻碍”不等于“反向”;“阻碍”不是“阻止”。
4.右手定则。
对一部分导线在磁场中切割磁感线产生感应电流的情况,右手定则和楞次定律的结论是完全一致的。
这时,用右手定则更方便一些。
5.楞次定律的应用步骤
楞次定律的应用应该严格按以下四步进行:
①确定原磁场方向;②判定原磁场如何变化(增大还是减小);③确定感应电流的磁场方向(增反减同);④根据安培定则判定感应电流的方向。
6.解法指导:
(1)楞次定律中的因果关联
楞次定律所揭示的电磁感应过程中有两个最基本的因果联系,一是感应磁场与原磁场磁通量变化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.
(2)运用楞次定律处理问题的思路
(a)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基本思路可归结为:
“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变化情况.
②确定感应磁场:
即根据楞次定律中的"阻碍"原则,结合原磁场磁通量变化情况,确定出感应电流产生的感应磁场的方向.
③判定电流方向:
即根据感应磁场的方向,运用安培定则判断出感应电流方向.
(b)判断闭合电路(或电路中可动部分导体)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一定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分的导体发生了运动.(如例2)对其运动趋势的分析判断可有两种思路方法:
①常规法:
据原磁场(B原方向及ΔΦ情况)
确定感应磁场(B感方向)
判断感应电流(I感方向)
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”总是阻碍引起感应电流的“原因”,深刻理解“阻碍”的含义.据"阻碍"原则,可直接对运动趋势作出判断,更简捷、迅速.
【例1】(1996年全国)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分别为
位置Ⅰ位置Ⅱ
(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
【例2】如图所示,有两个同心导体圆环。
内环中通有顺时针方向的电流,外环中原来无电流。
当内环中电流逐渐增大时,外环中有无感应电流?
方向如何?
【例3】如图,线圈A中接有如图所示电源,线圈B有一半面积处在线圈A中,两线圈平行但不接触,则当开关S闭和瞬间,线圈B中的感应电流的情况是:
()
A.无感应电流B.有沿顺时针的感应电流
C.有沿逆时针的感应电流D.无法确定
【例4】如图所示,闭合导体环固定。
条形磁铁S极向下以初速度v0沿过导体环圆心的竖直线下落的过程中,导体环中的感应电流方向如何?
【例5】如图所示,O1O2是矩形导线框abcd的对称轴,其左方有匀强磁场。
以下哪些情况下abcd中有感应电流产生?
方向如何?
A.将abcd向纸外平移B.将abcd向右平移
C.将abcd以ab为轴转动60°D.将abcd以cd为轴转动60°
【例6】如图所示装置中,cd杆原来静止。
当ab杆做如下那些运动时,cd杆将向右移动?
A.向右匀速运动B.向右加速运动
C.向左加速运动D.向左减速运动
【例7】如图所示,当磁铁绕O1O2轴匀速转动时,矩形导线框(不考虑重力)将如何运动?
【例8】如图所示,水平面上有两根平行导轨,上面放两根金属棒a、b。
当条形磁铁如图向下移动时(不到达导轨平面),a、b将如何移动?
【例9】如图所示,绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a、b。
将条形磁铁沿它们的正中向下移动(不到达该平面),a、b将如何移动?
【例10】如图所示,在条形磁铁从图示位置绕O1O2轴转动90°的过程中,放在导轨右端附近的金属棒ab将如何移动?
【例11】如图所示,a、b灯分别标有“36V40W”和“36V25W”,闭合电键调节R,能使a、b都正常发光。
断开电键后重做实验:
电键闭合后看到的现象是什么?
稳定后那只灯较亮?
再断开电键,又将看到什么现象?
【例12】如图所示,用丝线悬挂闭合金属环,悬于O点,虚线左边有匀强磁场,右边没有磁场。
金属环的摆动会很快停下来。
试解释这一现象。
若整个空间都有向外的匀强磁场,会有这种现象吗?
三、电磁感应在实际生活中的应用例析
【例13】如图所示是生产中常用的一种延时继电器的示意图。
铁芯上有两个线圈A和B。
线圈A跟电源连接,线圈B的两端接在一起,构成一个闭合电路。
在拉开开关S的时候,弹簧k并不能立即将衔铁D拉起,从而使触头C(连接工作电路)立即离开,过一段时间后触头C才能离开;延时继电器就是这样得名的。
试说明这种继电器的工作原理。
【例14】如图所示是家庭用的“漏电保护器“的关键部分的原理图,其中P是一个变压器铁芯,入户的两根电线”(火线和零线)采用双线绕法,绕在铁芯的一侧作为原线圈,然后再接入户内的用电器。
Q是一个脱扣开关的控制部分(脱扣开关本身没有画出,它是串联在本图左边的火线和零线上,开关断开时,用户的供电被切断),Q接在铁芯另一侧副线圈的两端a、b之间,当a、b间没有电压时,Q使得脱扣开关闭合,当a、b间有电压时,脱扣开关即断开,使用户断电。
(1)用户正常用电时,a、b之间有没有电压?
(2)如果某人站在地面上,手误触火线而触电,脱扣开关是否会断开?
为什么?
【例15】在有线电话网中,电话机是通过两条导线和电信局的交换机传送和接收电信号。
如果不采取措施,发话者的音频信号必会传到自己的受话器中,使自己听到自己的讲话声音,这就是“侧音”。
较大的侧音会影响接听对方的讲话,故必须减小或消除。
如图所示是一电话机的消“侧音”电路与交换机的连接示意图。
图中的两个变压器是完全相同的,a、b、c、d、e、f六个线圈的匝数相同。
打电话时,对着话筒发话,把放大后的音频电压加到变压器的线圈a,从线圈c和b输出大小相等但随声频变化的电压,c两端的电压产生的电流IL通过线圈e和两导线L、电信局的交换机构成回路,再通过交换机传到对方电话机,对方就听到发话者的声音。
同时由于线圈e中有电流通过,在线圈f中也会有电压输出,放大后在自己的电话机的受话器上发出自己的讲话声,这就是上面讲的“侧音”。
为了消除这个侧音,可以把线圈b的电压加在线圈d上,并通过R调节d中的电流Id。
那么为达到消侧音的目的,1应与()相接;4应与()相接,并使Id()IL(填“小于”、“大于”、或“等于”)。
对方讲话时,音频电压通过交换机和两条导线L加到本机,那么通过R的电流为多少?
四、针对训练
(一)基础性练习
1.1820年丹麦的物理学家 发现了电流能够产生磁场;之后,英国的科学家 经过十年不懈的努力终于在1831年发现了电磁感应现象,并发明了世界上第一台感应发电机.
2.下列图中能产生感应电流的是( )
3.在某星球上的宇航员,为了确定该星球是否存在磁场,他手边有一根表面绝缘的长导线和一个灵敏电流计,现请你指导他如何操作.
4.下列说法中正确的是:
感应电动势的大小跟( )有关:
A.穿过闭合电路的磁通量.
B.穿过闭合电路的磁通量的变化大小.
C.穿过闭合电路的磁通量的变化快慢.
D.单位时间内穿过闭合电路的磁通量的变化量.
5.如图所示,试根据已知条件确定导线中的感应电流方向(图中的导线是闭合电路中的一部分):
(二)提高性练习
6.(99全国)如图所示,为地磁场磁感线的示意图,在北半球地磁场的坚直分量向下。
飞机在我国上空匀逐巡航。
机翼保持水平,飞行高度不变。
由于地磁场的作用,金属机翼上有电势差。
设飞行员左方机翼未端处的电势为U1,右方机翼未端处的电势力U2,则
A.若飞机从西往东飞,U1比U2高
B.若飞机从东往西飞,U2比U1高
C.若飞机从南往北飞,U1比U2高
D.若飞机从北往南飞,U2比U1高
7.如图所示,在两根平行长直导线中,通以同方向、同强度的电流,导线框ABCD和两导线在同一平面内,导线框沿着与两导线垂直的方向自右向左在两导线间匀速运动。
在运动过程中,导线框中感应电流的方向()
A.沿ABCD方向不变。
B.沿ADCB方向不变。
C.由ABCD方向变成ADCB方向。
D.由ADCB方向变成ABCD方向。
8.如图所示,两个线圈绕在同一圆筒上,A中接有电源,B中导线ab短路。
当把磁铁迅速插入A线圈中时,A线圈中的电流将(填减少,增大,不变),B线圈中的感应电流的方向在外电路中是由到的;如线圈B能自由移动,则它将向移动(左,右,不)。
9.如图所示,闭合金属铜环从高为h的曲面滚下,沿曲面的另一侧上升,设闭合环初速度为零,不计摩擦,则()
A.若是匀强磁场,环上升的高度小于h
B.若是匀强磁场,环上升的高度大于h
C.若是非匀强磁场,环上升的高度等于h
D.若是非匀强磁场,环上升的高度小于h
10.一根磁化的钢棒以速度v射入水平放置的固定的铜管内,v的方向沿管中心轴,不计棒的重力和空气阻力,则在入射过程中()
A.铜管的内能增加B.钢棒的速率减小C.钢棒的速率不变D.钢棒的速率增大
11.如图(a),圆形线圈P静止在水平桌面上,其正上方悬挂一相同的线圈Q,P和Q共轴.Q中通有变化电流,电流随时间变化的规律如图(b)所示.P所受的重力为G,桌面对P的支持力为N,则
A.t1时刻N>G
B.t2时刻N>G
C.t3时刻N<G
D.t4时刻N=G
12.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,当滑动变阻器的滑片P自左向右滑动时,从纸外向纸内看,线框ab将
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,无法确定转动方向
参考答案
1~5略6.AC
7.B
8.减小ba左
9.D解析若是匀强磁场,闭合环的磁通量不发生变化,无感应电流产生,环也就受不到磁场力,所以环仍保持机械能守恒,上升的高度等于h。
若是非匀强磁场,闭合环的磁通量发生变化,有感应电流产生,环受到磁场力作用去阻碍环与磁场间的相对运动,使环损失一部分机械能向电能转化,所以环上升的高度小于h。
因此答案D正确。
10.AB当磁化的钢棒射入铜管时,铜管中因磁通量增加而产生感应电流,铜管与钢棒间的磁场力会阻碍其相对运动,使钢棒的机械能向电能转化,进而使铜管的内能增加。
所以答案AB正确。
11.AD12.C
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