高中物理《楞次定律》 教案20

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111 楞次定律的應用 楞次定律是高中物理中的一個重要知識點，但同時也是一個難點，要想正確利用楞次定律解題，首先就得正確理解楞次定律。 （一）正確理解楞次定律 楞次定律揭示了判定感應電流方向的規(guī)律，即“感應電流的磁場總是要阻礙引起感應電流的磁通量的變化?！薄白璧K”兩字是該定律的核心，只有深刻理解“阻礙”的含義，才能正確掌握定律的實質。 ①阻礙不是“阻止”，因磁通量的變化是引起感應電流的必要條件，若這種變化被阻止，也就不可能繼續(xù)產生感應電流了。其實質是感應電流的磁場阻礙了原磁通量的變化速率。 ②阻礙不是“相反”，如果將阻礙理解成感應電流的磁場總是與原磁場方向相反，則楞次定律就違背了電磁感應現(xiàn)象也必須符合能量守恒定律這個自然界的基本法則。正確的是當原磁通量增加時，感應電流的磁場方向與原磁場的方向相反；當原磁通量減弱時，感應電流的磁場方向與原磁場的方向相同，可歸納為“增反減同”。 ③楞次定律與右手定則的應用對象不同，楞次定律的研究對象是整個回路，而右手定則卻是一段做切割磁感線運動的導線。但二者是統(tǒng)一的。解題時應根據(jù)研究對象的不同靈活選擇。 ④從能量角度理解，能量守恒是自然界的普遍規(guī)律，能量的轉化是通過做功來量度的，這一點正是楞次定律的根據(jù)所在，實際上楞次定律是能量轉化和能量守恒定律在電磁感應現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)。 ⑤從力的角度理解，由能量觀點可以推論出產生磁場的物體與閉合線圈之間的相互作用力可概括為四個字“來拒去留”。 （二）楞次定律的應用 ①判斷感應電流的方向 【例1】如圖（1）所示，水平放置的矩形閉合線圈abcd，在細長磁鐵的正上方水平移動，并保持bc邊在紙外，ad邊在紙內。由圖中位置A經過中心位置B到達位置C，在這個過程中，線圈的感應電流方向如何？ 【解析】對于此類定性判斷的問題，應用楞次定律比應用右手定則方便得多。如圖（2）所示，線圈從位置A到位置B時，穿過線圈的磁通量減小且向下，所以感應電流的磁場與原磁場的方向相同，感應電流從a→d→c→b→a；而從位置B到位置C時，穿過線圈的磁通量增加且向上，所以感應電流的磁場與原磁場的方向相反，感應電流仍從a→d→c→b→a，即俯視為順時針方向。 ②判斷相對運動情況 在電磁感應現(xiàn)象中，由于產生感應電流會引起以下兩種效果：（1）感應電流形成的磁場總是阻礙原磁場的變化。（楞次定律的第一種表述）。（2）由于產生感應電流而受安培力作用，安培力作用的效果同樣要阻礙磁通量的變化。這就是說，感應電流的效果總是阻礙原磁通量的變化（楞次定律的第二種表述）。 這里安培力的效果，主要有兩種表現(xiàn)： （1）阻礙線圈與產生原磁場的物體（磁鐵、通電導線）之間的相對運動，簡要概括為四個字“來拒去留”。有時也會引起它們之間的相對運動。 （2）使線圈面積有增大或減小的趨勢。 運用這些規(guī)律從安培力的效果分析問題可以獨辟蹊徑，達到出神入化的境界。 【例2】如圖（3）所示，ab是一個可繞垂直于紙面的軸O轉動的閉合矩形導線框，當滑動變阻器R的滑片P自左向右滑行時，線框ab將： A、保持靜止不動 B、逆時針轉動 C、順時針轉動 D、發(fā)生轉動，但因電源極性不明無法確定轉動方向 【解析】當P向右滑行時，穿過線框的磁通量減小，線框中出現(xiàn)感應電流。在安培力作用下，線框應順時針轉動，因只有這樣才能阻礙磁通量減少，故正確的答案為C。 【例3】如圖（4）所示，a、b、c、d為四根相同的銅棒，c、d固定在同一水平面上，a、b對稱地放在c、d棒上，接觸良好，o點為四根棒所圍成矩形的幾何中心。一條形磁鐵沿豎直方向向o點落下，則棒a、b可能： A、保持靜止 B、分別遠離o點 C、分別向o點靠近 D、S極插入時靠近o點，N極插入時遠離o點 【解析】無論磁鐵的哪個磁極在下方，磁鐵向下移，都將導致穿過回路的磁通量增加。導線在安培力作用下運動的結果應是阻礙原磁通量的增加，所以a、b棒應向o點靠近，故正確的答案為C。 ③判定電勢的高低 在電磁感應現(xiàn)象中產生感應電動勢的那部分導體相當于電源，在閉合電路中電源內部的電流方向由負極流向正極。故只要利用楞次定律判斷出閉合電路中感應電流的方向，就知道了產生感應電動勢的那部分導體哪端的電勢高。當電路不閉合時，只需想象為閉合即可。 【例4】如圖（5）所示，螺線管的導線兩端分別與兩平行的金屬板相接，一個帶負電的小球用細線懸掛在兩板之間，并處于靜止狀態(tài)，若條形磁鐵突然插入線圈時，小球將如何運動？ 【解析】此題關鍵是判斷出兩極板電勢的高低，設想整個回路在A、B處閉合，由楞次定律可知感應電流的方向由B經螺線管流向A。而線圈是產生感應電動勢的電路，相當于電源，故A板帶正電，B板帶負電，小球受電場力向左，向A板擺動。 ④解決自感現(xiàn)象中的有關問題 所“自感”，就是線圈的自身電流發(fā)生變化時，線圈的本身就感應出感應電動勢（或電路閉合，就產生感應電流），這個自感電動勢（或自感電流）總是阻礙原電流的變化（楞次定律的第三種表述）。 【例5】如圖（6）所示的電路，和是兩個相同的小電珠，L是一個自感系數(shù)相當大的的線圈，其電阻與R相同，由于存在自感現(xiàn)象，在電鍵K接通和斷開時，燈泡和先后亮暗的順序是： A、接通時先達最亮，斷開時后暗； B、接通時先達最亮，斷開時后暗； C、接通時先達最亮，斷開時先暗； D、接通時先達最亮，斷開時先暗； 【解析】當電鍵K接通時，和應該同時亮，但由于自感現(xiàn)象的存在，流過線圈的電流由零變大時，線圈上產生自感電動的方向是左邊為正極，右邊為負極，使通過線圈的電流從零開始慢慢增加，故開始瞬間電流幾乎全部從通過，該電流又將同時分路通過和R。故先達最亮，經一段時間后，和達到一樣亮。 當電鍵K斷開時，立刻熄滅，而對于，由于通過線圈的電流突然減弱，線圈中產生自感電動勢（右端為正極，左端為負極）使線圈L和組成的閉合電路有感應電流；故后滅。正確的答案為A。 因此，分析自感現(xiàn)象，關鍵是分清電流的變化，確定自感電動勢的方向及怎樣阻礙電流的變化。 111