搜索
第2章楞次定律和自感现象第1节感应电流的方向一、探究感应电流的方向1.实验探究:将螺线管与电流计组成闭合回路,分别将条形磁铁的N极、S极插入线圈或从线圈中抽出,如图所示,记录感应电流方向。2.实验记录:图号原磁场方向感应电流方向(俯视)感应电流的磁场方向归纳总结甲向下逆时针_____感应电流的磁场_____磁通量的增加乙向上顺时针_____丙向下顺时针_____感应电流的磁场_____磁通量的减少丁向上逆时针_____向上向下阻碍向下向上阻碍3.实验结论:(1)当穿过线圈的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场的方向_____。(2)当穿过线圈的磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场的方向_____。相反相同二、楞次定律1.总结: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_____________;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______________。2.内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要_____引起感应电流的_____________。相反磁通量的增加相同磁通量的减少阻碍磁通量的变化三、右手定则1.内容:伸开右手,让拇指与其余四指在同一个平面内,使拇指与并拢的四指垂直;让_______垂直穿入手心,使拇指指向导体运动的方向,其余四指所指的方向就是_________的方向。2.适用情况:适用于闭合电路部分导体_____磁感线产生感应电流的情况。磁感线感应电流切割【思考辨析】(1)当穿过线圈的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相同。()(2)当穿过线圈的磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向相同。()(3)在电磁感应现象中,感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的变化。()(4)在楞次定律中,阻碍的是磁通量的变化,而不是阻碍磁通量本身。()(5)感应电流的磁场总是阻碍磁通量,与磁通量方向相反。()(6)感应电流的磁场可阻止原磁场的变化。()(7)判断通电螺线管周围的磁场用左手定则。()(8)判断导体切割磁感线产生的感应电流的方向应用右手定则。()提示:(1)×。当穿过线圈的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相反。(2)√。当穿过线圈的磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向相同。(3)√。在电磁感应现象中,感应电流的磁场总是阻碍原来磁场磁通量的变化。(4)√。在楞次定律中,阻碍的是磁通量的变化,而不是阻碍磁通量本身。(5)×。感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化,当原磁场磁通量减小时,感应电流的磁场与原磁通量方向相同。(6)×。感应电流的磁场不能阻止原磁场的变化,只能阻碍原磁场的变化。(7)×。判断通电螺线管周围的磁场用右手螺旋定则。(8)√。判断导体切割磁感线产生的感应电流的方向应用右手定则更方便。一对楞次定律的理解【典例】(2017·全国卷Ⅲ)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,下列说法正确的是世纪金榜导学号()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【解析】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。【核心归纳】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。2.对“阻碍”的理解:3.“阻碍”的表现形式:(1)阻碍原磁通量的变化(增反减同)。(2)阻碍导体和磁体间的相对运动(来拒去留)。(3)通过改变线圈面积来“反抗”(增缩减扩)。【易错提醒】(1)感应电流的磁场阻碍磁通量的变化,不是阻碍磁场也不是阻碍磁通量。(2)感应电流的磁场方向可能与原磁场方向相同也可能相反。【过关训练】1.(2019·福州高二检测)如图所示,磁场垂直于纸面,磁感应强度在竖直方向均匀分布,水平方向非均匀分布。一铜制圆环用丝线悬挂于O点,将圆环拉至位置a后无初速度释放,在圆环从a摆向b的过程中()A.感应电流方向先逆时针后顺时针再逆时针B.感应电流方向一直是逆时针C.感应电流方向先顺时针后逆时针再顺时针D.感应电流方向一直是顺时针【解析】选A。在竖直虚线左侧,圆环向右摆时磁通量增加,由楞次定律可判断,感应电流产生的磁场方向与原磁场方向相反,由安培定则可知感应电流方向为逆时针方向;摆过竖直虚线时,环中磁通量左减右增相当于方向向外的增大,因此感应电流方向为顺时针方向;在竖直虚线右侧向右摆动时,环中磁通量减小,感应电流的磁场与原磁场同向,可知感应电流为逆时针方向,因此只有A项正确。2.(2019·泉州高二检测)如图所示,光滑固定的金属导轨M、N水平放置,两根导体棒P、Q平行放置在导轨上,形成一个闭合回路,一条形磁铁从高处下落接近回路时()A.P、Q将相互靠拢B.P、Q将相互远离C.磁铁的加速度仍为gD.磁铁的加速度大于g【解析】选A。当磁铁向下运动时,闭合回路的磁通量增加,根据楞次定律可判断出P、Q将相互靠拢,故A正确,B错误;磁铁受向上的斥力,故磁铁的加速度小于g,所以C、D错误。【补偿训练】1.如图所示,闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在匀强磁场中,将它从匀强磁场中匀速拉出,以下各种说法中正确的是()A.向左拉出和向右拉出时,环中感应电流方向相反B.向左或向右拉出时,环中感应电流方向都是沿顺时针方向C.向左或向右拉出时,环中感应电流方向都是沿逆时针方向D.将圆环拉出磁场的过程中,当环全部处在磁场中运动时,也有感应电流产生【解析】选B。圆环中感应电流的方向,取决于圆环中磁通量的变化情况,向左或向右将圆环拉出磁场的过程中,圆环中垂直纸面向里的磁感线的条数都要减少,根据楞次定律可知,感应电流产生的磁场的方向与原磁场方向相同,即都垂直纸面向里,应用安培定则可以判断出感应电流的方向沿顺时针方向。圆环全部处在磁场中运动时,虽然导线做切割磁感线运动,但环中磁通量不变,只有圆环离开磁场,环的一部分在磁场中,另一部分在磁场外时,环中磁通量才发生变化,环中才有感应电流。B选项正确。2.一水平放置的矩形闭合线圈abcd,在细长磁铁的N极附近竖直下落,由图示位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ,位置Ⅰ和位置Ⅲ都很靠近位置Ⅱ。在这个过程中,线圈中感应电流()A.沿abcd流动B.沿dcba流动C.从Ⅰ到Ⅱ是沿abcd流动,从Ⅱ到Ⅲ是沿dcba流动D.从Ⅰ到Ⅱ是沿dcba流动,从Ⅱ到Ⅲ是沿abcd流动【解析】选A。侧视图如图所示,从Ⅰ到Ⅱ向上的磁通量减少,据楞次定律的“增反减同”可知:线圈中感应电流产生的磁场方向向上,用安培定则可以判断感应电流的方向为逆时针(俯视),即沿abcd流动。同理可以判断:从Ⅱ到Ⅲ向下磁通量增加,由楞次定律可得:线圈中感应电流产生的磁场方向向上,感应电流的方向沿abcd流动,故选A。二楞次定律、右手定则、左手定则【典例】(2019·福州高二检测)如图所示,匀强磁场与圆形导体环平面垂直,导体ef与环接触良好,当ef向右匀速运动时()世纪金榜导学号A.圆环中磁通量不变,环上无感应电流产生B.整个环中有顺时针方向的电流C.整个环中有逆时针方向的电流D.环的右侧有逆时针方向的电流,环的左侧有顺时针方向的电流【解题探究】(1)由右手定则知ef上的电流由__。(选填“A:e→f”或“B:f→e”)。(2)将圆形导体环分为左右两部分,导体ef左侧磁通量_____,导体ef右侧磁通量_____,根据楞次定律,可知,故环的右侧的电流方向为_______,环的左侧的电流方向为_______。A增加减少逆时针顺时针【解析】选D。由右手定则知ef上的电流由e→f,故环的右侧的电流方向为逆时针,环的左侧的电流方向为顺时针,选D。【核心归纳】1.楞次定律与右手定则的区别及联系:楞次定律右手定则区别研究对象整个闭合回路闭合回路的一部分,即做切割磁感线运动的导体适用范围各种电磁感应现象只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况应用用于磁感应强度B随时间变化而产生的电磁感应现象较方便用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象较方便楞次定律右手定则联系右手定则是楞次定律的特例比较项目右手定则左手定则作用判断感应电流方向判断通电导体所受磁场力的方向已知条件已知导体运动方向和磁场方向已知电流方向和磁场方向图例2.右手定则和左手定则的区别:比较项目右手定则左手定则因果关系运动→电流电流→运动应用实例发电机电动机3.运用楞次定律判定感应电流方向的思路:【易错提醒】(1)判断导体切割磁感线产生感应电流方向时用右手定则。(2)判断导体所受安培力方向时用左手定则。(3)判断通电直导线、环形电流及通电螺线管的磁场方向时用安培定则(右手螺旋定则)。【过关训练】1.(多选)(2019·济南高二检测)如图所示,光滑平行金属导轨PP′和QQ′,都处于同一水平面内,P和Q之间连接一电阻R,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,现在垂直于导轨放置一根导体棒MN,用一水平向右的力F拉动导体棒MN,以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是()A.感应电流方向是N→MB.感应电流方向是M→NC.安培力水平向左D.安培力水平向右【解析】选A、C。方法1:由右手定则易知,MN中感应电流方向是N→M,再由左手定则可判知,MN所受安培力方向垂直棒水平向左。方法2:由楞次定律知,本题中感应电流是由于MN相对于磁场向右运动引起的,则安培力必然阻碍这种相对运动,由安培力方向既垂直于电流方向又垂直于磁场方向可判知,MN所受安培力方向必然垂直于MN水平向左,再由左手定则,容易判断出感应电流的方向是N→M。2.(2019·南平高二检测)如图所示,MN是一根固定的通电长直导线,电流方向竖直向上,今将一金属线框abcd放在导线上,让线框的位置偏向导线左边,两者彼此绝缘。当导线中的电流突然增大时,线框整体受力情况为()A.受力向右B.受力向左C.受力向上D.受力为零【解析】选A。本题可用两种解法:解法一:根据安培定则可知通电直导线周围的磁场分布如图所示。当直导线上电流突然增大时,穿过矩形回路的合磁通量(方向向外)增大,回路中产生顺时针方向的感应电流,因ad、bc两边对称分布,所受的安培力合力为零。而ab、cd两边虽然通过的电流方向相反,但它们所在处的磁场方向也相反,由左手定则可知它们所受的安培力均向右,所以线框整体受力向右,A正确。解法二:从楞次定律的另一表述分析可知当MN中电流突然增大时,穿过线框的磁通量增大,感应电流引起的结果必是阻碍磁通量的增大,即线框向右移动,故线框整体受力向右,A正确。【补偿训练】1.(2016·海南高考)如图,一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直平面内,环的圆心与两导线距离相等,环的直径小于两导线间距。两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流。若()A.金属环向上运动,则环上的感应电流方向为顺时针方向B.金属环向下运动,则环上的感应电流方向为顺时针方向C.金属环向左侧直导线靠近,则环上的感应电流方向为逆时针方向D.金属环向右侧直导线靠近,则环上的感应电流方向为逆时针方向【解析】选D。金属环向上或向下运动时穿过金属环的磁通量不变,由产生感应电流的条件可知选项A、B错误;金属环向左侧直导线靠近,穿过金属环的合磁通量向外并且增强,根据楞次定律可知,环上的感应电流方向为顺时针方向,选项C错误;金属环向右侧直导线靠近,穿过金属环的合磁通量向里并且增强,则环上的感应电流方向为逆时针方向,选项D正确。2.(多选)如图所示,M为水平放置的橡胶圆盘,在其外侧面均匀地带有负电荷。在M正上方用丝线悬挂一个闭合铝环N,铝环也处于水平面中,且M盘和N环的中心在同一条竖直线O1O2上,现让橡胶圆盘由静止开始绕O1O2轴按图示方向逆时