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第3节楞次定律第四章电磁感应1．理解楞次定律的内容。2．应用楞次定律判定有关感应电流的方向。3．会用右手定则及楞次定律解答有关问题。1．楞次定律的内容是：感应电流具有这样的方向，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。2．楞次定律可广义地表述为：感应电流的“效果”总是要反抗(或阻碍)引起感应电流的“原因”，常见的有三种：(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”)。3．闭合导体回路的一部分做切割磁感线运动时，可用右手定则判断感应电流的方向。01课前自主学习一、探究感应电流的方向1．实验探究(1)选旧干电池用试触的方法明确电流方向与电流表指针偏转方向之间的关系。结论：电流从哪一侧接线柱流入，指针就向哪一侧偏转，即左进偏，右进偏。□1左□2右(2)实验装置将螺线管与电流计组成闭合电路，如图所示。(3)实验记录分别将条形磁铁的N极、S极插入、抽出线圈，如图所示，记录感应电流的方向如下。2．探究感应电流方向的实验记录3．归纳总结(1)当线圈内磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向；(2)当线圈内磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向；□13相反□14相同(3)条形磁铁靠近线圈时，两者相斥(来者拒)；条形磁铁远离线圈时，两者相吸(去者留)。4．楞次定律(1)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磁通量的。(2)楞次定律的理解①感应电流的磁场不一定与原磁场方向相反，只是在原磁场的磁通量增大时两者才相反，在磁通量减小时，两者是同向的，即“”。□15阻碍□16变化□17增反减同②“阻碍”并不是“阻止”。例如：当原磁通量增加时，感应电流的磁场只能“阻碍”其增加，而不能“阻止”其增加，即磁通量最终还是要增加。③楞次定律本身并没有直接给定感应电流的方向，只是给定感应电流的磁场与原磁场间存在着“阻碍磁通量变化”的关系，要注意区分这两个磁场，明白两磁场之间的相互关系。判一判(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。()×提示：由楞次定律的内容知，原磁通量增加时，感应电流磁场与原磁场方向相反，原磁通量减少时，两磁场方向相同。(2)电路不闭合，穿过回路的磁通量变化时，也会产生“阻碍”作用。()×提示：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)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量的变化。()√二、右手定则1．使用方法：伸开右手，使拇指与其余四个手指，并且都与手掌在内；让磁感线从进入，使指向导线运动的方向，这时所指的方向就是感应电流的方向。如图所示。□1垂直□2同一个平面□3掌心□4拇指□5四指2．适用范围：适用于电路部分导体产生感应电流的情况。□6闭合□7切割磁感线想一想判断感应电流的方向时，右手定则和楞次定律如何选择？提示：要根据产生感应电流的具体情况确定。(1)回路中的导体不动，磁通量变化时，只能根据楞次定律判断感应电流的方向，不能用右手定则。(2)回路中的一部分导体做切割磁感线运动时，根据右手定则判断感应电流的方向比较方便。(3)所有情况都可以应用楞次定律进行判断，但方便程度不同。02课堂合作探究考点对楞次定律的理解1．内容：感应电流具有这样的方向，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．．。2．因果关系：闭合导体回路中磁通量的变化是因，产生感应电流是果；原因产生结果，结果又反过来影响原因。3．“阻碍”二字的含义楞次定律中的“阻碍”作用，正是能量守恒定律的反映，在克服这种阻碍的过程中，其他形式的能转化为电能。楞次定律的理解——“阻碍”的含义例如，在图中，abcd是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框，E是电源，当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑行时，电路中电流减小，线框所在位置的磁感应强度B减小，穿过线框的磁通量减小，这时线框就以增大有效面积的方式来阻碍磁通量的减小，于是线框将顺时针转动。4．弄清“阻碍”与“阻止”“相反”的区别(1)阻碍不是阻止，最终引起感应电流的磁通量还是发生了变化，是“阻而未止．．．．”。(2)阻碍不是相反。当引起感应电流的磁通量增加．．时，感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相反．．；当引起感应电流的磁通量减少．．时，感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向相同．．(增反减同)。(3)涉及相对运动时，阻碍的是导体与磁体的相对运动，而不是阻碍导体或磁体的运动。例1如图所示，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，线圈中感应电流的方向分别为()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线圈第一次通过位置Ⅰ时磁通量的方向及变化是向右增加，线圈第一次通过位置Ⅱ时，磁通量的方向及变化是向右减少。[解析]线圈通过位置Ⅰ，线圈在垂直于磁场方向上的面积增大，穿过线圈的磁通量增加。根据楞次定律，感应电流的磁场与原磁场方向相反为向左，再根据安培定则，感应电流的方向为逆时针方向。同理，可判断出线圈通过位置Ⅱ时，穿过线圈的磁通量减小，感应电流为顺时针方向，因此B正确。应用楞次定律判断感应电流方向的步骤(1)明确所研究的闭合回路，判断原磁场方向。(2)判断闭合回路内原磁场的磁通量变化。(3)依据楞次定律判断感应电流的磁场方向。(4)利用右手螺旋定则(安培定则)判断感应电流的方向。[变式训练1]如图所示，固定的水平长直导线中通有电流I，矩形线框与导线在同一竖直平面内，且一边与导线平行，线框由静止释放，在下落过程中()A．穿过线框的磁通量保持不变B．线框中感应电流方向保持不变C．线框所受安培力的合力为零D．线框的机械能不断增大解析线框下落过程中距离直导线越来越远，磁场越来越弱，但磁场方向不变，所以磁通量越来越小，根据楞次定律可知感应电流的方向不变，A错误，B正确；线框左边和右边所受安培力总是大小相等，方向相反，但上下两边磁场强弱不同，安培力大小不同，合力不为零，C错误；下落过程中安培力做负功机械能越来越小，D错误。考点楞次定律的应用1．应用楞次定律的基本思路应用楞次定律判定感应电流方向的思路，可以概括为：上图描述了磁通量变化、磁场方向、感应电流方向三个因素的关系，只要知道了其中任意两个因素，就可以确定第三个因素。2．电磁感应现象中“阻碍”作用的拓展电磁感应现象中，感应电流产生的效果总要反抗(或阻碍)引起感应电流的原因，常见的“阻碍”现象有以下几种：3．回路运动情况、面积变化趋势的判断方法电磁感应现象中，产生感应电流的导体在磁场中要受到安培力，从而产生运动及回路面积变化趋势。判断运动或面积变化趋势的方法有：(1)一般方法(2)根据楞次定律的推论进行判断①若是由于相对运动产生电磁感应现象，则感应电流所产生的力的效果阻碍相对运动(来拒去留．．．．)。②电磁感应现象中，回路面积变化总要阻碍磁通量的变化(增缩减扩．．．．)。例2如图所示，当条形磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是()A．向右摆动B．向左摆动C．静止D．不能确定1.楞次定律在应用中有哪几种常见形式？2．如图所示，当磁铁向线圈运动时，穿过线圈的磁通量如何变化？提示：“增反减同”“来拒去留”“增缩减扩”。提示：向左的磁通量在增加。[解析]解法一：微元分析法．．．．．。画出铜环所在位置条形磁铁的磁场分布示意图，由楞次定律判断出环中感应电流的方向，将环等效为多段微小直线电流元，取上、下两小段电流进行研究，由左手定则判断出它们的受力方向如图甲所示，由此可知，整个铜环所受的合力向右，且环有向内收缩的趋势，故A正确。解法二：等效分析法．．．．．。磁铁向右运动时，使铜环产生感应电流后可等效为一条形磁铁。如图乙所示，则两磁铁有排斥作用，故A正确。解法三：推论法．．．。磁铁向右运动时，由楞次定律的另一种表述可知，铜环因产生感应电流而受到的安培力总是阻碍导体间的相对运动，即“来拒去留”，故A正确。应用楞次定律的常见方法汇总(1)微元分析法。(2)等效分析法。(3)推论法。纵观上述三种方法判断运动情况时，应用推论法分析最简单方便。[变式训练2](多选)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．安培力方向水平向左D．安培力方向水平向右解析以导体棒MN为研究对象，所处位置磁场方向向下，MN的运动方向向右。由右手定则可知，感应电流方向是N→M；再由左手定则可知，安培力方向水平向左。考点楞次定律、右手定则、左手定则的应用比较1．从研究对象上说，楞次定律研究的是整个闭合电路，右手定则研究的是闭合电路的一部分，即一段做切割磁感线运动的导体。2．从适用范围上说，楞次定律可应用于由磁通量变化引起感应电流的各种情况，右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况，导体不动时不能应用。3．安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的应用比较如图所示，当导体棒向左平动切割磁感线而产生感应电流时，用右手定则可判断出感应电流的方向是a→b，再利用左手定则可判断出ab所受安培力的方向为水平向右(与导体相对磁场运动的方向相反，这一现象也进一步说明了感应电流在电磁感应现象的“阻碍”作用)，也可利用楞次定律判断出ab中感应电流的方向。涉及安培力、洛伦兹力用左手定则，即“左．力．”；涉及“电生．磁”用右．手螺旋定则(安培定则)，涉及“磁生．电”用楞次定律(结合右．手螺旋定则)或右．手定则，即“右生．．”。总结为四个字“左力右生．．．．”。例3边长为h的正方形金属导线框，从图所示位置由静止开始下落，通过一匀强磁场区域，磁场方向水平，且垂直于线框平面，磁场区高度为H，上、下边界如图中虚线所示(Hh)，从线框开始下落到完全穿过磁场区的全过程中()A．线框中总有感应电流存在B．线框中感应电流方向是先顺时针后逆时针C．线框中感应电流方向是先逆时针后顺时针D．线框受到磁场力的方向有时向上，有时向下右手定则的适用范围是闭合电路的一部分在磁场中做切割磁感线的运动，是用来判断感应电流的方向的定则。提示：右手定则是楞次定律的特例。楞次定律的优点是无论什么情况都能用来判断感应电流的方向。右手定则的优点是当导体切割磁感线时用来判断感应电流的方向更方便。[解析]因为Hh，当线框全部处于磁场区域内时线框内磁通量不变，线框中无感应电流，A错误；根据右手定则可知，线框进入磁场时感应电流方向是逆时针，线框离开磁场时感应电流方向是顺时针，C正确，B错误；在C项判断的基础上结合左手定则可知，线框在进出磁场过程中受到磁场力的方向总是向上，D错误。楞次定律与右手定则的选用方法有的问题只能用楞次定律而不能用右手定则，有的问题则两者都能使用，关于选用楞次定律还是右手定则，要具体问题具体分析。(1)如果导体不动，回路中的磁通量变化，要用楞次定律判断感应电流方向，而不能用右手定则判断。(2)如果回路中的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流，用右手定则判断较为简便，用楞次定律也能进行判断，但较为麻烦。(3)如果导体不动，而磁场相对导体运动，此时仍可用右手定则判断感应电流的方向，但是右手定则中拇指所指的方向不是磁场运动的方向，而是磁场运动的反方向，即仍然是导体相对磁场做切割磁感线运动的方向。[变式训练3]如图所示，导线框abcd和通电直导线在同一平面内，直导线通有恒定电流并通过ad和bc的中点，当线框向右运动的瞬间，则()A．导线框中有感应电流，且沿顺时针方向B．导线框中有感应电流，且沿逆时针方向C．导线框中有感应电流，但方向难以判断D．由于穿过导线框的磁通量为零，所以导线框中没有感应电流解析解法一：用“右手