内容来源|普通高中教科书 物理 选择性必修第二册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
在他(法拉第)的眼中,华丽的宫廷和布拉顿高原上的雷雨比起来,算得了什么?皇家的一切器具和落日比较起来,又算什么?我之所以说出雷雨和落日,因为这些现象在他的心里,都可以挑起一种狂喜¼¼—丁铎尔
实验
实验思路
穿过闭合回路的磁通量变化是产生感应电流的条件,那么感应电流的方向可能与磁通量的变化有关。
感应电流的方向与磁通量变化不容易建立起直接的联系,那么,转换一个角度思考,磁体周围存在磁场,感应电流也会产生磁场。感应电流磁场的磁通量与磁体磁场的磁通量有没有联系呢?
实验装置
线圈与电流表相连,把磁体某一个磁极插入线圈中,再从线圈中抽出,电流表指针发生偏转。
实验过程
根据实验结果,分别标出不同情况下磁体的N极、S极的运动方向以及感应电流的方向。
条形磁铁的N极或S极插入闭合线圈时,穿过线圈的磁通量增大,N极或S极抽出时,穿过线圈的磁通量减小。
理论推理
实验并不能直接显示出感应电流的方向与磁通量变化的关系。
穿过线圈的磁通量增大时,如果磁场的方向不同,感应电流的方向不相同。
穿过线圈的磁通量减小时,如果磁场的方向不同,感应电流的方向也不同。
分析磁体的磁场和感应电流的磁场。
由于线圈的横截面积是不变的,磁体磁通量的变化可以用磁场的变化为体现。
研究穿过线圈的磁通量增大的情况
发现
当穿过线圈的磁通量增大时,感应电流的磁场与磁体的磁场方向相反,阻碍磁通量的增加。
根据实验结果填写:磁通量减小的情况
讨论
穿过线圈的磁通量减小时,感应电流的磁场与磁体磁场的方向是相同还是相反?是有助于磁通量的减小,还是阻碍了磁通量的减小?
楞次定律
1834年,俄国物理学家楞次在分析了许多实验事实后,得到了关于感应电流方向的规律。
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。
感应电流沿着楞次定律所述的方向,是能量守恒定律的必然结果。
由于电阻的存在,感应电流在闭合回路中流动时将产生热量。
能量不可能无中生有,感应电流产生的热量只可能从其他形式的能量转化而来。
实验中,磁极插入线圈或从线圈内抽出时,推力或拉力都必须做机械功,做功过程中消耗的机械能转化成感应电流的电能。
思考与讨论 如图,用绳吊起一个铝环,用磁体的任意一极去靠近铝环,会产生什么现象?把磁极从靠近铝环处移开,会产生什么现象?解释发生的现象。
例题1 法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图所示,软铁环上绕有M、N两个线圈,当线圈M电路中的开关断开的瞬间,线圈N中的感应电流沿什么方向?
判断线圈N中的原磁场B0的方向
线圈M中的电流在铁环中产生的磁感线是顺时针方向的,这些磁感线穿过N线圈的方向是向下的,即线圈N中原磁场B0的方向是向下的。
判断线圈N中的磁通量的变化情况
开关断开的瞬间,铁环中的磁场迅速减弱,线圈N中的磁通量减小。
判断线圈N中磁应电流磁场B1的方向
感应电流的磁场B1要阻碍磁通量的减小,所以,B1的方向与B0的方向相同,即线圈N中B1的方向也是向下的。
判断线圈N中的感应电流方向
根据右手螺旋定则,由B1的方向判定线圈N中感应电流的方向。
例题2 如图所示,在通有电流 I 的长直导线附近有一个矩形线圈ABCD,线圈与导线始终在同一个平面内。线圈在导线的一侧,垂直于导线左右平移时,其中产生了A®B®C®D®A方向的电流。已知距离载流直导线较近的位置磁场较强。请判断:线圈在向哪个方向移动?
判断矩形线圈所处位置的磁感线分布
由右手螺旋定则判断,长直导线在矩形线圈一侧的磁感线方向垂直纸面里,用“´”表示。
判断矩形线圈中感应电流的磁场方向
矩形线圈中感应电流方向是A®B®C®D®A,根据右手螺旋定则,感应电流的磁场方向是垂直纸面向外的(即指向读者,用“×”表示)。
判断矩形线圈中磁通量的变化情况
根据楞次定则,感应电流的磁场应该是阻碍穿过线圈的磁通量变化的。现已判明感应电流的磁场跟原来的磁场方向相反,因此线圈移动时通过它的磁通量一定是在增大。
思考与讨论 用楞次定律分析,闭合导体回路的一部分做切割磁感线运动时,怎样判定感应电流的方向?如图所示,假定导体棒CD向右运动,判断感应电流应该向哪个方向?
当导体棒CD向右运动时,穿过这个闭合导体回路的磁通量是增大还是减小?
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个平面内;让磁感线从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。
归纳推理是从一类事物的部分对象所具有的某种属性出发,推理出这类事物的所有对象都具有共同属性的推理方法,也就是由具体结论推理出一般规律的方法。
楞次定律的得出就运用了归纳推理。
通过研究不同磁极插入和拔出线圈等的实验现象,逐步归纳推理得出反映感应电流方向的规律。