普通高中物理选择性必修二 第二章第1节 楞次定律

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• 普通高中物理选择性必修二 第二章第1节 楞次定律
• 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
• 影响感应电流方向的因素
• 感应电流的方向与哪些因素有关？
• 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。
      • 根据右手螺旋定则判定感应电流的磁场方向。
    • 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
• 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？
  • 研究对象
    • 线圈N和电流表组成的闭合导体回路。
  • 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？
  • 研究对象
    • 矩形线圈
  • 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。
  • 判断矩形线圈的移动方向
    • 矩形线圈中的磁通量在增大，说明线圈在向左移动。
• 右手定则
• 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？
  • 研究的是哪个闭合导体回路？
  • 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？
  • 感应电流的磁场应该是沿哪个方向的？
  • 导体棒CD中的感应电流是沿哪个方向的？
• 右手定则
  • • 适用
      • 更便于判断导线切割磁感线时产生的感应电流的方向。
    • 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。
• 科学方法 归纳推理
• 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。
  • 与演绎推理不同
    • 归纳推理是从物理现象出发研究问题。
    • 演绎推理是由已知物理规律出发研究问题。
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