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1、 1 / 13第十二章第十二章 电磁感应电磁感应本章学习提要本章学习提要1掌握楞次定律能熟练应用楞次定律判断磁通量发生变化时感应电流的方向。 2掌握导体切割磁感线时感应电动势大小的计算方法，但仅限于 B、l、v 三者相互垂 直的简单情况。 电场感应现象的产生条件以及判别导体切割磁感线时感应电流方向的“右手定则” ，在 基础型课程中已经做了阐述。在此基础上，本章内容进一步探讨反映磁通量发生变化时感 应电流方向的规律楞次定律，并要求对导体切割磁感线时感应电流的大小进行定量计 算。楞次定律是本章重点探索研究的内容，要求通过实验归纳得出结论。 本章内容虽只有两个知识点，但均属于“掌握”级要求，通过学习
2、，对电磁学规律在 人类文明发展中作用的认识要提升到一个新的高度。A 楞次定律楞次定律一、学习要求一、学习要求掌握楞次定律，能熟练运用楞次定律判断感应电流的方向。从能的转化和守恒的角度 理解楞次定律的内涵，深入认识电磁感应现象的本质。 采用分组方式对“磁通量变化时感应电流的方向”进行实验探究，经历根据实验记录 归纳出规律性结论的过程。 通过回顾从法拉第发现电磁感应现象到楞次总结出判断感应电流的方向的规律的过程， 感悟人类对自然规律的发现和应用，是与历代科学家的贡献分不开的。二、要点辨析二、要点辨析1在在“楞次定律楞次定律”探索实验中，如何使实验效果更好探索实验中，如何使实验效果更好实验前先设计好
3、实验方案，画出记录实验过程的表格，然后根据实验记录分析、归纳 出规律性的结果。在具体实施第一个方案时（课本第 60 页） ，很可能找不到什么规律，可 以再进一步用电流变化改变磁通量的电路（见基础型课程课本图 11-7） ，代替磁铁的插入、 拉出，以拓宽认识磁通量发生变化的各种形式，使实验效果更好，更有说服力。2 / 132如何理解楞次定律的内涵如何理解楞次定律的内涵感应电流的磁场总是要阻碍原磁场磁通量的变化：原磁场增强时，感应电流的磁场阻 碍它增强，跟原磁场反向；原磁场减弱时，感应电流的磁场阻碍它减弱，跟原磁场同向。 在导体与磁体做相对运动时，如何理解感应电流的磁场总是阻碍相对运动呢？以拓展型
4、课 程（第二册）图 12-3 为例，当磁棒的 N 极插入线圈时（图 a） ，线圈中产生感应电流， 这载流线圈就相当于一根条形磁铁，N 极面向磁棒的 N 极，结果两个 N 极之间互相排斥， 其效果是反抗磁棒的插入。当把磁棒的 N 极从线圈中拔出时（图 b） ，线圈中产生感应电流， 相当于条形磁铁的 S 极在上端，它和磁棒的 N 极互相吸引，其效果是阻止磁棒的拔出。所 以，楞次定律还可以表述为：感应电流产生的效果总是反抗引起感应电流的原因。这里所 说的“效果” ，既可理解为感应电流激发的磁场，也可以理解为因感应电流引起的机械作用； 这里所说的“原因” ，既可指原磁场磁通量发生变化，也可指引起磁通量
5、变化的相对运动或 回路的形变。3如何理解如何理解“楞次定律符合能的转变和守恒定律楞次定律符合能的转变和守恒定律”我们知道，感应电流在闭合回路中流动时将释放焦耳热。根据能量守恒定律，能量不 可能无中生有，这部分热只可能从其他形式的能量转化而来，按照楞次定律，把磁棒插入 线圈或从线圈中拔出（见课本图 12 -3） ，外力都必须克服斥力或引力做机械功，在做功过 程中把机械能转化成电能，通过感应电流做功又转化为焦耳热。设想感应电流的“效果” 不是反抗引起感应电流的“原因” ，而是促进相对运动，那么只要用外力把磁铁稍稍移动一 下，感应电流使磁铁动得更快些，于是感应电流增大了，这个增大又进一步加速相对运
6、动如此不断反复加强，由最初微小移动做的功，就能得到无穷大的动能和电能，这显 然是与能的转化和守恒定律相违背的，所以，感应电流的方向必定遵从楞次定律所表述的 规律。这充分说明楞次定律实际上就是能的转化和守恒定律在电磁感应现象中的具体表现。4楞次定律的应用楞次定律的应用在应用楞次定律解决实际问题时，按下列四个步骤判定感应电流的方向：明确原磁 场方向；确定原磁场的磁通量是增强还是减弱；根据楞次定律确定感应电流磁场的方 向（跟原磁场同向还是反向） ；用安培定则确定感应电流方向。在这四步中步骤是核心 所在。画成图表如下： 明确原磁场方向 确定原磁场的变化情况 感应电流的 磁场方向 感应电流 的方向楞次定
7、律安培定则5楞次定律与右手定则一致吗楞次定律与右手定则一致吗在导体切割磁感线而产生感应电流的情况下，运用楞次 定律判断感应电流方向，与用右手定则判断的结果是一样的，Comment jf1: 向右Comment jf2: B3 / 13如图 12-1 所示，在两根平行的光滑导轨上，垂直放置两条直导线，整个装置处在垂直于轨 道平面向下的匀强磁场中，当导线 cd 向右滑动的过程中，用右手定则判断可知，cd 导线 中感应电流方向是 dcabd，ab 导线受向右安培力作用而向右运动，若用楞次定律分析，当 cd 向右滑动时，回路中磁通量增大，感应电流磁场应阻碍磁通量增大，所以它的方向跟原 磁场方向相反（垂
8、直于轨道平面向上） ，用安培定则可知感应电流方向也是 dcabd，最后得 到 ab 导线向右运动的相同结果。三、例题分析三、例题分析【示例 1】在图（a）中，当磁铁突然向铜环运动时，铜环是向左摆动还是向右摆动？【分析】可从以下三个角度认识楞次定律： 从磁通量变化的角度看，电磁感应产生的效果总是阻碍磁通量的变化； 从导体和磁体相对运动看，电磁感应产生的效果总是阻碍相对运动； 从能量守恒的角度看，电磁感应总有能量的转化。从机械能转化为电能时，总要克服电 磁力做功。 【解答】 从磁通量变化的角度看，磁铁的磁场方向向左，磁铁向右运动时，穿过铜环的磁通 量增加，铜环产生的感应电流的磁场阻碍它增加，感应电
9、流磁场方向向有，由安培定则可 知，从左向右看，感应电流是顺时针方向。现将铜环中的圆电流看作由许多极短的直线电 流组成，取上、下两段用左手定则可知安培力向右图（b），线圈向右摆动。 磁铁向右运动时，铜环产生的感应电流的磁场总是阻碍它们之间的相对运动，感应 电流磁场可等效为一条形磁铁图（c），它们之间相斥，因此铜环向右摆动。 从能量守恒的角度看，磁铁向右运动时，铜环产生感应电流，机械能转变为电能， 磁铁的 S 极靠近铜环时必定要克服阻力做功，因此铜环一定跟磁铁相斥，即向右摆动。 从上述分析可知，在不同情况下可从不同角度应用楞次定律，得到相同结果，但本题 的情景用第二种表述最为简洁。【示例 2】一平
10、面线圈用细杆悬于 P 点，开始时细杆处于 水平的位置，释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动， 且线圈平面始终与纸面垂直，当线圈第一次通过位置 和位置时，顺着磁场的方向看，线圈中感应电流的方 向分别为（ ） （A）位置逆时针方向，位置逆时针方向 （B）位置逆时针方向，位置顺时针方向 （C）位置顺时针方向，位置顺时针方向 （D）位置顺时针方向，位置逆时针方向Comment jf3: 顺时针方向Comment jf4: 左 ABFEA，右 ABCDA，可以Comment jf5: （1）有，ab（2） 无（3）有，baComment jf6: AC4 / 13【分析】细杆由水平位置释放后，线圈平面与
11、磁感线的夹角由 0增大到 90的过程中，穿 过线圈的磁通量增大。根据楞次定律可知，感应电流磁场方向跟原磁场反向，所以，当线 圈在位置时，顺着磁场的方向看，其感应电流方向是逆时针的。接着，线圈平面与磁感 线的夹角由 90再增大，穿过线圈的磁通量在减小，感应电流的磁场方向跟原磁场相同， 所以，当线圈在位置时，顺着磁场的方向看，感应电流方向是顺时针的。 【解答】 （B） 。四、基本训练四、基本训练1如图所示，A 和 B 是两个同心导体圆环，A 中通以顺时针方向的电流，在图里标出当 A 中电流减小时，B 中的感应电流方向。2图中的 CDEF 是闭合金属框，当导体 AB 向右运动时，用楞次定律判断左、右
12、两个回路 中感应电流的方向，用右手定则可以判断出来吗？3图中线圈 M、P 绕在同一铁芯上。在下列各种 情况下，电流表中有无电流通过？如果有电流， 流过电流表的方向如何？ （1）当合上开关 S 的一瞬间； （2）当线圈 M 里有恒定电流时； （3）当断开开关 S 的一瞬间。4下列关于楞次定律的说法中，错误的是（ ） （A）感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量 （B）感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化 （C）感应电流的磁场总与引起感应电流的磁场方向相反Comment jf7: CComment jf8: DComment jf9: （1）Q 是 N 极，P 是 S 极；（2）搬
13、动时，灵敏电流计 里的线圈由于受到振动而在磁场内来 回摆动，穿过线圈的磁通量在不断变 化。用导线将它的正负接线柱连接后 形成闭合回路，在线圈中产生感应电 流，感应电流的磁场阻碍它跟原磁场 间的相对运动，于是线圈会很快停止 摆动，起到保护作用。Comment jf10: 当条形磁铁 S 极接近 A 环时，由于闭合铝环中有感应电流， 根据楞次定律可知横杆将作顺时针 （俯视）旋转；若离开 A 环将作逆时 针（俯视）旋转。当条形磁铁移近 B 环时，由于 B 环不闭合，B 环中虽有 感应电动势，但没有感应电流，所以 横杆不动。用磁铁的 N 极做上述实验 会得到同样的结果。Comment jf11: C5
14、 / 13（D）感应电流的磁场方向也可能与引起感应电流的磁场方向一致5某磁场的磁感线如图所示，一铜线圈自位置 A 落到位置 B，在下落 过程中，自上向下看，线圈中的感应电流方向是（ ） （A）始终顺时针 （B）始终逆时针 （C）先顺时针再逆时针 （D）先逆时针再顺时针6在一根光滑的绝缘直杆上套有两个轻铝环 A 和 B。当用一条形磁铁的 N 极自右向左插入铝环时 （如图所示） ，两铝环的运动情况是（ ） （A）同时向右移动，相互间距离拉大 （B）同时向右移动，相互间距离缩短 （C）同时向左移动，相互间距离拉大 （D）同时向左移动，相互间距离缩短7如图所示是一种灵敏电流计结构示意图。 （1）根据图
15、上正负接线柱和指针偏转方向，在图上画 出电流流过线圈的方向，以及磁体 P、Q 的极性。 （2）在搬运灵敏电流计时，为了不使它因指针的摆动 而损坏，常用导线将它的正负接线柱连接起来，请说 明这样做的原因。8【小实验】如图所示，在能够绕竖直轴自由 旋转的横杆的两端，固定着 A、B 两个铝环， 其中 A 环闭合，B 环是不闭合的。将条形磁铁 的 S 极分别移近或离开 A 环、B 环时，会产生 什么现象？若用条形磁铁的 N 极重复上述实验， 情况又如何？请你亲手做一做，并解释你观察 到的现象。9如图所示，有一个带正电的粒子，沿一个圆环形导体的上方 在圆环表面匀速掠过，关于圆环中有无感应电流的情况是（
16、） （A）圆环中没有感应电流 （B）圆环中有顺时针方向的感应电流 （C）粒子靠近时，圆环中有逆时针方向的感应电流，离开时 有顺时针方向的感应电流 （D）粒子靠近时。圆环中有顺时针方向的感应电流，离开时有逆时针 方向的感应电流Comment jf12: DComment jf13: AComment jf14: AComment jf15: AC6 / 1310竖直放置的圆形线圈，自上向下匀速掠过通有稳恒电流 I 的长直导线，导线中电流方 向如图所示。当线圈经过图中、三个位置时，线圈中感应电流的方向是（ ） （A）都沿逆时针方向 （B）经过位置、时沿顺时针方向，经过位置时没有感应电流 （C）经过位置、时沿顺时针方向，经过位置时沿逆时针方向 （D）经过位置、时沿顺时针方向，经过位置时沿逆时针方向11
