高2下册人教版物理 楞次定律习题课 逐字稿-5,109字

  师:同学们好,今天我们一起学习物理选修3 - 2第四章第三节楞次定律。之前我们学过两种判断感应电流方向的方式。当闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动时,可用右手定则判断。将拇指与其余四指垂直,且都在手掌平面内,让磁感线从掌心进入,拇指指向导体运动方向,此时四指所指方向就是感应电流方向。

  我们上节课还学习了楞次定律: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。但楞次定律没有直接告诉我们感应电流方向如何判断,而是总结了与感应电流相关的三个要素:磁通量、感应电流磁场方向、原磁场方向。当磁通量变大,感应电流磁场方向和原磁场方向相反,以阻碍磁通量变大;磁通量减小,感应电流磁场方向和原磁场方向相同,来阻碍磁通量减小。那如何利用这个定律判断感应电流方向呢?我们可以通过感应电流磁场方向结合安培定则来判断。下面我们用这种方法判断一下感应电流的方向。

  例题一,如图所示,在水平放置的条形磁铁的N极附近,一闭合线圈向下运动,并始终保持水平。在位置B,N极附近的磁感线正好与线圈平面平行。请判断线圈在A、B、C位置时感应电流的方向。大家看看题目,找出关键描述。第一,线圈向下运动;第二,在位置B,N极附近磁感线正好和线圈平面平行。大家思考一下,在B位置,线圈正好与磁感线平行,这告诉了我们什么物理量呢?没错,是磁通量。在B位置时线圈的磁通量为0。

  现在我们一起分析A到B过程,从上往下看,A到B过程回路的磁感线强度方向是怎样的呢?通过题目所给图,磁感线是从下往上穿,从上往下看,我们可以用点来表示。那A到B过程中磁通量如何变化呢?根据刚才分析,B位置磁通量为0,所以A到B磁通量应该是逐渐减小。磁通量逐渐减小,感应电流磁场方向要怎样才能阻碍磁通量减小呢?没错,它的方向应该和原磁场方向相同,我们也用点来表示。现在我们已经分析出感应电流磁场的方向,再结合安培定则判断感应电流方向。伸开右手,四指弯曲,大拇指方向为感应电流磁场的方向,这时四指的指向就是感应电流的方向。所以这个过程感应电流方向,从上往下看是逆时针的。

  好,我们再一起分析B到C过程。在这个过程中,穿过这个平面的磁感强度方向如何表示呢?根据图像,磁感线在B到C过程中是从这个平面从上往下穿,因此我们可以用叉来表示。那B到C磁通量如何变化呢?B位置磁通量为0,C位置磁通量不为0,所以从B到C过程中,磁通量是增大的。

  磁通量增大,感应电流的磁场方向如何呢?感应电流磁场为了阻碍磁场增大,它的方向应该和原磁场方向相反,所以我们可以用点来表示。再次根据安培定则判断这时的感应电流方向,伸开右手四指弯曲,大拇指方向是感应电流磁场的方向,四指方向便是感应电流的方向,所以从上往下看是逆时针。我们分析了A到B过程,也分析了B到C过程,发现从A到B再到C过程,感应电流方向始终是逆时针,没有发生变化。

  我们通过楞次定律感应电流磁场方向和原磁场方向的关系,判断出了感应电流的方向,那还有其他应用吗?我们来看下面这道题。

  在探究楞次定律实验中,使用不知名磁极的强力磁体向下靠近螺线管,螺线管中产生方向如图所示的感应电流。分析靠近螺线管磁体的磁极是N极还是S极。大家先思考两个问题,第一个问题,如何判断磁体的极性?第二个问题,题目中哪些是关键描述。第一个问题,我们可以通过磁体磁感线分布的情况来确定磁体极性。第二个问题,题目中关键描述,老师觉得第一个关键条件是螺线管中产生如图所示方向的感应电流,这是不是告诉我们在这个过程中螺线管产生了感应电流方向?知道感应电流方向,我们就可以由安培定则判断感应电流产生的磁场方向。伸出右手,四指弯曲,四指的方向便是螺线管电流方向,这时大拇指的指向就是感应电流产生的磁场方向,所以我们发现螺线管产生的磁场方向应该是向上的。

  第二个关键描述是磁体向下靠近螺线管,那对于螺线管的磁通量会有什么影响呢?当离磁体越近,磁感强度越强,螺线管的磁通量也是逐渐变大的。现在通过分析,感应电流的磁场方向向上,磁通量要变大,感应电流磁场要阻碍磁通量变大,说明原磁场方向应该和感应电流磁场方向有什么关系呢?没错,方向相反。因此我们可以判断磁体的磁感强度方向应该是向下的。

  现在我们找出磁体周围磁场的分布情况,结合之前学习的磁体磁感线分布情况,就能确定在靠近螺线管的一侧,它磁极应该是N极。所以这题答案就是N极。通过前面两个例题,我们由磁通量变化情况、磁感线强度的方向判断出感应电流方向;第二题通过感应电流的方向和磁通量变化情况确定了磁极方向。那大家思考一下,怎么去判断原磁场的变化情况呢?我们来看例题3。

  如图所示,在长直载流导线MN附近有一个矩形线圈ABCD,线圈与导线始终在同一个平面内。直导线通以N到M的变化电流,在线圈中产生了顺时针方向的感应电流,问导线中电流如何变化?

  我们还是看看题目里关键描述以及对应的物理量。第一个关键描述是在线圈中产生了顺时针方向的感应电流,这又告诉我们感应电流方向,我们是不是可以通过安培定则判断它的磁场方向?伸开右手,四指方向为电流方向,大拇指方向为磁场方向,我们可以判断在线圈内部它产生的磁场方向应该是往里的,我们用叉来表示。第二个原磁场方向,题目中有个关键描述,直导线通以N到M的电流,大家想一下线圈中它的原磁场是谁产生的?是不是这个通电直导线?我们来分析下N到M这样一个直导线,电流在它周围产生怎样的磁场。再次用到安培定则,这时由于导线是直线电流,大拇指方向是电流方向,四指方向是磁感线的方向。我们发现这样的磁场在线圈平面内,它的方向应该是往外的,我们用点来表示。通过分析我们找出在这个过程中感应电流磁场的方向和原磁场的方向,结果发现二者方向相反。大家判断一下磁通量会如何变化才能使这两个磁场方向相反呢?没错,应该是增大。由于线圈平面和导线始终在同一个平面内,面积不变。

  磁通量变大,说明磁场应该如何变化?应该是逐渐增加的,这个磁场是通电直导线产生的,对于通电直导线来说,电流越大磁场越强,所以我们可以判断MN的电流应该是变大的,最终分析出N到M这个过程中的变化电流应该是逐渐变大。通过前面三个例题,我们在利用楞次定律解决问题时发现,关键要理解好楞次定律中“阻碍”这个词的重要性。下面我们换个角度看看楞次定律里“阻碍”有没有其他含义。

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