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第四节楞次定律第五节电磁感应中的能量关系

右手定则与左手定则应用比较
比较项目右手定则左手定则
作用判断感应电流的方向判断通电导体所受磁场力的方向
已知条件已知运动方向和磁场方向已知电流方向和磁场方向
图例
因果关系运动→电流电流→运动
应用实例发电机电动机
1.如图1-4-1所示,导体AB、CD可在水平轨道上自由滑动,且两水平轨道在中央交叉处互不相通。

当导体棒AB向左移动时( )
A.AB中感应电流的方向为A到B
B.AB中感应电流的方向为B到A
C.CD向左移动
D.CD向右移动
1.对楞次定律的理解
(1)楞次定律表明的是感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场的变化,即结果阻碍原因。

(2)阻碍并非阻止。

阻碍的结果仅是使变化延缓,而不能阻止变化,最终结果是该增大的仍然要增大,该减小的仍然要减小。

2.楞次定律的应用
(1)感应电流(感应电动势)方向的判断:
①明确原磁场,即弄清原磁场的方向及闭合回路中磁通量的变化情况。

②确定感应电流的磁场。

根据楞次定律的“阻碍”原则,结合原磁场的变化确定出感应电流的磁场方向。

原磁通量增大,则感应磁场与原磁场方向相反;反之则相同。

③判定感应电流的方向。

根据感应电流的磁场运用安培定则判断出感应电流的方向。

(2)回路运动情况的判断:
由于相对运动导致的电磁感应现象,感应电流的效果是阻碍相对运动,简称口诀:“来拒去留”。

(3)回路面积变化趋势的判断:
电磁感应致使回路面积有变化趋势时,则收缩或扩张是为了阻碍回路磁通量的变化,即磁通量增大时,面积有收缩趋势,磁通量减少时,面积有增大趋势,简称口诀:“增缩减扩”。

3.楞次定律与右手定则的区别及联系
楞次定律右手定则


研究
对象
整个闭合电路
闭合电路的一部分,即做切割磁
感线运动的导线适用
范围
各种电磁感应现象
只适用于导体在磁场中做切割磁
感线运动的情况应用
用于磁感应强度B随时间变化而产生的
电磁感应现象较方便
用于导体切割磁感线产生电磁感
应的现象较方便
联系右手定则是楞次定律的特例
2.如图1-4-4所示,一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方,直导线与圆环在同一竖直面内,当通电直导线中电流增大时,弹性圆环的面积S和橡皮绳的长度l将( )
A.S增大,l变长 B.S减小,l变短
C.S增大,l变短 D.S减小,l变长
1.电磁感应现象中的能量转化方式
(1)如果电磁感应现象是由于磁场的变化而引起的,则在这个过程中,磁场能转化为电能。

若电路是纯电阻电路,转化过来的电能将全部转化为电阻的内能。

(2)在导线切割磁感线运动而产生感应电流时,通过克服安培力做功,把机械能或其他形式的能转化为电能。

克服安培力做多少功,就产生多少电能。

若电路是纯电阻电路,转化过来的电能也将全部转化为电阻的内能。

2.求解电磁感应现象中能量守恒问题的一般思想
(1)分析电路,分清电源和外电路。

在电磁感应现象中,切割磁感线的导体或磁通量发生变化的电路将产生感应电动势,该导体或电路就相当于电源,其余部分相当于外电路。

(2)分析清楚有哪些力做功,明确有哪些形式的能量发生了转化。

如:
①有滑动摩擦力做功,必有内能产生;
②有重力做功,重力势能必然发生变化;
③克服安培力做功,必然有其他形式的能转化为电能,并且克服安培力做多少功,就产生多少电能;
④如果是安培力做正功,就是电能转化为其他形式的能。

(3)列有关能量的关系式。

3.如图1-4-5所示,在O点正下方有一个具有理想边界的磁场,铜环在A 点由静止释放向右摆至最高点B。

不考虑空气阻力,则下列说法正确的是( )
A.A、B两点在同一水平线上 B.A点高于B点
C.A点低于B点 D.铜环将做等幅摆动
[例1] 如图1-4-6所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒PQ、MN,当PQ在外力的作用下运动时,MN在磁场力的作用下向右运动,则PQ所做的运动可能是( )
A.向右加速运动 B.向左加速运动
C.向右减速运动 D.向左减速运动
[借题发挥]
解决这类问题的关键是抓住几个定则的因果关系:
(1)因电而生磁(I→B)→安培定则;
(2)因动而生电(v、B→I感)→右手定则;
(3)因电而受力(I、B→F安)→左手定则。

可概括记忆为“通电受力用左手,运动生电用右手”。

1.如图1-4-7所示,AB是固定的通电直导线,闭合导线框P与AB在同一平面内,当P远离AB匀速运动时,闭合导线框中的感应电流( )
A.为零 B.大小不变,方向顺时针
C.逐渐增大,方向逆时针 D.逐渐减小,方向顺时针
[例2] 如图1-4-8所示,光滑固定导轨M、N水平放置,两根导体棒P、Q平行放于导轨上,形成一个闭合回路,当一条形磁铁从高处下落接近回路时( )
A.P、Q将相互靠拢 B.P、Q将相互远离
C.磁铁的加速度仍为g D.磁铁的加速度小于g
[借题发挥]
应用楞次定律结合左手定则判断感应电流所受安培力的方向时,要分析感应电流的具体方向及磁场的分布情况,而应用楞次定律的第二种表述则不必对感应电流方向及磁场的分布规律做具体分析。

2.如图1-4-9所示,两个相同的轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上,当一条形磁铁向左运动靠近两环时,两环的运动情况是( )
A.同时向左运动,间距增大 B.同时向左运动,间距减小
C.同时向右运动,间距减小 D.同时向右运动,间距增大
[例3] (2011·福建高考)如图1-4-10,足够长的U型光滑金属导轨平面与水平面成θ角(0<θ<90°),其中MN与PQ平行且间距为L,导轨平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直,导轨电阻不计。

金属棒ab由静止开始沿导轨下滑,并与两导轨始终保持垂直且良好接触,ab棒接入电路的电阻为R,当流过ab棒某一横截面的电量为q时,棒的速度大小为v,则金属棒ab在这一过程中( )
A.运动的平均速度大小为v B.下滑的位移大小为
C.产生的焦耳热为qBLv D.受到的最大安培力大小为sin θ
[借题发挥]
解决这类问题的一般思路为:
(1)分析回路,分清电源和外电路。

(2)分析清楚有哪些力做功,明确有哪些形式的能量发生了变化。

(3)列有关能量的关系式求解。

3.如图1-4-11所示,两根光滑的金属导轨,平行放置在倾角为θ的斜面上,导轨的左端接有电阻R,导轨自身的电阻可忽略不计。

斜面处在一匀强磁场中,磁场方向垂直于斜面向上。

质量为m、电阻可以不计的金属棒ab,在沿着斜面与棒垂直的恒力F作用下沿导轨匀速上滑,并上升h高度,在这一过程中( )
A.作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于零
B.作用于金属棒上的各个力的合力所做的功等于mgh与电阻R上产生的焦耳热之和
C.恒力F与安培力的合力所做的功等于零
D.恒力F与重力的合力所做的功等于电阻R上产生的焦耳热
[随堂基础巩固]
1.(2012·山东高考)以下叙述正确的是( )
A.法拉第发现了电磁感应现象
B.惯性是物体的固有属性,速度大的物体惯性一定大
C.牛顿最早通过理想斜面实验得出力不是维持物体运动的原因
D.感应电流遵从楞次定律所描述的方向,这是能量守恒定律的必然结果
2.闭合电路的一部分导体在磁场中因切割磁感线而产生了感应电流,在如图1-4-12所示的图中,B、v、I方向均正确的是( )
3.如图1-4-13所示,匀强磁场与圆形导体环平面垂直,导体ef与环接触良好,当ef向右匀速运动时( )
A.圆环中磁通量不变,环上无感应电流产生
B.整个环中有顺时针方向的电流
C.整个环中有逆时针方向的电流
D.环的右侧有逆时针方向的电流,环的左侧有顺时针方向的电流
4.如图1-4-14所示,闭合螺线管固定在置于光滑水平面上的小车上,现将一条形磁铁从左向右插入螺线管中的过程中,则( )
A.车将向右运动
B.使条形磁铁向右插入时外力所做的功全部转变为电能,最终转化为螺线管的内能
C.条形磁铁会受到向左的力
D.车会受到向左的力
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