电磁感应 第3节 楞次定律 电磁感应原理与汽车速度计 速度计的内部结构如图(a) 所示，其中永久磁铁与汽车驱 动轴相连，汽车行驶时，永久 磁铁将被驱动轴带着同步转动 图(b)是速度计的刻度盘 永久磁铁的磁感线方向已在图(a)中画出，其中一部分 磁感线将通过用导体制成的速度盘磁感线在速度盘上的 分布显然是不均匀的，越接近磁极的地方磁感线越密当 驱动轴带动永久磁铁转动时，通过速度盘各部分的磁感线 将发生变化：在磁铁转动的前方，磁感线将变密，因此磁 感应强度将增加：而在后方，磁感应强度将减小根据法 拉第电磁感应定律，穿过导体的磁通量发生变化时，在导 体内部会产生感应电流又根据楞次定律，在磁铁转动的 前方，感应电流产生的磁感线与磁铁产生的磁感线方向相 反，它们之间互相排斥；而在后方，感应电流的磁感线与 磁铁产生的磁感线方向相同，它们之间相互吸引由于这 种排斥和吸引作用，速度盘被磁铁“推”着“拉”着，发生了转 动通过指针轴，刻度盘上的指针也随之一起转动 指针当然是不能一直转下去的，因此在指针轴上连有弹 簧游丝，游丝的另一端固定在速度计外壳上当指针转到一 定角度时，游丝被扭转，产生反向的力矩，当这个力矩跟永 久磁铁使速度盘发生转动的力矩相等时速度盘就停留在这 个位置这时，指针便指示出相应的车速 汽车行驶速度增大时，永久磁铁的转动速度也同步增大 ，速度盘中感应出的电流及相应地使速度盘发生转动的力矩 将按比例增大使指针转过更大的角度因此，车速不同 指针指出的车速值也相应不同当汽车停止行驶时，磁铁停 转弹簧游丝使指针复位指针便指在“0”处 1感应电流的磁场方向既然跟感应电流的方向有联系 ，又跟_有联系 2感应电流具有这样的方向，即感应电流的_ 总要_引起感应电流的_的变化 3右手定则：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上；让_从掌心进入， 并使拇指指向_的方向，这时四指的方向就是 _的方向 1引起磁通量变化的磁场 2磁场 阻碍 磁通量 3磁感线 导线运动 感应电流 一、实验探究 1实验设计 利用条形磁铁插入或拔出线圈时改变通过螺线管的 磁通量，利用灵敏电流表指针的偏转方向判断感应电流 的方向 2实验器材 灵敏电流表、条形磁铁、 螺线管、电源、开关、导线 3实验过程 (1)在纸上画出电路图， 如右图所示 (2)按如上图所示连接电路，闭合开关，记录下电流 表G中流入电流方向与G中指针偏转方向的关系(如果电 流从左接线柱流入，指针向右偏还是向左偏呢？) (3)记下线圈绕向，将线圈和灵敏电流表构成通路 (4)如下图所示，把条形磁铁N极(或S极)向下插入线 圈中，并从线圈中拔出，每次记下电流表中指针偏转方 向，然后根据步骤(2)的结论，判断出感应电流方向，从 而可确定B感的方向 如上图所示，在四种情况下，将实验结果填入下表得： 条形磁场 运动情况 N极向下 插入线圈 N极向上 拔出线圈 S极向下 插入线圈 S极向上 拔出线圈 原磁场方向向下向下向上向上 穿过线圈的磁 通量变化情况 增加减小增加减小 电流表指 针偏转方向 右偏左偏左偏右偏 条形磁场 运动情况 N极向下 插入线圈 N极向上 拔出线圈 S极向下 插入线圈 S极向上 拔出线圈 感应电流在 线圈中流向 自下而上 自上而下 自上而下 自下而上 感应电流 在磁场方向 向上向下向下向上 原磁场与感 应电流的磁 场方向关系 相反相同相反相同 磁体间的 作用情况 排斥吸引排斥吸引 （接上表） 4.实验分析 如上图甲所示，当磁铁的N极插入螺线管时，使螺线 管内向下的磁通量(磁铁磁场的磁通量)增大，产生的感应 电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反，阻碍着线圈内磁 通量的增大 如上图乙所示，当磁铁的N极抽出螺线管时，螺线管 内磁铁磁场的磁通量减少，产生的感应电流的磁场方向跟 磁铁的磁场方向相同，阻碍着线圈内磁通量的减少 5实验结论 一是当穿过线圈的磁通量增加时，感应电流的磁 场与原磁场的方向相反，当穿过线圈的磁通量减少时 ，感应电流的磁场与原磁场的方向相同；二是磁铁靠 近线圈时，两者相斥，当磁铁远离线圈时，两者相吸 如下图所示，闭合线圈上方有一竖直放置 的条形磁铁，磁铁的N极朝下，当磁铁向下运动时(但未 插入线圈内部) ( ) A线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同， 磁铁与线圈相互吸引 B线圈中感应电流的方向与图中箭头方向相同， 磁铁与线圈相互排斥 C线圈中感应电流的方向与图中箭 头方向相反，磁铁与线圈相互吸引 D线圈中感应电流的方向与图中箭 头方向相反，磁铁与线圈相互排斥 答案：B 变式迁移 1.如图所示，线圈两端与电阻相连构成闭合回路，在线圈 上方有一竖直放置的条形磁铁，磁铁的S极朝下在将磁铁的S 极插入线圈的过程中( ) A通过电阻的感应电流的方向由 a到 b，线圈与磁铁相互排斥 B通过电阻的感应电流的方向由 a到b，线圈与磁铁相互吸引 C通过电阻的感应电流的方向由b 到a，线圈与磁铁相互排斥 D通过电阻的感应电流的方向由b到a，线圈与磁铁相互 吸引 解析：穿过线圈的原磁场方向向上，磁通量增 加，根据楞次定律可知感应电流的磁场方向向下， 根据右手螺旋定则判断出通过电阻的感应电流的方 向由b到a，并且根据楞次定律可知感应电流的产生 阻碍相对运动，所以线圈与磁铁相互排斥 答案：C 二、楞次定律 1内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁 场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 2说明：楞次定律含有两层意义 (1)因果关系闭合导体回路中磁通量的变化是产生感应 电流的原因，而感应电流的磁场的出现是感应电流存在的结 果简要地说，只有当闭合导体回路中的磁通量发生变化时 ，才会有感应电流的磁场出现 (2)符合能量守恒定律感应电流的磁场对闭合导体回路 中磁通量的变化起着阻碍作用，这种作用正是能量守恒这一 普遍定律在电磁感应现象中的体现 3注意：明确各个物理量之间的关系 当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭 合回路中会产生感应电流，而感应电流与其他电流 一样，也会产生磁场，即感应电流的磁场，这样回 路中就存在两个磁场原来的磁场(产生感应电流 的磁场)和感应电流的磁场 4透彻理解楞次定律中“阻碍”的含义 (1)谁起阻碍作用？要明确起阻碍作用的是“感应电流的 磁场” (2)阻碍什么？感应电流的磁场阻碍的是“引起感应电流 的磁通量的变化”，而不是阻碍原磁场，也不是阻碍原磁通量 (3)怎样阻碍？当引起感应电流的磁通量(原磁通量)增加 时，感应电流的磁场就与原磁场的方向相反，感应电流的磁 场“反抗”原磁通量的增加；当原磁通量减少时，感应电流的 磁场就与原磁场的方向相同，感应电流的磁场“补偿”原磁通 量的减少 (4)“阻碍”不等于“阻止”，当由于原磁通量的增加引起感应 电流时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反，其作用仅 仅使原磁通量的增加变慢了，但磁通量仍在增加；当由于原 磁通量的减少而引起感应电流时，感应电流的磁场方向与原 磁场方向相同，其作用仅仅使原磁通量的减少变慢了，但磁 通量仍在减少“阻碍”也并不意味着“相反”在理解楞次定律 时，有些同学错误地把“阻碍”作用认为感应电流产生磁场的方 向和原磁场方向相反，事实上，它们可能同向，也可能反向 ，需根据磁通量的变化情况判断 5楞次定律也可以理解为：感应电流的效果总是要反 抗(或阻碍)引起感应电流的原因 常见有以下几种表现： (1)就磁通量而言，总是阻碍引起感应电流的磁通量(原 磁通量)的变化 (2)就相对运动而言，阻碍导体间的相对运动，简称口 诀：“来拒去留” (3)就闭合电路的面积而言，致使电路的面积有收缩或 扩张的趋势收缩或扩张是为了阻碍电路磁通量的变化 若穿过闭合电路的磁感线皆朝同一个方向，则磁通量增大 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” (4)就电流而言，感应电流阻碍原电流的变化即原电 流增大时，感应电流的方向与原电流方向相反；原电流减 小时，感应电流的方向与原电流方向相同，简称口诀：“增 反减同” 如右图所示，矩形线框与长直导线在同一 平面内，当矩形线框从直导线的左侧运动到右侧的过程 中线框内感应电流的方向为( ) A先顺时针，后逆时针 B先逆时针，后顺时针 C先顺时针，后逆时针， 再顺时针 D先逆时针，后顺时针， 再逆时针 解析：直线电流的磁场是非匀强磁场，根据右手螺 旋定则在线框所在平面上，直线电流的右侧磁场垂直 纸面向里，左侧垂直线面向外，线框从左向右运动时 ，磁通量是从垂直纸面向外的增强到减弱(线框通过导 线时)当线框正通过直线电流的中间时，磁通量为零 继续向右运动时磁通量从垂直纸面向里的增强又到 减弱，根据楞次定律和右手螺旋定则，感应电流的方 向先为顺时针，后为逆时针，再顺时针 答案：C 变式迁移 2如下图所示，ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转 动的闭合矩形导线框，当滑动变阻器R的滑片自左向右滑 行时，线框ab的运动情况是( ) A保持静止不动 B逆时针转动 C顺时针转动 D发生转动，但电源极 性不明，无法确定转动的方向 解析：根据图示电路，线框ab所处位置的磁场为水平 方向的，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，电路中电阻增 大，电流减弱，则穿过闭合导线框ab的磁通量将减少 BSsin ，为线圈平面与磁场方向的夹角，根据楞次定律， 感应电流的磁场将阻碍原来磁场的变化，则线框ab只有顺 时针旋转使角有增大的趋势，而使穿过线圈的磁通量增加 答案：C 三、楞次定律的应用 应用楞次定律解题的一般步骤 一般步骤也可概括为下列四句话：“明确增减和方向， 增反减同切莫忘，右手螺旋来判断，四指环绕是流向” 如下图所示，试判定当开关S闭合和断 开的瞬间，线圈ABCD中的电流方向 解析：此题按“应用楞次定律的步骤”进行判定 当S闭合时： (1)研究的回路是ABCD， 穿过回路的磁场是电流I产生的 磁场，方向由右手螺旋定则 判知指向读者(如上图所示)， 且磁通量增大； (2)由楞次定律得知感应 电流的磁场方向应和B原相反， 即离开读者向里； (3)由右手螺旋定则判知线圈ABCD中感应电流方 向是ADCBA. 当S断开时： (1)研究的回路仍是线圈ABCD，穿过回路的原磁场仍 是电流I产生的磁场，方向由右手螺旋定则判知指向读者 ，且磁通量减小； (2)由楞次定律知感应电流的磁场方向应和B原相同 ，即指向读者； (3)由右手螺旋定则判知感应电流方向是 ABCDA 答案：ADCBA ABCDA 变式迁移 3.（双选）如右图所示，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( ) Ap、q将互相靠拢 Bp、q将互相远离 C磁铁的加速度仍为g D磁铁的加速度小于g 解析：条形磁铁从高处下落接近回路时，穿过闭合回 路中的磁通量将增加，根据楞次定律可知，感应电流产生 的磁场将阻碍这一磁通量的增加，具体表现为：使回路面 积减小(两导体棒靠拢)，延缓磁通量的增加；对磁铁产生 向上的磁场力，延缓磁铁的下落 答案：AD 四、右手定则 1内容 伸出