论文部分内容阅读
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磁通量的变化,称之为楞次定律. 该定律的内涵广泛,表现的形式灵活多样,巧妙应用它,可解决五类问题.
一、定电流方向
楞次定律基本的表现形式是:增反减同. 当穿过回路的Ф增大时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,反之相同.
例1 如图1甲,带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置,在圆环的缺口两端引出两根导线,分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接,两板间距为[d]. 有一变化的磁场垂直于纸面,规定向内为正,变化规律如图1乙. 在[t=0]时刻平板之间中心有一重力不计,电荷量为[q]的静止微粒,则( )
A. 第2秒内上极板为正极
B. 第3秒内上极板为负极
C. 第2秒末微粒回到了原来的位置
D. 4秒内微粒的位移为零
解析 在[0]~[1s]内,穿过圆环的磁通量Ф增大,由楞次定律可知,[B感]的方向垂直纸面向外,由右手定则可确定感应电流的方向为逆时针方向,故上极板为负极,同理可知[1]~[3s]内上极板为正极,[3]~[4s]内上极板为负极,A项对;在不碰到极板的情况下,在2秒末微粒离出发点最远,由运动的对称性知第4秒末微粒回到出发点,位移为零.
答案 D
点评 应用楞次定律确定感应电流的方向,分四步进行:①明确原磁场的方向;②分析磁通量的变化;③由楞次定律分析感应电流的磁场方向;④结合右手定则,判断感应电流的方向.
二、判导体运动
若构成回路的导体是可动的,感应电流的效果会使导体发生运动,实现回路自身面积的增与减,阻碍磁通量的变化. 这是楞次定律的动感表述.
例2 在条形磁铁从图2位置绕[O1O2]轴转动[90°]的过程中,放在导轨右端附近的金属棒[ab]将( )
A. 向左运动 B. 向右运动
C. 静止不动 D. 无法判断
解析 在条形磁铁从图2位置绕[O1O2]轴转动[90°]的过程中,闭合回路的磁通量增大,由楞次定律,导体[ab]将向右运动,增大回路面积,实现阻碍磁通量的增大.
答案 B
点评 此题未涉及感应电流的方向,通过楞次定律的动感表述,可判断出导体的运动情况. 要特别注意的是合磁通量的变化,对条形磁铁来说,外围面积越大,合磁通量就越小.
三、析形状改变
感应电流的效果,可使回路形状改变,实现阻碍磁通量的变化,即常说的:增缩减扩.
例3 如图3,金属棒[ab]置于水平放置的[U]形光滑导轨上,在[ef]右侧存在有界匀强磁场[B],磁场方向垂直导轨平面向下,在[ef]左侧的无磁场区域[cdef]内有一半径很小的金属圆环[L],圆环与导轨在同一平面内. 当金属棒[ab]在水平恒力[F]的作用下从磁场左边界[ef]由静止开始向右运动后,关于圆环[L]的形状、环中感应电流的大小,下列说法正确的是( )
A. 有收缩的趋势,感应电流增大
B. 有收缩的趋势,感应电流减小
C. 有扩张的趋势,感应电流减小
D. 有扩张的趋势,感应电流不变
解析 金属棒[ab]在恒力[F]的作用下向右运动,[abcd]回路中产生逆时针方向的感应电流,随着金属棒向右加速运动,穿过圆环的磁通量增大,依据楞次定律,圆环有收缩的趋势以阻碍圆环磁通量的增大;又金属棒向右运动的加速度逐渐减小(安培力增大,合外力减小),穿过圆环磁通量的变化率减小,故环中产生的感应电流不断减小.
答案 B
点评 应用楞次定律“增缩减扩”的表述,可直接分析线圈形状的变化趋势,而无需判断感应电流的方向.
四、求合力方向
在电磁感应现象中,感应电流对相对运动的阻碍作用,归根结底是安培力作用的效果.
例4 如图4,[MN]是一根固定的通电直导线,电流方向向上. 今将一金属线框[abcd]放在导线上,让线框的位置偏向导线的左边,两者彼此绝缘,当导线中的电流[I]突然增大时,线框整体受力情况为( )
图4
A. 向右 B. 向左 C. 向上 D. 为零
解析 通以图示电流时,由对称性可知,回路[abcd]的合磁感线的方向垂直纸面向外,当电流[I]突然增大时,穿过线框的磁通量增大,由楞次定律知,线框将向右运动,以阻碍磁通量的增大,线框整体受力向右.
答案 A
点评 求物体所受合力的方向,在对物体进行受力分析的同时,要比较各力的大小. 而依据楞次定律,可通过线框的相对运动分析合力的方向.
五、验合格产品
研究物体的相对运动时,楞次定律通常表现为:来拒去留.
例5 物理课堂上,老师向学生展示了两个形状、大小完全相同的铜线圈,但其中一个中间出现断裂(发现不了),于是让学生设计实验,检验出合格的铜线圈. 某同学设计的实验如图5,一轻质横杆两端各固定一铜线圈并标记[A]和[B],横杆可绕中心点自由转动,学生拿一条形磁铁插向[A],发现横杆转动,而插向[B]时,横杆不动,则合格的铜线圈是 (填“[A]”或“[B]”)
解析 若线圈闭合,插入磁铁,由楞次定律“来拒去留”知,线圈将远离磁铁运动,横杆发生转动;否则,横杆不转动. 故合格的铜线圈是[A].
答案 [A]
点评 线圈的闭合与否,利用电磁感应可判断. 只要穿过闭合回路的磁通量改变,回路中必产生感应电流,电流与磁场间的相互作用,使物体的运动状态发生改变.
一、定电流方向
楞次定律基本的表现形式是:增反减同. 当穿过回路的Ф增大时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,反之相同.
例1 如图1甲,带缺口的刚性金属圆环在纸面上固定放置,在圆环的缺口两端引出两根导线,分别与两块垂直于纸面固定放置的平行金属板连接,两板间距为[d]. 有一变化的磁场垂直于纸面,规定向内为正,变化规律如图1乙. 在[t=0]时刻平板之间中心有一重力不计,电荷量为[q]的静止微粒,则( )
A. 第2秒内上极板为正极
B. 第3秒内上极板为负极
C. 第2秒末微粒回到了原来的位置
D. 4秒内微粒的位移为零
解析 在[0]~[1s]内,穿过圆环的磁通量Ф增大,由楞次定律可知,[B感]的方向垂直纸面向外,由右手定则可确定感应电流的方向为逆时针方向,故上极板为负极,同理可知[1]~[3s]内上极板为正极,[3]~[4s]内上极板为负极,A项对;在不碰到极板的情况下,在2秒末微粒离出发点最远,由运动的对称性知第4秒末微粒回到出发点,位移为零.
答案 D
点评 应用楞次定律确定感应电流的方向,分四步进行:①明确原磁场的方向;②分析磁通量的变化;③由楞次定律分析感应电流的磁场方向;④结合右手定则,判断感应电流的方向.
若构成回路的导体是可动的,感应电流的效果会使导体发生运动,实现回路自身面积的增与减,阻碍磁通量的变化. 这是楞次定律的动感表述.
例2 在条形磁铁从图2位置绕[O1O2]轴转动[90°]的过程中,放在导轨右端附近的金属棒[ab]将( )
A. 向左运动 B. 向右运动
C. 静止不动 D. 无法判断
解析 在条形磁铁从图2位置绕[O1O2]轴转动[90°]的过程中,闭合回路的磁通量增大,由楞次定律,导体[ab]将向右运动,增大回路面积,实现阻碍磁通量的增大.
答案 B
点评 此题未涉及感应电流的方向,通过楞次定律的动感表述,可判断出导体的运动情况. 要特别注意的是合磁通量的变化,对条形磁铁来说,外围面积越大,合磁通量就越小.
三、析形状改变
感应电流的效果,可使回路形状改变,实现阻碍磁通量的变化,即常说的:增缩减扩.
例3 如图3,金属棒[ab]置于水平放置的[U]形光滑导轨上,在[ef]右侧存在有界匀强磁场[B],磁场方向垂直导轨平面向下,在[ef]左侧的无磁场区域[cdef]内有一半径很小的金属圆环[L],圆环与导轨在同一平面内. 当金属棒[ab]在水平恒力[F]的作用下从磁场左边界[ef]由静止开始向右运动后,关于圆环[L]的形状、环中感应电流的大小,下列说法正确的是( )
A. 有收缩的趋势,感应电流增大
B. 有收缩的趋势,感应电流减小
C. 有扩张的趋势,感应电流减小
D. 有扩张的趋势,感应电流不变
解析 金属棒[ab]在恒力[F]的作用下向右运动,[abcd]回路中产生逆时针方向的感应电流,随着金属棒向右加速运动,穿过圆环的磁通量增大,依据楞次定律,圆环有收缩的趋势以阻碍圆环磁通量的增大;又金属棒向右运动的加速度逐渐减小(安培力增大,合外力减小),穿过圆环磁通量的变化率减小,故环中产生的感应电流不断减小.
答案 B
点评 应用楞次定律“增缩减扩”的表述,可直接分析线圈形状的变化趋势,而无需判断感应电流的方向.
四、求合力方向
在电磁感应现象中,感应电流对相对运动的阻碍作用,归根结底是安培力作用的效果.
例4 如图4,[MN]是一根固定的通电直导线,电流方向向上. 今将一金属线框[abcd]放在导线上,让线框的位置偏向导线的左边,两者彼此绝缘,当导线中的电流[I]突然增大时,线框整体受力情况为( )
图4
A. 向右 B. 向左 C. 向上 D. 为零
解析 通以图示电流时,由对称性可知,回路[abcd]的合磁感线的方向垂直纸面向外,当电流[I]突然增大时,穿过线框的磁通量增大,由楞次定律知,线框将向右运动,以阻碍磁通量的增大,线框整体受力向右.
答案 A
点评 求物体所受合力的方向,在对物体进行受力分析的同时,要比较各力的大小. 而依据楞次定律,可通过线框的相对运动分析合力的方向.
五、验合格产品
研究物体的相对运动时,楞次定律通常表现为:来拒去留.
例5 物理课堂上,老师向学生展示了两个形状、大小完全相同的铜线圈,但其中一个中间出现断裂(发现不了),于是让学生设计实验,检验出合格的铜线圈. 某同学设计的实验如图5,一轻质横杆两端各固定一铜线圈并标记[A]和[B],横杆可绕中心点自由转动,学生拿一条形磁铁插向[A],发现横杆转动,而插向[B]时,横杆不动,则合格的铜线圈是 (填“[A]”或“[B]”)
解析 若线圈闭合,插入磁铁,由楞次定律“来拒去留”知,线圈将远离磁铁运动,横杆发生转动;否则,横杆不转动. 故合格的铜线圈是[A].
答案 [A]
点评 线圈的闭合与否,利用电磁感应可判断. 只要穿过闭合回路的磁通量改变,回路中必产生感应电流,电流与磁场间的相互作用,使物体的运动状态发生改变.