时间1的关系有图42·14所示的甲、乙、丙、丁共4种情况。在1~2这段时间内, 哪种情况可以在线图B中观察到感应电流? 第四章电磁感应 丙 图42-14线图A中电流的4种情况 7.如图42.15所示,因定于水平面上的金禹架CDEF处 在竖直向下的匀强磕场中、金禹捧MN沿框架以速 度向右做匀速运动,1=0时,磁感应强度为B0,此 X×,× 时MN到达的位置恰好使MDEN构成一个边长为 的正方形,为使MN棒中不产生感应电流,从1=0开 图42-15金属锋MN 始,感应强度B应怎样随时间:变化?请推导这 在金属架上向右匀速 种情况下B与!的关系式 运动 楞次定律 在关于电磁感应的实验中,也许你已经注意到,不同情况下产生的感应电流的方向是不 同的。那么,感应电流的方向由哪些因素决定?遵循什么规律?下面通过实验来探究这个问题 o E s 在第2节图42-2的实验中,我们通过磁铁跟闭合电路之 间的棡对运动来改变穿过闭合电路的璇通量。条形磁铁的N 极或S极插入闭合线圈时,线圓内磁通量增加,抽出时,线 内磁通量减少 现在重复这个实验,不过这次不是研究感应电流的产生 条件,而是用草图记录感应电流的方向、磁铁的极性和运动 图43-1记录实验情况的草图 方向,以便从中找出它们之间的关系。 建议在纸上画出几个类似图43-1的草图,分别标出不同情况下磁铁的N、S极,磁 极的运动方向,感应电流的方向。为了判断感应电流的方向,事先要弄清线圈导线的 绕向,及电流方向、指针摆动的方向与电流表的红、黑接线柱的关系
高中物理c选修3-2 某同学的实验记录如图432所示。条形磁铁在线圈内的运动,无非是N极或S极插 入、N极或S极抽出这样四种情况,因此,可以认为他的记录是完整的,没有遗漏。 图432研究感应电流方向的实验记录 我们将设法根据图43-2说出感应电流的方向跟线圈内 磁铁插∧时磁通量加、抽 磁通量的变化有什么关系。当我们很难概括这两者的关系出时减少 时,是不是可以通过一个“中介”—“感应电流的碳场”来 既然严生感电的条件是 表述这种关系? 磁通量的变化,以下我们就说 磁铁磁场的变化在线圈中产生了感应电流,而感应电 “磁通量增加(或减少),而不 流本身也能产生磁场,这里所谓的“中介就是感应电流本两说磁铁播人(抽出? 身产生的磁场。感应电漉的磁场方向既跟感应电流的方向有 联系,又跟引起磁通量变化的磁场有联系 下面用表格来比较图432中的信息。由于这几幅图标出了感应电流的方向,所以根据 右手螺旋定则就能判定感应电流的磁场方向。 表1中的实验结果已经填上了,请你填写表2中的实验结果。 表1线圈内磁通量增加时的情况 图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 甲 磁场方向向下 逆时针(俯视) 向上 磁场方向向上 顺时针(俯视) 向下 表2线圈内磁通量减少时的情况 图号 打向 磁场方 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 丙丁 比较表1中的数据。当线圈内磁通量增加时,感应电漉的磁场是有助于磁通量的增加, 还是阻碍了磁通量的增加? 比较表2中的数据。当线圈内磁通量减少时,感应电流的磁场是有助于磁通量的减少 还是阻碍了磁通量的减少? 10
你能把这两条结论进一步概括成一句话吗? 如果照图423那样,利 1834年,物理学家楞次(HF.ELem,18041865)在分析 用开关的通断来改变磁通 了许多实验事实后,用一句话巧妙地表达了以下结论。 量,怨应电充的方向遵循回 感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引 样的规律。有兴趣的学可 起感应电流的磁通量的变化。这就是楞次定律( Lenz law)。 以通过买验试一试 第四章电磁感应 忠考与讨论 当手持条形磁铁使它的一个磁极靠近闭合线圈的一端时,线圈中产生了感应电 流,获得了电能。从能量守恒的角度看,这必定有其他形式的能在减少,或者说,有 外力对屨体一线圈这个系就做了功 你能不能用楞次定律做出判断,手持磁铁运动时我们竞服什么力做了功? 愣次定律的应用用楞次定律可以判定感应电流的方向。 个实验结论形成后,我 下面我们通过实例来了解处理这类问题的思路。 们常常常要从理论上审视它 它不应该跟已有的理论相矛 例题》法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图西则,或是过的理论 433所示。软铁环上绕有M、N两个线圈,当M线圈电路中 存在问题,或者是这个买泣 的开关断开的瞬间,线圈N中的感应电流沿什么方向? 有问题 分析与解答首先明确,我们用楞次定律研究的对象是 这也是一种形式的评估 线圈N及电流表组成的闭合电路。 线圈M中的电流在铁环中产生的磁感线是顺时针方向 的,这些磁感线穿过线圈N的方向是向下的,即线圈N中原 磁场B0的方向是向下的 开关断开的瞬间,铁环中磁场迅速减弱,线圈N中的磁 通量减少。 图433判断线圈 感应电流的磁场B要阻碍磁通量的减少,所以,B的方 N中的电流方向 向与B的方向相同,即线圈N中B的方向也是向下的。 根据右手螺旋定则,由B的方向判定,线圈N中感应电 流l应沿图示的方向 注魎:铁环井不是必须 的,没向铁环,电磁感应现象 运用楞次定律判定感应电流方向的思路,可以概括为以 仍然发生,只是线圈中的电 下方框图。这个方框图不仅概括了根据楞次定律判定感应电 流弱些。 流方向的思路,同时也描述了磁通量变化、磁场方向、感应 电流方向三个因素的关系,只要知道了其中任意两个因素,就可以判定第三个因素。 11
高中物理c选修3-2 次 量如变化 的对 象是 邮应电 判应 这个框图只供考,很多 一个 场方向 电方间 情况下回学们都可以作出目 台电 该电好切场 的可如间 己的框图,以理思路或明确 粗念、规律旧的关系 你题2如图434所示,在长直载流导线附近有一个 矩形线圈ABCD,线圈与导线始终在同一个平面内。线圈在 导线的一侧左右平移时,其中产生了A→B→C→D→A方向的 电流。已知距离载流直导线较近的位置,磁场较强。请判断: 线圈在向哪个方向移动? 分析与解答选择矩形线圈为研究对象,画出载流直导 线一侧的磁感线分布图(图43-5),磁感线方向垂直纸面向图434列断线面移动的方向 里,用“×”表示。 已知矩形线圈中感应电流的方向是A→B→C→D→A,根 据右手螺旋定则,感应电流的磁场方向是垂直纸面向外的(即 指向读者的,用矩形中心的圆点“·”表示)。 根据楞次定律,感应电流的磁场应该是阻碍线圈内磁通 量变化的。现在已经判明感应电流的磁场从纸面内向外指向 读者,是跟原来磁场的方向相反的。因此线圈移动时通过它 的磁通量一定是在增加。这说明线圈在向左移动。 右手定则我们用楞次定律进行分析,看一看当闭合导 图435线图附近磁场的 特点是左边强、右边弱。 体的一部分做切割磁感线运动时,怎样判定感应电流的方向。 考与讨论 在图436中,假定导体棒AB向右运动。 1.我们研究的是哪个闭合电路? 2当导体棒AB向右运动时,穿过这个闭合电路的磁通量 是增大还是减小? 3.感应电流的磁场应该是沿哪个方向的? 图436这种情况下怎样 4.导体棒AB中的感应电流是沿哪个方向的? 判定感应电流的方向? 12
可以用右手的手掌和手指的方向来记忆导线切割磁感线时 产生的感应电流的方向,即: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内;让磁感线从掌心进入, 并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应 电流的方向。这就是判定导线切密磁感线时感应电流方向的右 第四章电磁感应 手定则( right-hand rule) 图43-7右手定则 问题与练习 1.超导体的电阻为零,如果闭合的超导电 路内有电流,这个电流不产生焦耳热,所 以不会自行消夫,现有一个园定的超导 体圆环如图438甲所示,此时圆环中没 有电流。在其右侧放人一个条形永磁体 甲水磁体移入之前乙永磁体移入之后 (438乙),由于电磁感应,在超导体圈 图438超导圆环内的电流 环中产生了电流、电流的方向如何? 2.如图439所示,导线AB与CD平行,试判断在间合与断开开关S时,导线CD中 感应电流的方向 图439判断CD中感应电流的方向图43-10判断CD中感应电流的方向 3.在图43-10中CDEF是金禹框。当导休AB向右移动时,请用楞次定律判断ABCD和 ABFE两个电路中感应电流的方向。我们能不能用这两个电路中的任一个米判定导休 AB中感应电流的方向? 4.如图43-11所示,在水平放置的条形磁铁的N极附近 一个闲合线圈向下运动并始终保持水平。在位置B,N 极附近的屦感线正好与线圈平面平行,试判断线圈在位 置A、B、C时感应电流的方向 图43-11判断线图内 5在图43.12中,线圈M和线图P绕在同一个铁芯上 感应电流的方向 (1)当闭合开关S的一瞬间,线图P里有没有感应电流? (2)当线圈M里有恒定电流道过时,线圈P里有没有感应电流? 13