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1、感应电流的方向感应电流的方向 1探究感应电流的方向 (1)实验探究 甲 将螺线管与电流计组成闭合回路，分别将条形磁铁的 N 极、S 极插入、抽出线圈，如图 甲所示，记录感应电流方向如图乙所示。 乙 (2)实验记录 图号磁场方向 感应电流方向 (俯视) 感应电流的磁场 方向 归纳总结 a向下逆时针向上 b向上顺时针向下 感应电流的磁场阻碍磁通 量的增加 c向下顺时针向下 d向上逆时针向上 感应电流的磁场阻碍磁通 量的减少 (3)实验结论 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。 若将产生感应电流的线圈等效为条形磁铁
2、， 可以根据什么来判断感应电流的磁场对原条 形磁铁的作用情况？ 解析：可以根据“同名磁极相斥，异名磁极相吸”来判断。 2楞次定律 感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 3右手定则 (1)使用方法 ： 伸开右手， 让拇指与其余四指在同一个平面内， 使拇指与并拢的四指垂直 ； 让磁感线垂直穿入手心， 使拇指指向导体运动的方向， 其余四指所指的方向就是感应电流的 方向。 (2)适用范围：适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。 1感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量的变化() 2感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场反向() 3楞次定律可以判断不闭合回路中感应电动势的
3、方向() 解析：1.根据楞次定律可知，1 正确。 2可能反向也可能同向，2 错误。 3楞次定律可以判断闭合回路中感应电动势的方向，也可以判断不闭合回路中感应电 动势的方向，3 正确。 1因果关系 楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系， 磁通量发生变化是原因， 产生感应电流是 结果，原因产生结果，结果反过来影响原因。 2“阻碍”的理解 3“阻碍”的表现 从能量守恒定律的角度，楞次定律可广义地表述为：感应电流的“效果”总是要反抗 (或阻碍)引起感应电流的原因。常见的情况有三种： (1)阻碍原磁通量的变化(增反减同)。 (2)阻碍导体的相对运动(来拒去留)。 (3)通过改变线圈面积来“反抗”(增缩
4、减扩)。 4应用楞次定律解题的一般步骤 明确所研究的闭合 回路和原磁场方向 判断闭合回路内原 磁场的磁通量变化 由楞次定律判断感应电流的磁场方向 由安培定则根据感应电流的磁场方向判断出感应电流方向 典例 1 如图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量 为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摆动。 金属线框从右侧某一位置由静止开始释放， 在摆动到左侧最高点的过程中， 细杆和金属线框 平面始终处于同一平面，且垂直纸面。则线框中感应电流的方向是( ) Aabcda Bdcbad C先是dcbad，后是abcda D先是abcda，后是dc
5、bad 思路探究 (1)明确原磁场方向和穿过回路的磁通量的变化情况。 (2)根据楞次定律判断感应电流的方向。 解析 一开始由下向上的磁通量在减少，由楞次定律可知感应电流方向是 dcbad；越过竖直位置后，反向穿过的磁通量增加，由楞次定律可知，感应电流方 向不变，B 正确。 答案 B 总结提能 对阻碍的三点理解 (1)阻碍不是阻止，最终引起感应电流的磁通量还是发生了变化，是“阻而未止” 。 (2)阻碍不是相反。当引起感应电流的磁通量增大时，感应电流的磁场方向与引起感应 电流的磁通量方向相反 ； 当引起感应电流的磁通量减少时，感应电流的磁场方向与引起感应 电流的磁通量方向相同。 (3)涉及相对运动
6、时， 阻碍的是导体与磁体的相对运动， 而不是阻碍导体或磁体的运动。 1 如图所示， 一水平放置的矩形线圈abcd， 在细长的磁铁的 N 极附近竖直下落， 保持bc 边在纸外，ad边在纸内，从图中的位置经过位置到位置，位置和都很靠近。 在这个过程中，绕圈中感应电流( ) A沿abcd流动 B沿dcba流动 C由到是沿abcd流动，由到是沿dcba流动 D由到是沿dcba流动，由到是沿abcd流动 解析：选 A 由条形磁铁的磁场可知，线圈在位置时穿过闭合线圈的磁通量为零，线 圈从位置到位置， 从下向上穿过线圈的磁通量在减少， 根据楞次定律可知感应电流的方 向是abcd；线圈从位置到位置，从上向下穿
7、过线圈的磁通量在增加，根据楞次定律可 知感应电流的方向仍为abcd，A 正确，B、C、D 错误。 规律 比较内容 楞次定律右手定则 研究对象整个闭合回路 闭合回路的一部分，即做切割磁感 线运动的导体 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 线运动的情况区别 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的电磁感 应现象较方便 联系右手定则是楞次定律的特例 典例 2 在如图所示电路中，A、B两个线圈绕在同一个闭合铁芯上， 线圈B与电流表 G 组成一闭合电路，线圈A的两端分别与平行的金属导轨P、Q相连，P、Q处在匀强磁场中， 磁场方向与导轨
8、面垂直。试分析判断 ： 当导体棒ab在平行导轨P、Q上向左做(1)匀速、(2) 匀加速、(3)匀减速滑动时，是否有电流通过电流表？若有电流通过，其方向如何？ 思路探究 右手定则判定电动势方向安培定则判定A的磁场 楞次定律判定中有无电流及其方向 解析 导体棒ab向左切割磁感线运动时，将产生由a到b的感应电流，感应电流通 过线圈A时，铁芯中有顺时针方向的磁场，这个磁场既穿过线圈A，又穿过线圈B。 (1)当ab向左做匀速运动时， 感应电动势和感应电流都不变。 穿过线圈B的磁通量不发 生变化，线圈B中不会产生电磁感应现象，所以没有感应电流通过电流表。 (2)当ab向左做匀加速运动时， 速度不断增大，
9、感应电动势和感应电流随着v增大而增 大，穿过线圈B的磁通量也增大，线圈B中将产生电磁感应现象，根据楞次定律，线圈B中 感应电流的磁场方向应朝上，阻碍磁通量增大 ； 运用安培定则，线圈B中的电流将由d到c 通过电流表 G。 (3)当ab向左做匀减速运动时，通过电流表 G 的感应电流方向是由c到d。 答案 (1)没有 (2)感应电流由d到c通过电流表 G (3)感应电流由c到d通过电流表 G 2如图所示，当圆环向右运动时acb、adb、elf中有电流的是_，它 们的方向分别为_，a、b两点相比较_点电势高。 解析：当圆环向右运动时，acb、adb同时向右做切割磁感线运动，这种切割方式等效 于在a、
10、b间连两条直导线。由右手定则可知，感应电流的方向是bcaelfb和 bdaelfb，相当于acb、adb两个相同电源并联，外电路是线圈elf，即圆环相 当于电流由ba的电源，故a点电势高。 答案：acb、adb、elf bca、bda、elf a 1电磁感应中的能量转化 电磁感应现象中， 感应电流的能量(电能)不能无中生有， 只能从其他形式的能量转化过 来。如图所示，当条形磁铁靠近线圈时，线圈中产生图示方向的电流，而这个感应电流产生 的磁场对条形磁铁产生斥力，阻碍条形磁铁的靠近，必须有外力克服这个斥力做功，它才能 移近线圈 ； 当条形磁铁离开线圈时，感应电流方向与图中所示方向相反，感应电流产生
11、的磁 场对磁铁产生引力， 阻碍条形磁铁的离开。 这里外力做功的过程就是其他形式的能转化为电 能的过程。 2电磁感应中的能量守恒 “阻碍”的结果，是实现了其他形式的能向电能转化，如果没有“阻碍” ，将违背能量 守恒定律， 可以得出总能量增加的错误结论。 所以楞次定律体现了在电磁感应现象中能的转 化与守恒，能量守恒定律也要求感应电流的方向服从楞次定律。 典例 3 如图所示，边长为L的正方形导线框质量为m，由距磁场H高处自由下落， 其下边ab进入匀强磁场后，线圈开始做减速运动，直到其上边cd刚刚穿出磁场时，速度减 为ab边进入磁场时的一半，磁场的宽度也为L，则线框穿过匀强磁场过程中产生的焦耳热 为(
12、 ) A2mgL B2mgLmgH C2mgLmgH D2mgLmgH 3 4 1 4 思路探究 (1)明确线圈进入磁场时和穿出磁场时速度关系。 (2)对线圈整个过程运用能量守恒求解。 解析 正方形导线框由距磁场H高处自由下落到磁场上边缘时速度为v， 进入2gH 磁场后，磁通量变化有感应电流产生，受到磁场对电流向上的安培力作用，安培力对线框做 负功， 使机械能转化为电能， 从而产生焦耳热，QE机mg(H2L)m 22mgL mgH， C 1 2( v 2) 3 4 正确。 答案 C 3电阻为R的矩形线圈abcd，边长abL、adh，质量为m，自某一高度自由下落， 通过一匀强磁场。磁场的方向垂直
13、纸面向里，磁场区域的宽度为h，如图所示。如果线圈恰 好以恒定速度通过磁场，问线圈中产生的焦耳热等于多少？(重力加速度为g) 解析：本题可用QI2Rt来求解，但较复杂。采用能量守恒的方法来解，则很简捷，线 圈匀速通过磁场时，线圈的重力势能的减少量应等于线圈产生的焦耳热，所以Q2mgh 答案：2mgh 思想方法 楞次定律推论的应用 1楞次定律的推论 对楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为“感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原 因” ，概括如下： (1)当回路的磁通量发生变化时，感应电流的效果就是阻碍原磁通量的变化，即“增反 减同” 。 (2)当出现引起磁通量变化的相对运动时，感应电流的效果就是阻碍
14、(导体间的)相对运 动，即“来拒去留” 。 (3)当回路可以形变时， 感应电流可以使线圈面积有扩大或缩小的趋势， 即 “增缩减扩” 。 (4)当回路磁通量变化由自身电流变化引起时， 感应电流的效果是阻碍原电流的变化(自 感现象)，即“增反减同” 。 2应用原则 当不涉及感应电流方向的判定时，用楞次定律的上述推论解题更快捷简便。 典例 多选如图所示，光滑固定的金属导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行 放置在导轨上，形成一个闭合回路，一条形磁铁从高处下落接近回路时( ) AP、Q将相互靠拢 BP、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 解析 根据楞次定律的推论(2)“来拒去留
15、” ， 当条形磁铁靠近回路时， 必受到回路给 予的向上的斥力，因而磁铁的加速度小于g；(3)“增缩减扩” ，当条形磁铁靠近回路时，穿 过回路的磁通量增加， 回路中的感应电流受条形磁铁磁场的作用力必然有使回路面积减小的 趋势，以阻碍磁通量的增加，故P、Q互相靠拢，A、D 正确。 答案 AD 点评 利用楞次定律的推论解题优点是简单迅速，但要正确区分涉及的两个磁场(即引起感应 电流的原磁场及感应电流的磁场)或两个电流(产生原磁场的原电流及感应电流)，涉及导体 间相对运动时用“来拒去留” ；涉及磁通量变化及原电流变化时用“增反减同” 。 变式训练 如图所示， 均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同心共面
16、放置， 当a绕O点在其所在 平面内旋转时，b中产生顺时针方向的感应电流， 且具有收缩趋势， 由此可知， 圆环a沿( ) A顺时针加速旋转 B顺时针减速旋转 C逆时针加速旋转 D逆时针减速旋转 解析 ： 选 B 据楞次定律的推论 “增反减同” ，b环中产生顺时针方向的感应电流， 说明a 中原电流可能顺时针减少，也可能逆时针增加，但b环有收缩的趋势，说明a环中的电流应 与b环中的电流同向，同向电流相互吸引，才能使b环收缩，故a环中的电流只是顺时针减 少，因此带正电的a环只能沿顺时针减速旋转，B 正确。 1如图所示，闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在有界匀强磁场中，将它从匀强磁 场中匀速拉出，以下各
17、种说法中正确的是( ) A向左拉出和向右拉出时，环中的感应电流方向相反 B向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿顺时针方向 C向左或向右拉出时，环中感应电流方向都是沿逆时针方向 D环在离开磁场之前，就已经有了感应电流 解析：选 B 将金属圆环不管从哪边拉出磁场，穿过闭合圆环的磁通量都要减少，根据 楞次定律可知， 感应电流的磁场要阻碍原磁通量的减少， 感应电流的磁场方向与原磁场方向 相同，应用安培定则可以判断出感应电流的方向是顺时针方向，B 正确，A、C 错误 ； 另外在 圆环离开磁场前，穿过圆环的磁通量没有改变，该种情况无感应电流，D 错误。 2导体在磁场中因切割磁感线而产生了感应电流，在如
18、图所示的图象中，B、v、I方 向均正确的是( ) 解析：选 D 根据右手定则可知，D 项符合条件，D 正确。 3某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律，当条形磁铁自上而下穿过固定 的线圈时，通过电流计的感应电流方向是( ) A自aGb B先aGb，后bGa C自bGa D先bGa，后aGb 解析：选 B 磁铁磁感线的方向是从上到下，磁铁穿过的过程中，磁通量向下先增加后 减少，由楞次定律判断知，磁通量向下增加时，感应电流的磁场阻碍增加，方向向上，根据 安培定则知感应电流的方向为aGb；磁通量向下减少时，感应电流的磁场应该向下，感 应电流方向为bGa，B 正确。 4如图所示，光滑平行金属导轨
19、PP和QQ都处于同一水平面内，P和Q之间连接一 电阻R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中，现在用一水平向右的力F拉动垂直于导轨放 置的导体棒MN，下列关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力方向的说法中正确的是 ( ) 感应电流方向为NM 感应电流方向为MN 安培力方向水平向左 安培力方向水平向右 A B C D 解析：选 A 正确应用右手定则和左手定则。由右手定则易知，MN中感应电流方向为 NM； 再由左手定则可判知，MN所受安培力方向垂直于导体棒水平向左 ； 故、 说法正确， A 正确。 5如图所示为“研究电磁感应现象”的实验装置。 (1)将图中所缺的导线补接完整(要求滑动变阻器滑片向右
20、移时，电阻减小)。 (2)如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后可能出现 的情况有： 将原线圈迅速插入绕圈时，灵敏电流计指针将 _ _； 原线圈插入副线圈稳定后，将滑动变阻器触头迅速向左拉时，灵敏电流计指针 _。 (3)多选在做“研究电磁感应现象”实验时，如果副线圈两端不接任何元件，则副线 圈电路中将( ) A因电路不闭合，无电磁感应现象 B有电磁感应现象，但无感应电流，只有感应电动势 C不能用楞次定律判断感应电动势方向 D可以用楞次定律判断感应电动势方向 解析：(1)如图所示。 (2)依据楞次定律及灵敏电流计的指针偏转方向与流过它的电流方向的关系来判定，则 向右偏转一下；向左偏转一下。 (3)穿过电路中的磁通量发生变化，即产生电磁感应现象 ； 因电路不闭合，无感应电流， 但有感应电动势，且可以用楞次定律判断出感应电动势的方向，要产生感应电流，电路必须 闭合，B、D 正确。 答案：(1)见解析图 (2)向右偏转一下 向左偏转一下 (3)BD