高三物理电磁感应现象、右手定则、楞次定律及其应用、自感现象 知识精讲

高三物理电磁感应现象、右手定则、楞次定律及其应用、自感现象 知识精讲

【本讲主要内容】

电磁感应现象、右手定则、楞次定律及其应用、自感现象

【知识掌握】

【知识点精析】

一. 电磁感应现象：

1. 磁通量

（1）概念：穿过某一面积的磁感线条数，是标量。

（2）公式：φα==BS B S sin ⊥·，其中α是B 与S 的夹角：当S ∥B 时，φ＝0；当S ⊥B 时，φ＝B ·S 。

（3）单位：韦伯（W b ），1W b ＝1T ·m 2

（4）合磁通：若通过一个回路中有方向相反的磁场，则不能直接用公式φα=BS ·sin 求φ，应考虑相反方向抵消以外剩余的磁通量，亦即此时的磁通是合磁通。

2. 产生感应电流的条件：

①穿过闭合回路的磁通量发生变化。

②若电路不闭合，即使有感应电动势，也没有感应电流。

③导致磁通量变化的情况有：磁感应强度B 变化；回路面积变化；线圈在磁场中转动等。

二. 感应电流方向的判定：

1. 右手定则：伸开右手，让大姆指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在同一平面内，让磁感线垂直或斜着穿入手心，大姆指指向导体运动方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向。（适用情景：部分导体切割磁感线运动。）

2. 楞次定律：

（1）内容：感应电流具有这样的方向，就是感应电流产生的磁场，总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。（适用情景：一切电磁感应现象。）

（2）理解：I ：楞次定律“阻碍”二字含有四层意思：

①谁阻碍谁？

②阻碍什么？

③如何阻碍？

④结果如何？

II ：感应电流与原磁通量变化关系如下图：

原磁通量变化

感应电流的磁场

感应电流 阻

碍 产 生

产生

（3）楞次定律的应用步骤

①明确所研究的闭合路，判断原磁场方向→②判断闭合回路内原磁通量的变化→③由楞次定律判断感应电流的磁场方向→④由安培定则根据感应电流的磁场方向判断感应电流的方向

三、楞次定律的推广含义：

1. 阻碍原磁通的变化：

2. 阻碍（导体与磁体间、或导体间的）相对运动；（“来拒去留”）

3. 阻碍原电流变化。（自感现象）

自感：通过线圈（导体）的电流发生变化时，穿过线圈的磁通量就发生变化，线圈本身就感应出感应电动势（若电路闭合，就产生感应电流，使通过线圈的电流不能突变）

，这个自感电动势（或自感电流）总是阻碍原电流的变化。例如：

①通电自感，如下图电路，当电键S 闭合后，灯B 立刻就亮。而由于线圈的自感系数很大，灯A 要逐渐变亮。

②断电自感：电键S 闭合，使电路中电流达到稳定状态，再断开S ，由于自感现象，线圈中的电流只能缓慢变化，而断开S 后，线圈L 与灯泡D 又构成闭合回路，所以会看到灯泡D 过一会再灭。

【解题方法指导】

例1. 如图所示，导线框abcd 与导线在同一平面内，直导线通有恒定电流I ，当线框由左向右匀速通过直导线时，线框中感应电流的方向是

A. 先abcd，后dcba，再abcd

B. 先abcd，后dcba

C. 始终dcba

D. 先dcba，后abcd，再dcba

E. 先dcba，后abcd

解析：先利用安培定则判断并画出通电直导线的磁感线分布，如图所示。

再分过程分析：

过程一：线框在导线左边运动（cd边未跨过导线），穿出的原磁通变大，根据“增加反向”可判知感应电流方向为dcba。

过程二：线框跨在导线两侧的过程，用两种方法判定

①用磁通量变化来判定：在线圈跨越导线过程中，线圈左边部分磁通量穿出，而右边部分则穿入，我们用合磁通来判定。当跨在导线左边的线圈面积大于右边面积时，合磁通是向外的且逐渐减小，为阻碍这个方向的磁通量减小，感应电流是沿abcd；当跨在导线右边的线圈面积大于左边面积时，合磁通向内逐渐增大，为阻碍向内的磁通增大，感应电流方向应沿abcd。

②用切割磁感线来判定：在线圈跨越导线的过程中，用右手定则可得，cd边的感应电动势向上，ab边的感应电动势向下，而ad、bc边不切割磁感线，没有感应电动势产生，因此cd和ab边产生的感应电动势叠加起来使线圈的感应电流的方向是沿abcd。

过程三：ab边跨过导线后，向里的磁通量减小，根据“减少同向”知：感应电流方向为dcba。

答案：D。

点拨：右手定则是楞次定律在特殊情况下，即导线做切割磁感线运动时，判断感应电流的方向（或感应电动势方向）的一种方法。右手定则与楞次定律的区别与联系：①研究对象的区别：楞次定律研究的是整个闭合回路，右手定则研究的是闭合回路的一部分导体；②适用范围的区别：楞次定律可应用于由磁通量变化引起感应电流的各种情况。右手定则只适用于导体切割磁感线的问题；③联系：右手定则和楞次定律是判断感应电流方向的两种方式，尽管表述不同，但本质是一致的，右手定则可看作是楞次定律的一个特例。

例2. 如图所示，一闭合的铜环从静止开始由高处下落通过条形磁铁后继续下落，空气阻力不计，则在圆环的运动过程中，下列说法正确的是（）

A. 在磁铁的上方时，圆环的加速度小于g，在下方时大于g

B. 圆环在磁铁的上方时，加速度小于g，在下方时也小于g

C. 圆环在磁铁的上方时，加速度小于g，在下方时等于g

D. 圆环在磁铁的上方时，加速度大于g，在下方时小于g

解析：根据楞次定律的推广含义②来判定：

感应电流总是阻碍导体间的相对运动，意思是：总是阻碍导体间的距离变化。因此圆环在磁铁的上方下落时，磁场力总是阻碍圆环下落，即a＜g；而下落到磁铁的下方时，由于圆环与磁铁的距离增大，磁场力要阻碍它向下距离增大，因此a＜g。

答案：B。

点拨：①此题也可以利用楞次定律直接来判断感应电流，再判断磁铁受到的磁场力，进而判断加速度，判断结果一定与用楞次定律的推广含义得出的结果一致。

②一般地凡由于外界因素而先使导体运动，进而产生感应电流的，都可用“阻碍导体间相对运动”来判定。可简记为“来拒去留”。

例3. 如图所示的电路，D1和D2是两个相同的小电珠，L是一个自感系数相当大的线圈，其电阻R L与R相同，由于存在自感现象，在电键S接通和断开时，灯泡D1和D2先后亮暗的次序是（）

A. 接通时D1先达最亮，断开时D1后暗

B. 接通时D2先达最亮，断开时D2后暗

C. 接通时D1先达最亮，断开时D1先暗

D. 接通时D2先达最亮，断开时D2先暗

解析：当电键S接通时，D1和D2应该同时亮，但由于自感现象的存在，流过线圈的电流由零变大时，线圈上产生自感电动势的方向是左边正极，右边负极，使通过线圈的电流从零开始慢慢增加，所以开始瞬时电流几乎全部从D1通过，而该电流又将同时分路通过D2和R，所以D1先达最亮，经过一段时间电路稳定后，因为两灯电阻相等，且R L＝R，所以I1＝I2，且I L＝I R，故D1和D2达到一样亮。

当电键S断开时，电源电流立即为零，因此D2立刻熄灭，而对D1，由于通过线圈的电流突然减弱，线圈中产生自感电动势（右端为正极，左端为负极），使线圈L和D1组成的闭合电路中有感应电流，所以D1后灭。

点拨：分析自感现象，关键是分清电流的变化，确定自感电动势及感应电流的方向及怎样阻碍电流的变化。