高中物理第一章电磁感应第节楞次定律电磁感应中的能量转化与守恒教学案教科版选修3

第4、5节楞次定律__电磁感应中的能量转化与守恒

1.闭合电路的一部分导体做切割磁感线的运动时，

可用右手定则判断感应电流的方向。

2．楞次定律的内容是：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。

3．感应电流的效果总是要反抗产生感应电流的原

因。

4．在由于回路与磁场间发生相对运动引起的电磁

感应中产生的电能是通过克服安培力做功转化而

来的，克服安培力做的功等于产生的电能，这些电

能又通过电流做功转化为其他形式的能量，如使电

阻发热产生内能；在由于磁场变化引起的电磁感应

中产生的电能是由磁场能转化来的。

一、右手定则

1．内容

将右手手掌伸平，使大拇指与其余并拢的四指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线从手心进入，大拇指指向导体运动方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向，也就是感应电动势的方向。

2．适用情景

闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流的方向判断。

二、楞次定律

1．实验探究

(1)实验目的

探究决定感应电流方向的因素以及所遵循的规律。

(2)实验过程

实验前先查明电流的方向与电流表指针偏转方向的关系，然后将螺线管与电流表组成闭合回路，分别将条形磁铁的N极、S极插入、抽出线圈，如图1­4­2所示，记录感应电流方向如下。

图1­4­

1

图1­4­2

(3)实验记录及分析

①线圈内磁通量增加时的情况。

图号磁场方向感应电流方向

(俯视)

感应电流的磁场

方向

归纳总结甲向下逆时针向上感应电流的磁场阻碍

磁通量的增加乙向上顺时针向下

②线圈内磁通量减少时的情况。

图号磁场方向

感应电流方向

(俯视)

感应电流的磁场

方向

归纳总结丙向下顺时针向下感应电流的磁场阻碍

磁通量的减少丁向上逆时针向上

2．楞次定律

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。

三、电磁感应中的能量转化与守恒

1．在导线做切割磁感线运动而产生感应电流时，电路中的电能来源于机械能。

2．克服安培力做了多少功，就产生多少电能。

3．电流做功时又将电能转化为其他形式的能量。

4．电磁感应现象中，能量在转化过程中是守恒的。

1．自主思考——判一判

(1)导体棒不垂直切割磁感线时，也可以用右手定则判断感应电流方向。(√)

(2)凡可以用右手定则判断感应电流方向的，均能用楞次定律判断。(√)

(3)右手定则即右手螺旋定则。(×)

(4)由楞次定律知，感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反。(×)

(5)电路不闭合，穿过回路的磁通量变化时，也会产生“阻碍”作用。(×)

(6)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化。(√)

2．合作探究——议一议

(1)楞次定律中两磁场间有什么关系？

提示：闭合电路中有两个磁场，一是引起感应电流的磁场，即原磁场；二是感应电流的磁场。当引起感应电流的磁通量(原磁通量)要增加时，感应电流的磁场要阻碍它的增加，两个磁场方向相反；当原磁通量要减少时，感应电流的磁场阻碍它的减少，两个磁场方向相同。

(2)如何选择楞次定律还是右手定则？

提示：对一个具体的问题，能用楞次定律判断出感应电流方向，不要想着也一定能用右手定则判断出来。若是导体不动，回路中的磁通量变化，能用楞次定律判断感应电流方向，而不能用右手定则判断；若是回路中的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流，用右手定则判断较为简单，用楞次定律也能进行判断，但较为麻烦。

(3)为什么说楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的表现？

提示：感应电流的磁场阻碍引起感应电流的原磁场的磁通量发生变化，因此，为了维持原磁场磁通量的变化，就必须有动力克服感应电流的磁场的阻碍作用而做功，将其他形式的能转化为感应电流的电能，所以楞次定律中的阻碍过程，实质上就是能量转化的过程，楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的表现。

右手定则的应用

[典例] 如图1­4­3，直角三角形金属框abc放置在匀强磁场中，磁感应强度大小为B，方向平行于ab边向上。当金属框绕ab边以角速度ω逆时针转动时，a、b、c三点的电势分别为U a、U b、U c。已知bc边的长度为l。下列判断正确的是( )

图1­4­3

A ．U a ＞U c ，金属框中无电流

B ．U b ＞U c ，金属框中电流方向沿a —b —c —a

C ．U bc ＝－1

2

Bl 2ω，金属框中无电流

D ．U ac ＝12Bl 2

ω，金属框中电流方向沿a —c —b —a

[思路点拨]

解答本题时应明确以下三点：

(1)右手定则中四指指向感应电动势的正极一端。 (2)ac 边的有效切割长度等于bc 边长。 (3)电动势同向串联相加，反向串联相减。

[解析] 闭合金属框在匀强磁场中以角速度ω逆时针转动时，穿过金属框的磁通量始终为零，金属框中无电流。由右手定则可知U b ＝U a

Bl 2

ω，选项C 正确。

[答案] C

三个定则的比较 比较项目

左手定则 右手定则 安培定则 应用

磁场对运动电荷、电流作用力方向的判断 对因导体切割磁感线而产生的感应电流方

向的判断 电流产生的磁场方向

的判断

涉及方向的物理量

磁场方向、电流(电荷

运动)方向、安培力(洛

伦兹力)方向

磁场方向、导体切割磁感线的方向、感应

电流的方向

电流方向、磁场方向