高中物理楞次定律详解

高中物理“楞次定律”详解
磁通量
1.概念：在磁感应强度为B的匀强磁场中，与磁场方向垂直的面积S与B的乘积。

2.公式：Φ＝BS。

3.适用条件
(1)匀强磁场。

(2)S为垂直磁场的有效面积。

4.磁通量是标量。

5.物理意义：相当于穿过某一面积的磁感线的条数.如图所示，矩形abcd、abb′a′、a′b′cd的面积分别为S1、S2、S3，匀强磁场的磁感应强度B与平面a′b′cd垂直，则：
(1)通过矩形abcd的磁通量为BS1cosθ或BS3。

(2)通过矩形a′b′cd的磁通量为BS3。

(3)通过矩形abb′a′的磁通量为0。

6.磁通量变化：ΔΦ＝Φ2－Φ1。

电磁感应现象
1.定义
当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中有感应电流产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应。

2.条件
(1)条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。

(2)例如：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线的运动。

3.实质
产生感应电动势，如果电路闭合，则有感应电流.如果电路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流。

感应电流方向的判定
1.楞次定律
(1)内容：感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

(2)适用范围：一切电磁感应现象。

2.右手定则
(1)内容：如图，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。

(2)适用情况：导线切割磁感线产生感应电流。

用右手定则时应注意
①主要用于闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动时，产生的感应电动势与感应电流的方向判定。

②右手定则仅在导体切割磁感线时使用，应用时要注意磁场方向、运动方向、感应电流方向三者互相垂直。

③当导体的运动方向与磁场方向不垂直时，拇指应指向切割磁感线的分速度方向。

④若形成闭合回路，四指指向感应电流方向；若未形成闭合回路，四指指向高电势。

⑤“因电而动”用左手定则；“因动而电”用右手定则。

⑥应用时要特别注意：四指指向是电源内部电流的方向(负→正)．因而也是电势升高的方向；即：四指指向正极。

导体切割磁感线产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定电流方向的右手定则也是楞次定律的一个特例．用右手定则能判定的，一定也能用楞次定律判定，只是对导体在磁场中切割磁感线而产生感应电流方向的判定用右手定则更为简便。

电磁感应现象的理解和判断
常见的产生感应电流的三种情况
感应电流方向的两种判断方法
1用楞次定律判断
(1)楞次定律中“阻碍”的含义：
(2)应用楞次定律的思路：
2用右手定则判断
该方法只适用于切割磁感线产生的感应电流，注意三个要点：
(1)掌心——磁感线垂直穿入；
(2)拇指——指向导体运动的方向；
(3)四指——指向感应电流的方向.
楞次定律推论的应用
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引起感应电流的原因，列表说明如下：
三定则一定律的应用
安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律的应用对比：
楞次定律的理解
(1)楞次定律(判断感应电流方向)：感应电流具有这样的方向，感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

(感应电流的) 磁场 (总是) 阻碍 (引起感应电流的磁通量的) 变化原因产生结果；结果阻碍原因。

(2)对“阻碍”的理解注意“阻碍”不是阻止，这里是阻而未止。

阻碍磁通量变化指：
磁通量增加时，阻碍增加(感应电流的磁场和原磁场方向相反，起抵消作用)；
磁通量减少时，阻碍减少(感应电流的磁场和原磁场方向一致，起补偿作用)，简称“增反减同”。

(3)楞次定律另一种表达：感应电流的效果总是要阻碍(或反抗)产生感应电流的原因。

(F安方向就起到阻碍的效果作用)
即由电磁感应现象而引起的一些受力、相对运动、磁场变化等都有阻碍原磁通量变化的趋势。

①阻碍原磁通量的变化或原磁场的变化；
②阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”；
③使线圈面积有扩大或缩小的趋势；
④阻碍原电流的变化。

楞次定律磁通量的变化表述：感应电流具有这样的方向，就是感应电流的磁场总要阻碍引起
感应电流的磁通量的变化。

能量守恒表述：I感的磁场效果总要反抗产生感应电流的原因
①从磁通量变化的角度：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

②从导体和磁场的相对运动：导体和磁体发生相对运动时,感应电流的磁场总是阻碍相对运动。

③从感应电流的磁场和原磁场：感应电流的磁场总是阻碍原磁场的变化。

(增反、减同)
④楞次定律的特例──右手定则
楞次定律的多种表述、应用中常见的两种情况：一磁场不变,导体回路相对磁场运动；二导体回路不动,磁场发生变化。

磁通量的变化与相对运动具有等效性：Φ↑相当于导体回路与磁场接近，Φ↓相当于导体回路与磁场远离。

(4)楞次定律判定感应电流方向的一般步骤基本思路可归结为：“一原、二感、三电流”
①明确闭合回路中引起感应电流的原磁场方向如何；
②确定原磁场穿过闭合回路中的磁通量如何变化(是增还是减)
③根据楞次定律确定感应电流磁场的方向。

④再利用安培定则，根据感应电流磁场的方向来确定感应电流方向．
注意
①楞次定律是普遍规律，适用于一切电磁感应现象．“总要”——指无一例外。

②当原磁场的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场反向；当原磁场的磁通量减小时感应电流的磁场与原磁场方向相同。

③要分清产生感应电流的“原磁场”与感应电流的磁场。

④楞次定律实质是能的转化与守恒定律的一种具体表现形式。

习题演练
1. 如图所示，圆形金属环放在水平桌面上，有一带正电的微粒以水平速度v贴近环的上表面距环心d处飞过，则带电微粒在飞过环的过程中，环中感应电流方向是()
A．始终是沿顺时针方向
B．始终是沿逆时针方向
C．先沿顺时针方向，再沿逆时针方向
D．先沿逆时针方向，再沿顺时针方向
2. (多选)如图所示，导线框MNQP近旁有一个跟它在同一竖直平面内的矩形线圈abcd，下列说法正确的是()
A．当电阻变大时，abcd中有感应电流
B．当电阻变小时，abcd中无感应电流
C．电阻不变，将abcd在其原来所在的平面内向PQ靠近时，其中有感应电流
D．电阻不变，将abcd在其原来所在的平面内远离PQ时，其中有感应电流
3.如图所示，一铝制导体圆环竖直固定在水平光滑杆ab上，当把条形磁铁的N极向左插向圆环时，圆环中产生的感应电流方向如何？如果把条形磁铁从圆环中向右抽出时，圆环中产生的感应电流方向又如何呢？
习题解析
1. D 带电微粒靠近圆环过程中，穿过圆环的磁通量方向垂直纸面向里并增加，由楞次定律知，圆环中将产生逆时针方向的感应电流，当微粒远离圆环时，圆环中产生顺时针方向的感应电流。

2. ACD 当电阻变化或abcd靠近、远离PQ时，穿过abcd的磁通量发生变化，会产生感应电流。

3.当条形磁铁的N极向左插向圆环时，穿过圆环的磁通量逐渐增加，圆环产生感应电流。

感应电流的磁场要阻碍引起感应电流的磁通量的增加，故感应电流的磁场方向向右，用安培定则可判定感应电流的方向为：从右向左看为逆时针方向。

若条形磁铁从圆环中向右抽出时，穿过圆环的磁通量逐渐减少，圆环产生感应电流。

感应电流的磁场要阻碍引起感应电流的磁通量的减少，感应电流的磁场方向向左，用安培定则可判定感应电流的方向为：从右向左看为顺时针方向。