楞次定律的应用
宇宙的一个基本法则是:一切正在发生的事情都将受到阻碍,一切能够阻碍的行为都将发生.楞次定律揭示了磁场的变化是如何受到阻碍的.
01
判定感应电流的方向或判定原磁场方向及线圈中磁通量的变化
(1)既然感应电流的磁场是为了阻碍线圈内部磁通量正在进行着的变化,那么当线圈内某一方向的磁通量正在增加时,线圈感应电流的磁场方向就一定跟引起感应电流的磁场方向相 反 ;当线圈内某一方向的磁通量正在减少时,线圈感应电流的磁场方向就一定跟引起感应电流的磁场方向相 同 .总结起来就是“ 增反减同 ”.最后根据右手螺旋定则判断电流的方向.
(2)也可由感应电流方向和线圈中磁通量的变化判定原磁场方向,还可由感应电流的方向和原磁场方向判定线圈中磁通量的变化情况,即磁通量的变化、原磁场方向、感应电流的方向三个因素,只要知道了其中任意两个因素,就可以确定第三个因素.
磁场变化引起的感应电流方向判断
02
判断导体或磁体的受力——“来据去留”与“增缩减扩”
前面我们重点讲述了线圈为了对抗内部磁通量的变化,自身产生了感应电流以及磁场,难道这就是线圈的所有手段吗?嘿嘿!当然不是。所谓“一切能够阻碍的行为都将发生”
如下图所示的情况:
线圈内磁通量增加的原因是磁铁和线圈的距离越来越小,那么“阻碍”他们之间的距离不断减小不就行了吗!怎么阻碍呢?那就是磁铁一定受到向上的力,线圈一定受到向下的力.
那么这就完了吗?当然不是!在磁铁下落的过程中,是因为线圈内的磁感应强度越来越大,线圈里面的磁感线才会越来越多的,如果线圈缩小面积不就行了吗!因此线圈一定有收缩的趋势.
自然,如下图所示的情况:
线圈内向下的磁通量减小的原因是磁铁和线圈的距离越来越大,那么就要“阻碍”他们之间的距离不断变大,则磁铁一定受到向 上 的力,线圈一定受到向 下 的力.
在磁铁下落的过程中,线圈内向下的磁感应强度越来越小,线圈里面向下的磁感线才会越来越少,所以线圈一定有 扩张 的趋势.
综合上面即是“来据去留”与“增缩减扩“
“来据去留”与“增缩减扩”的力学本质
用“来据去留”与“增缩减扩”的规律判断受力不涉及感应电流,但是这个规律的本质却是离不开感应电流的.如果回路不能产生感应电流,就不会有“来据去留”与“增缩减扩”的受力现象.
如下图所示,磁铁下落的过程中,线圈会感应出逆时针方向的电流.取线圈上a点附近的一小段导线进行分析,这样就可以把这一小段导线看成直导线.
这段直导线处于“B”所示方向的磁场中,把磁场“B”分解为水平方向的“B平”和竖直方向的“B下”.这段导线在“B下”中受到的安培力为“F收”,这就是线圈受到的收缩的力.
感应电流的安培力问题
03
从能量守恒的角度理解楞次定律
阻碍是能量守恒的反映,在克服阻碍的过程中,其他形式能转化为 电能 .
楞次定律与能量守恒定律
示范例题
例题1.(单选题)如下图所示,一平面线圈用细杆悬于P点,开始时细杆处于水平位置,由静止释放后让它在如下图所示的匀强磁场中运动.已知线圈平面始终与纸面垂直,当线圈第一次通过位置Ⅰ和位置Ⅱ时,顺着磁场的方向看去,线圈中感应电流的方向分别为( )
A.逆时针;逆时针
B.逆时针;顺时针
C.顺时针;顺时针
D.顺时针;逆时针
【答案】B
【解析】线圈通过位置Ⅰ时,线圈在垂直于磁场方向上的面积增大,穿过线圈的磁通量增加.根据楞次定律,感应电流产生的磁场与原磁场方向相反,再根据安培定则,感应电流的方向为逆时针方向.同理可判断出线圈通过位置Ⅱ时,穿过线圈的磁通量减小,感应电流产生的磁场与原磁场方向相同,感应电流为顺时针方向,因此B正确.
例题2.(单选题)如下图所示,当条形磁铁突然向铜环运动时,铜环的运动情况是( )
A.向右摆动
B.向左摆动
C.静止
D.不能确定
【答案】A
【解析】解法1:推论法.磁铁向右运动时,由楞次定律的另一种表述可知,铜环因产生感应电流而受到的安培力总是阻碍导体间的相对运动,即“来拒去留”,故A正确.
【其他解法】
解法2:等效分析法.磁铁向右运动时,使铜环产生感应电流后可等效为一条形磁铁,如下图所示,则两磁铁有排斥作用,故A正确.
解法3:微元分析法.画出铜环所在位置条形磁铁的磁场分布示意图,由楞次定律判断出环中感应电流的方向,将环等效为多段微小直线电流元,取上、下两小段进行研究,由左手定则判断出它们的受力方向如下图所示.
由此可知,整个铜环所受的合力向右,且环有向内收缩的趋势,故A正确.
内容摘自:包学习APP_动态教辅《楞次定律(高中物理选修3-2人教 第4章 电磁感应 第3节)》,欢迎下载学习更多知识
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