《楞次定律和自感現(xiàn)象》章末總結(jié)

本章優(yōu)化總結(jié)知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建感應(yīng)電流的方向自感現(xiàn)象及其應(yīng)用楞次定律和自感現(xiàn)象楞次定律的深刻意義在于，它是普遍的能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的具體體現(xiàn)．例如，在磁鐵與線圈相對運(yùn)動產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況下，感應(yīng)電流的效果總是要阻礙它們之間的相對運(yùn)動．我們可以將楞次定律推廣表述為：感應(yīng)電流的效果總是阻礙引起感應(yīng)電流的原因．推廣含義之一：如果感應(yīng)電流的原因是磁場和回路之間的相對運(yùn)動，則感應(yīng)電流的磁場將阻礙這種相對運(yùn)動．專題歸納整合專題1楞次定律的推廣含義及其應(yīng)用推廣含義之二：如果產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因是穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，且回路面積可以發(fā)生變化，則回路可以用改變面積的方式阻礙磁通量的變化；如果回路面積不變，則可以用遠(yuǎn)離(遠(yuǎn)離趨勢)或靠近(靠近趨勢)阻礙磁通量的增加或減小，這也是一種阻礙方式．推廣含義之三：如果產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因是通過線圈自身電流變化引起的磁通量變化，則當(dāng)通過線圈的電流增大時，感應(yīng)電動勢的方向與原電流方向相反，以反抗磁通量的增大；當(dāng)通過線圈的電流減小時，感應(yīng)電動勢的方向與原電流方向相同，以阻礙磁通量減小．如圖2－1甲所示，圓形線圈P靜止在水平桌面上，其正上方懸掛一相同的線圈Q，P和Q共軸，Q中通有變化電流，電流隨時間變化的規(guī)律如圖乙所示，P所受的重力為G，桌面對P的支持力為N，則(

)例1圖2－1A．t1時刻，N>G

B．t2時刻，N>GC．t3時刻，N<GD．t4時刻，N＝G【解析】

t1時刻，i增大，穿過P的磁通量增大，P有遠(yuǎn)離Q的趨勢，N>G；t2時刻；i不變，穿過P的磁通量不變，P中無感應(yīng)電流產(chǎn)生，N＝G；t3時刻，Q中電流為零，無磁場，N＝G；t4時刻，Q中電流不變，P的磁通量不變，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，N＝G.綜上分析，得選項(xiàng)A、D正確．【答案】

AD【點(diǎn)評】感應(yīng)電流的“效果”總是要“阻礙”引起感應(yīng)電流的“原因”，常見的有：阻礙原磁通量變化——增反減同；阻礙導(dǎo)體的相對運(yùn)動——來拒去留；改變線圈面積來“反抗”——擴(kuò)大或縮??；阻礙原電流的變化——自感現(xiàn)象．利用以上楞次定律的推廣，可幫助我們對問題做出快速判斷．1．電阻R和電感L的區(qū)別與聯(lián)系專題2電阻R和電感L的比較電阻R電感L阻礙作用對電流對電流的變化表現(xiàn)導(dǎo)體發(fā)熱產(chǎn)生自感現(xiàn)象大小因素電阻越大，對電流的阻礙越大電感越大，電流變化越快，對電流的阻礙作用越大(產(chǎn)生的自感電動勢越大)決定因素長度、橫截面積、電阻率長度、橫截面積、單位長度的匝數(shù)、有無鐵芯聯(lián)系電感和電阻都是反映導(dǎo)體本身性質(zhì)的物理量2.線圈對變化電流的阻礙作用與對穩(wěn)定電流的阻礙作用(1)兩種阻礙作用產(chǎn)生的原因不同線圈對穩(wěn)定電流的阻礙作用，是由繞制線圈的導(dǎo)線的電阻決定的，對穩(wěn)定電流阻礙作用產(chǎn)生的原因，是金屬對定向運(yùn)動電子的阻礙作用，具體可用金屬導(dǎo)電理論理解．線圈對變化電流的阻礙作用，是由線圈的自感現(xiàn)象引起的，當(dāng)通過線圈中的電流變化時，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生自感電動勢．根據(jù)楞次定律知，當(dāng)線圈中的電流增大時，線圈中的自感電動勢與電流方向相反，阻礙電流的增加(如圖2－2甲所示)；當(dāng)線圈中的電流減小時，線圈中的自感電動勢與電流方向相同，阻礙電流減小(如圖2－2乙所示)．圖2－2(2)兩種阻礙作用產(chǎn)生的效果不同如圖2－3所示，AB支路由帶鐵芯的線圈和電流表A1串聯(lián)而成，設(shè)電流為I1；CD支路由電阻R和電流表A2串聯(lián)而成，設(shè)電流為I2.兩支路電阻阻值相同，在接通開關(guān)S和斷開開關(guān)S的瞬間，會觀察到(

)例2圖2－3A．S接通瞬間，I1<I2，斷開瞬間I1＝I2B．S接通瞬間，I1<I2，斷開瞬間I1>I2C．S接通瞬間，I1>I2，斷開瞬間I1<I2D．S接通瞬間，I1>I2，斷開瞬間I1＝I2【解析】

S接通瞬間，線圈L產(chǎn)生自感，對電流有較大的阻礙作用，I1從0緩慢增大，而R中電流不受影響，I1<I2，但當(dāng)電路穩(wěn)定后，自感消失，由于兩支路電阻阻值相同，則I1＝I2.開關(guān)斷開瞬間，ABDC構(gòu)成一個回路，感應(yīng)電流相同．【答案】

A【點(diǎn)評】線圈對電路中電流的阻礙作用，關(guān)鍵是在電流忽然變化時形成自感電動勢，從而造成電路總電動勢的改變形成新的閉合電路；電阻R不會有此影響．電磁感應(yīng)中的圖象問題在歷年的高考中都頻頻出現(xiàn)，應(yīng)該引起重視．這些圖象問題主要集中在兩大類：(1)由Φ-t圖象或B-t圖象分析閉合電路中的感應(yīng)電流隨時間變化的特點(diǎn)．分析時要注意利用圖象的斜率所代表的物理意義，即斜率既可反映感應(yīng)電動勢的大小，又可反映感應(yīng)電動勢的方向．專題3電磁感應(yīng)中的圖象問題(2)線框切割磁感線過磁場問題．分析時關(guān)鍵要搞清切割磁感線的有效長度隨時間變化的規(guī)律．處理圖象問題一定注意要利用“分段法”，將電磁感應(yīng)過程分解為幾個典型的小過程，并善于挖掘各段的聯(lián)系．如圖2－4甲所示，一矩形線圈位于一隨時間t變化的勻強(qiáng)磁場內(nèi)，磁場方向垂直線圈所在的平面(紙面)向里，變化規(guī)律如圖2－4中乙所示，以I表示線圈中的感應(yīng)電流，以圖甲中的線圈上所示電流的方向?yàn)檎?，則圖2－5中的I－t圖正確的是(

)例3圖2－4圖2－5【答案】

A如圖2－6所示，在空間中存在兩個相鄰的、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等、方向相反的有界勻強(qiáng)磁場，其寬度均為L.現(xiàn)將寬度也為L的矩形閉合線圈，從圖示位置垂直于磁場方向勻速經(jīng)過磁場區(qū)域，則在該過程中，能正確反映線圈中所產(chǎn)生的感應(yīng)電流或其所受的安培力隨時間變化的圖象是(

)例4圖2－6圖2－7【解析】由楞次定律可知，當(dāng)正方形導(dǎo)線框進(jìn)入磁場和出磁場時，磁場力總是阻礙物體的運(yùn)動，方向始終向左，所以外力F始終水平向右，因安培力的大小不同，故選項(xiàng)D是正確的，選項(xiàng)C是錯誤的．當(dāng)矩形導(dǎo)線框進(jìn)入磁場時，由法拉第電磁感應(yīng)定律判斷，感應(yīng)電流的大小在中間時是最大的，所以選項(xiàng)A、B是錯誤的．【答案】

D【點(diǎn)評】

電磁感應(yīng)中的圖象問題常需利用右手定則、楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律等規(guī)律分析解決．1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的感應(yīng)電流將使導(dǎo)體在電場中受到安培力的作用，從而影響導(dǎo)體的受力情況和運(yùn)動情況．解決這類電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的力學(xué)問題，關(guān)鍵在于通過運(yùn)動狀態(tài)的分析來尋找過程中的臨界狀態(tài)，如速度、加速度取最大值或最小值的條件．專題4電磁感應(yīng)中的力學(xué)和能量問題2．楞次定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁感應(yīng)中的體現(xiàn)．由于“阻礙”，為了維持原磁場的變化，必須有外力克服這一“阻礙”而做功，從而導(dǎo)致其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．導(dǎo)體克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能．如圖2－8所示，光滑的平行長直金屬導(dǎo)軌置于水平面內(nèi)，間距為L.導(dǎo)軌左端接有阻值為R的電阻，質(zhì)量為m的導(dǎo)體棒垂直跨接在導(dǎo)軌上．導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均不計(jì)，且接觸良好．在導(dǎo)軌平面上有一矩形區(qū)域內(nèi)存在著豎直向下的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B.開始時，導(dǎo)體棒靜止于磁場區(qū)域的右端，當(dāng)磁場以速度v1勻速向右移動時，導(dǎo)體棒隨之開始運(yùn)動，同時受到水平向左、大小為f的恒定阻力，并很快達(dá)到恒定速度，此時導(dǎo)體棒仍處于磁場區(qū)域內(nèi)．例5圖2－8(1)求導(dǎo)體棒所達(dá)到的恒定速度v2；(2)為使導(dǎo)體棒能隨磁場運(yùn)動，阻力最大不能超過多少？(3)導(dǎo)體棒以恒定速度運(yùn)動時，單位時間內(nèi)克服阻力所做的功和電路中消耗的電功率各為多大？(4)若t＝0時磁場由靜止開始水平向右做勻加速直線運(yùn)動，經(jīng)過較短時間后，導(dǎo)體棒也做勻加速直線運(yùn)動，其v-