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楞次定律的推广应用

发布时间:2019-07-08 16:56 来源:刘妍点击 :

  摘 要:在电磁感应这一章中,楞次定律是教学的重点,更是教学的难点。其中关键在于“阻碍”一词的理解及引申应用。在楞次定律实际应用中,可抓住感应电流阻碍磁通量变化的规律,进行直接分析,比直接运用左手定则、右手定则的综合分析方法思路更清晰,正确率高。
  关键词:楞次定律;磁通量;阻碍;感应电流;变化
  楞次定律所涉及的是变化的磁场与感应电流的磁场之间的相互关系,是一种“动态场”,与之相关的题目较多,综合应用较强,常规的分析方法是先分析电流的方向,再分析导体受到的安培力,最后判断物体的运动,这种分析方法学生不容易理解,做题时思路混乱,易出错。如果能对定律中“阻碍”的实质有一个通透的了解,从反抗效果的角度思考问题,就可直接对运动趋势作出判断,分析问题思路简捷,正确率高。下面从“阻碍”的角度,谈一下“楞次定律”几种推广形式的应用。
  1 从磁通量变化角度,阻碍体现为
  1.1 增缩减扩。当闭合回路中原磁通量增加时,闭合回路的面积有收缩趋势;当闭合回路中原磁通量减少时,闭合回路的面积有扩大趋势。
  例1、如图所示,在水平面上有光滑固定导轨m、n水平放置,两根相同的导体棒P、Q平行放置在导轨上,形成闭合回路,当一条形磁铁从高处由静止开始下落到接近回路的过程中有(设P、Q间作用力可忽略)( )
  A.P、Q将相互靠拢;B.P、Q将相互远离;C.P、Q都静止不动;D.磁铁做自由落体运动
  解析: 在磁铁从高处下落的过程中,回路中的磁通量增大,为了阻碍磁通量的增大,根据“增缩减扩”可知,此时“阻碍”表现为回路的面积要减小,故P、Q将相互靠拢,故选择A。
  1.2 增反减同。当闭合回路中原磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;当闭合回路中原磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。
  例2、M和N是绕在同一个环形铁芯上的两个线圈,绕法和线路如图所示。现将开关S从a处断开,然后合向b处.在此过程中,通过电阻R1的电流方向是( )
  A.由c流向d;B.先由d流向c,后由c流向d;C.由d流向c;D.先由c流向d,后由d流向c
  解析:开关S从a处断开合向b处的过程中,由于穿过线圈的磁通量发生变化,导致线圈N中产生感应电流,根据 “增反减同”可知,当开关S从a处断开,这时铁芯中顺时针方向的磁场消失,线圈N中的磁通量发生了变化向右减小,阻碍表现为线圈N中产生向右的感应磁场,故感应电流方向由c到d;开关合向b处时,线圈M中的电流在环形铁芯内产生逆时针的磁场,线圈N中的磁通量发生了变化向左增加,阻碍表现为线圈N中产生向右的感应磁场,故感应电流方向由c到d;故选择A。
  2 从相对运动角度,阻碍体现为
  2.1 来拒去留。原磁场靠近闭合回路(线圈)时,感应电流的磁场要拒之,原磁场远离闭合回路(线圈)时,感应电流的磁场要留之。
  例3、如图一质量为m的条形磁铁用细线悬挂在天花板上,细线从一水平金属圆环中穿过.现将环从位置Ⅰ释放,环经过磁铁到达位置Ⅱ.设环经过磁铁上端和下端附近时细线的张力分别为T1和T2,重力加速度大小为g,则( )
  A.A.T1>mg,T2>mg;B.B.T1mg,T2mg
  解析: 在本题中圆环从静止开始向下运动的过程中,此时的“阻碍”体现为阻碍两者间的相对运动,根据“来拒去留”可知,当圆环从Ⅰ向下运动时“阻碍”体现为磁铁对线圈的排斥而向下运动,经过磁铁到达位置Ⅱ时,“阻碍”体现为磁铁对线圈的吸引也向下运动,两种情况下,绳的拉力都大于mg,故选择A。
  2.2 增躲减迎。原磁场的磁通量增加时,感应电流的磁场要“躲闪”,原磁场的磁通量增时,感应电流的磁场要“迎合”。
  例4、在一水平固定的光滑绝缘杆上套有a、b、c三个相同的金属圆环,在环的轴线方向上套有一通电的螺线管,螺线管的内径比金属圆环小得多,螺线管与电源及滑性变阻器组成如图所示的电路,a、b在螺线管两端,c在螺线管正中央,各金属环可在光滑绝缘杆上自由移动,现将滑性变阻器的触片P向左移动,我们会看到( )
  A.a向左运动,b向右运动、c不动;B.a向右运动,b向左运动、c不动;C.a、b、c都向左运动;D.a、b、c都向右运动
  解析: 本题中螺线管产生的磁感线穿过金属圆环,圆环越靠近 螺线管两端,磁通量越小,中间位置磁通量最大,当P向左移动时,电流变大,螺线管产生的磁场变强,此时“阻碍”表现为a、b向两侧“躲闪”,c不动,但c有扩张现象,故选择A。
  3 从电流变化角度,阻碍体现为
  3.1 自感现象
  例5、 如图所示的电路中,L是自感系数很大的线圈,其电阻可忽略不计,A为一灯泡。下列说法正确的是( )
  A.闭合S时,A灯逐渐变亮;B.闭合S时,A灯立即发光并保持亮度不变;C.断开S时,A灯立即熄灭;D.断开S时,通过A灯的电流从b→a
  解析:当通过自感线圈的电流发生变化时,线圈要产生自感电动势,自感电流总是阻碍原电流的变化,自感电流与电路中原电流的方向满足“增反减同”,即:线圈中的电流增大时,产生自感电流的方向与原电流的方向相反,抑制增大。
  线圈中的电流减小时,产生自感电流的方向与原电流的方向相同,抑制减小。断开S时,线圈的电流减小,自感电流的方向与原电流的方向相同,从左向右,线圈与灯泡构成闭合回路,感应电流流过灯泡,方向从右向左,即通过A灯的电流从b→a,故选择D。
  3.2 互感现象
  例6、如图所示,圆形线圈P静止在水平桌面上,其正上方悬挂一相同的线圈Q,P和Q共轴,Q中通有变化的电流,电流变化的规律如图(b)所示,P所受的重力为G,桌面对P的支持力为N,则( )
  A.t1时刻,N>G;B.t2时刻,N>G;C.t3时刻,N

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