第三節(jié) 探究感應電流的方向【思維激活】在做感應電流產生條件的實驗中，將條形磁鐵插入螺線管或從螺線管拔出，我們發(fā)現(xiàn)感應電流的方向與螺線管中磁場的方向以及磁體運動方向與在者聯(lián)系，那么它們究竟存在怎樣的關系？提示：感應電流的方向總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化，條形磁鐵插入螺線管線圈磁通量增加，取出時減小，故前后感應電流方向相反。【自主整理】1.楞次定律：感應電流具有這樣的方向，即感應電流的方向總要阻礙引起感應電流的磁通量的變化。2.對“阻礙的理解”：阻礙并不是相反，而是當磁通量增加時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相反；磁通量減少時，感應電流的磁場方向與原磁場方向相同。從磁通量變化的角度來看，感應電流總是要阻礙原磁通量的變化；從導體和磁體的相對運動的角度來看，感應電流總是要阻礙導體與磁體間的相對運動。3.右手定則：伸開右手，使拇指與其余四個手指垂直，并且都與手掌在同一平面內。讓磁感線從手心進入，并使拇指指向導體運動的方向，這時四指所指的方向就是感應電流的方向。4.楞次定律的運用范圍，磁通量變化而產生感應電流的判定。5.判定步驟（1）明確閉合電路范圍內的原磁場的方向；（2）分析穿過閉合電路的磁通量的變化；（3）根據(jù)楞次定律，判定感應電流磁場的方向；（4）利用安培定則，判定感應電流的方向?！靖呤止P記】1.楞次定律：感應電流具有這樣的方向，即感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流磁通量變化。2.“阻礙”并不是“相反”而是當磁通量增加時，感應電磁場與原磁場方向相反；磁通量減少時，感應電流磁場與原磁場方向相同。3.從磁通量變化的角度來看，感應電流總要阻礙磁通量變化，從導體和磁體的相對運動的角度來看，感應電流總要阻礙相對運動，因此，產生感應電流的過程實質上是能的轉化和轉移的過程。4.楞次定律的使用步驟（1）明確所研究的閉合回路中原磁場的方向；（2）確定穿過回路的磁通量如何變化（是增加還是減?。?；（3）由楞次定律判定出感應電流磁場方向；（4）根據(jù)感應電流的磁場方向，由安培定則判定出感應電流的方向?！久麕熃饣蟆?.楞次定律的本質是什么？剖析：（1）楞次定律中的“阻礙”作用，正是能的轉化和守恒定律的反映，在克服這種阻礙的過程中，其他形式的能轉化為電能。（2）從能的轉化和守恒定律本質上，楞次定律可廣義地表述為：感應電流的“效果”總是要反抗（或阻礙）引起感應電流的“原因”，常見的有四種：阻礙原磁通量的變化；阻礙導體的相對運動（來拒去留）；通過改變線圈面積來“反抗”（擴大或縮?。?；阻礙原電流的變化（自感現(xiàn)象）。2.如何判定電勢高低？剖析：判斷電磁感應現(xiàn)象中電勢高低的方法是：把產生感應電動熱的那部分電路當作電源的內電路，再判定該電源的極性（正、負極）。對于一個閉合回路來說，電源內電路的電流是從負極流向正極，電源外電路的電流是從高電勢流向低電勢。3.一條形磁鐵靠近一閉合的鋁環(huán)或磁鐵遠離鋁環(huán)時，會有什么現(xiàn)象產生？剖析：磁鐵吸引鐵，但不吸引鋁，吸引鐵是由于磁鐵的磁場將鐵磁化后的磁力作用；而磁鐵靠近鋁環(huán)或遠離鋁環(huán)時，也會產生排斥和吸引作用，這種作用是磁鐵的磁場感應鋁環(huán)回路，產生感應電流后的磁場與電流的作用。4.導體切割磁感線產生的感應電動勢是否等于導體兩端的電壓？剖析：如果切割磁感線的導體是閉合回路的一部分，則該導體相當于電源，其電阻相當于電源的內阻，導體兩端的電壓為路端電壓，由閉合電路歐姆定律U=E-Ir知，當導體中有感應電流通過且考慮導體電阻時，感應電動勢不等于導體兩端的電壓，當導體中無感應電流通過或不計導體電阻時導體產生的感應電動勢等于導體兩端的電壓?！局v練互動】例1.邊長為h的正方形金屬導線框，從圖1-3-1所示的位置由靜止開始下落，通過一勻強磁場區(qū)域，磁場方向水平，且垂直于線框平面，磁場區(qū)域寬度為H，上下邊界如圖中虛線所示，H>h，則線框開始下落到完全穿過磁場區(qū)的全過程中（ ）圖1-3-1A.線框中總有感應電流存在B.線框受到磁場力的合力方向有時向上，有時向下C.線框運動方向始終是向下的D.線框速度的大小不一定總是在增加解析：金屬線框在進入磁場中，磁通量增加，有感應電流產生。由右手定則，感應電流為逆時針方向；由左手定則可知，線框受磁場力方向向上。開始時刻，磁場力小于重力，加速度向下，線框速度增大，磁場力也隨之增大。若磁場力增大到與重力相等時，線框將勻速下落。因為H>h，當線框上邊進入磁場，下邊未出磁場之前，線框中沒有磁通量變化，無感應電流，亦不受磁場力作用，線框以加速度g 向下加速運動，當線框下邊穿出磁場，線框中磁通量減少，產生順時針感應電流，線框上邊受到向上磁場力作用。但合力方向向上，向下，為零均有可能。故正確答案為CD。答案：CD【變式訓練一】1.如圖1-3-2所示，有一矩形線圈在豎直平面內從靜止開始下落，在線圈的下邊垂直磁感線方向進入勻強磁場，而上邊還未進入勻強磁場的過程中，線圈不可能做的運動是（ ）圖1-3-2A.勻速下降B.加速下降C.減速下降D.勻減速下降答案：D例2.如圖1-3-3所示，水平放置的金屬導軌上連有電阻R，并處在垂直于軌道平面的勻強磁場中。今從靜止起用力拉金屬棒ab（與軌道垂直），用以下兩種方式拉金屬棒.若拉力恒定，經時間t1后ab的速度為，加速度為a1，最終速度可達2；若拉力的功率恒定，經時間t2后ab的速度也是，加速度為a2，最終速度可達2。求a1和a2滿足的關系。圖1-3-3解析：第一種模式拉動時，設恒力為F，由于最終速度為2，即勻速，有：F=BI1L，I1=，所以F=，當速度是時ab棒所受安培力為F1。同理可得：F1=，此時的加速度為a1，由牛頓第二定律得：FF1=ma1聯(lián)立以上各式得a1=.第二種模式拉動時，設外力的恒定功率為P，最終的速度也是2，由能量關系可知：P=I12R=速度為時，ab棒所受的外力為F2，有：P=F2，此時的加速度為a2，ab棒所受的安培力仍為F1，根據(jù)牛頓第二定律：F2F1=ma2，聯(lián)立有關方程可以解得：a2=，所以有a2=3a1。答案：a2=3a1【變式訓練二】1.圖1-3-4所示為地磁場磁感線的示意圖，在北半球地磁場的豎直分量向下，飛機在我國上空勻速巡航，機翼保持水平，飛行高度不變，由于地磁場的作用，金屬機翼上有電勢差，設飛行員左方機翼末端處的電勢為U1，右方機翼末端處的電勢為U2，則（ ）圖1-3-4A.若飛機從東往西飛，U2比U1高B.若飛機從西往東飛，U1比U2高C.若飛機從南往北飛，U1比U2高D.若飛機從北往南飛，U2比U1高解析：我國位于地球的北半球，北半球地磁場的豎直分量向下，向右手定則可判定，無論飛機向哪個方向平行地面飛行，均為飛行員左側機翼電勢高，即U1比U2高，故選B、C。答案：BC例3.一根鐵芯上繞有一組線圈，a、c是線圈的兩端，b為中心抽頭。把a、b兩端接在平行金屬導軌上，在導軌上橫置了一根金屬棒PQ，導軌處在垂直于導軌平面指向紙內的勻強磁場中，如圖1-3-5所示，當PQ棒沿導軌滑動時，a、b、c任兩點間都有電勢差出現(xiàn)，若要a、c兩點電勢都低于b點電勢，則PQ棒的運動情況是（ ）圖1-3-5A.向右加速運動B.向右減速運動C.向左加速運動D.向左減速運動解析：本題必須涉及兩個電磁感應過程，因PQ的運動而切割磁感線，在PQ上發(fā)生電磁感應；PQ的感應電流流過線圈ab，此感應電流一定是變化的，因此變化的電流在ab線圈中會產生變化的磁場，變化的磁場引起bc線圈發(fā)生電磁感應。（1）在PQ做切割磁感線運動時，線圈ab是負載，題中要求Ua<Ub，即線圈ab中的電流是從b流向a（外電路電流由電勢流向低電勢），從而得出PQ上的電流是從上而下的，根據(jù)右手定則知PQ棒只能向左運動。（2）題目中要求Ua<Ub，在穿過bc的磁通量發(fā)生變化而在bc中發(fā)生電磁感應時，bc線圈是電源，且要求b是該電源的正極，bc中的感應電流的磁場方向與ab中感應電流磁場方向相同（上端為N，下端為S），由楞次定律可知（增反減同），ab的磁場正在減弱，即ab中的電流在減小，由Iab=BLPQ/R可知PQ做減速運動，故選D項。答案：D【綠色通道】解答本題的關鍵是要把兩個電磁感應過程搞清楚，找出發(fā)生電磁感應的那部分導體PQ和線圈bc，然后再用楞次定律結合題設條件來確定PQ的運動方向。注意同一線圈因在電路中的連接不同而作用不同，ab段是負數(shù)，電流由高電勢流向低電勢，而bc段是電源，電流由低電勢流向高電勢?！咀兪接柧毴?. 如圖1-3-6所示是螺線管和毫安表組成的閉合電路，上面是彈簧和條形磁鐵組成的振動裝置，線圈直徑大于磁鐵的線度。啟動磁鐵在線圈內振動，試分析將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象。圖1-3-6答案：毫安表中的指針來回擺動，擺幅會越來越小，直到停止；磁鐵的振動幅度會越來越小，直到停止。整個過程體現(xiàn)了能量的轉化問題?！倔w驗探究】感應電動勢的方向決定了感應電流的方向，反過來，知道了感應電流的方向，也就知道了感應電動勢的方向，那么感應電流的方向又如何確定？有規(guī)律可循嗎？我們還是通過實驗來找出規(guī)律吧！【導思】感應電流的磁場方向與思路中磁通量變化有關，可分別通過增加和減少原磁通量來進行探究?！咎骄俊繉嶒? 實驗電路如圖1-3-7所示，當將條形磁鐵插入時，G中指針往某一方向偏轉。當將條形磁鐵從螺線管中拔出時，G中指針卻往相反方向偏轉。圖1-3-7分析：將條形磁鐵插入和拔出的不同在于前者是使閉合回路中的的磁通量增加 ，而后者是使閉合回路中的磁通量減少，說明 在其他條件一樣的情況下，感應電流的方向與回路中的磁通量增加或減少有關。實驗2 將條形磁鐵的N極朝下插入螺線管中和將條形磁鐵S極朝下插入螺線管中相比較發(fā)現(xiàn)，G中的針偏轉方向也相反。分析：將磁鐵兩極分別插入時都使回路中的磁通量增加，而兩者不同的是回路中的磁場方向發(fā)生了改變，從而導致感應電流方向的變化，這說明在其他條件一樣的情況下，感應電流的方向與回路中的磁場方向有關。我們將閉合回路中引起感應電流的磁場稱為原磁場，記為B原，將由感應電流激發(fā)的磁場稱為感應磁場，記為B感，進一步的實驗表明：當增大時，B感 與B原的方向相反，B感阻礙的減小。5