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高中物理 | 楞次定律的因果关系

1、楞次定律中的因果关系

楞次定律所提示的电磁感应过程中有两个最基本的因果关系,一是感应磁场与原磁场磁通量变化之间的阻碍与被阻碍的关系;二是感应电流与感应磁场间的产生和被产生的关系。抓住“阻碍”和“产生”这两个因果关联点是应用楞次定律解决物理问题的关键。


2、运用楞次定律处理问题的思路

1)判断感应电流方向类问题的思路。

运用楞次定律判定感应电流方向的基本思路可归结为:“一原、二感、三电流”,即为:

①明确原磁场:弄清原磁场的方向及磁通量的变化情况;

②确定感应磁场:即根据楞次定律中的“阻碍”原则,结合原磁场磁通量变化情况,确定出感应电流产生的感应磁场的方向;

③判定电流方向:即根据感应磁场的方向,运用安培定则判断出感应电流方向。

2)判断闭合电路(或电路中可动部分导体)相对运动类问题的分析策略。

在电磁感应问题中,有一类综合性较强的分析判断类问题,主要讲的是磁场中的闭合电路在一定条件下产生了感应电流,而此电流又处于磁场中,受到安培力作用,从而使闭合电路或电路中可动部分的导体发生了运动。对其运动趋势的分析判断可有以下两种思路方法:

①常规法:

据原磁场(B方向及△

情况)
确定感应磁场(B方向)
判断感应电流(I方向)
导体受力及运动趋势。

②效果法:

由楞次定律可知,感应电流的“效果”总是阻碍引起感应电流的“原因”,深刻理解“阻碍”的含义。据“阻碍”原则,可直接对运动趋势作出判断,更简捷迅速。

1、如图1所示,通电螺线管与电源相连,在螺线管同一轴线上套有三个轻质闭合铝环,b在螺线管中央,a在螺线管左端,c在螺线管右端。当开关S闭合时,若忽略三个环中感应电流的相互作用,则( )

1

A.a向左运动,c向右运动,b不动

B.a向右运动,c向左运动,b不动

C.a、b、c都向左运动

D.a、b、c都向右运动

例题意图:考查楞次定律、安培定则、左手定则的综合应用能力及逻辑推理能力。

错解:找不到该题中现象间的因果关系,即感应磁场与原磁场磁通量变化之间的阻碍与被阻碍关系;感应电流与感应磁场间的产生和被产生的关系;寻找不到先行现象和后继现象间的关联点,从而无法顺利地判断出正确选项。

解析:首先应弄清楚,当开关S闭合时,由通电螺线管所产生的磁场在铝环中的磁通量变化情况。电学知识告诉我们:通电后该螺线管的磁场等效为一个N极在左、S极在右的条形磁铁的磁场(如图2所示),当开关S闭合时,向左通过各铝环的磁通量突然增大。

2

然后,由于向左通过各铝环的磁通量突然增大,根据楞次定律可知,各铝环的感应磁场方向必然与螺线管的磁场方向相反而向右。

接着,运用安培定则可确定,各铝环的感应电流方向如图2所示,从右向左看均为逆时针方向。

最后,根据图2所提供的感应电流和原磁场的分布情况,运用左手定则可判断a、b、c三个铝环所受的安培力分别如图3所示,于是a环受安培力Fa作用,向左运动;c环受安培力Fc作用,向右运动;而由b环受力的对称性可知,b环所受的安培力Fb合力为零,b环仍然静止。因此正确答案为A。

3

2、如图4所示,一水平放置的圆形通电线圈1固定,另一较小的圆形线圈2从1的正上方下落,在下落过程中两线圈平面始终保持平行共轴,则线圈2从1的正上方下落至1的正下方过程中,从上往下看,线圈2的感应电流为( )

A.无感应电流

B.有顺时针方向的感应电流

C.先是顺时针方向,后是逆时针方向的感应电流

D.先是逆时针方向,后是顺时针方向的感应电流

4

解法1:线圈1中环形电流的磁场方向由安培定则可知向上,线圈2从正上方下落到与线圈1共面的过程中穿过线圈2的磁通量增加,感应电流形成的磁场要阻碍磁通量的增加,故感应电流形的磁场方向与线圈1的磁场方向相反,再根据安培定则判断可知,线圈2中电流方向为顺时针。在线圈2从与1共面落到正下方的过程中,穿过线圈2的磁通量减少,感应电流形成的磁场要阻碍磁通量的减少,故感应电流形成的磁场与线圈1的磁场方向相同,再根据安培定则判断可知,线圈2中电流方向为逆时针。所以答案选C。

解法2:由楞次定律可知,感应电流在原磁场所受到的作用力阻碍它们的相对运动。则在下落过程中应是斥力,反向电流相斥,故2中电流方向为顺时针,在远离过程中应是引力,同向电流相吸,故2中电流方向为逆时针,应选C。


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