实验楞次定律

三、实验原理

1.楞次定律的本质

楞次定律的本质是在电磁感应现象中的反映。感应电流的磁场是

原磁通量变化的，其结果必须克服这个阻碍，而需要消耗能

量，这个能量就是的源头。

2．楞次定律的深刻意义

楞次定律的深刻意义在于它是——在电磁感应现象中的具体反映。

为了产生和维持，必须有外力克服磁场力的阻碍作用，在这个过程中

机械能转化为，通电导线在磁场中运动时，它又将因磁感线而产生，这个电动势是与原电流方向的电动势，电流要克服反电动势做

功，在这个过程中，电能转化为。

3．实验方法

把条形磁铁迅速(或)线圈，使线圈中产生，找出感应电流的和磁铁的的关系。

(1)因果判断法

楞次定律所揭示的电磁感应过程中有两个最基本的因果关系：一是与变化之间的与的关系；二是与

和。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。

线圈中在什么情况下可以产生某个方向的感应电流，我们可以通过看这个感应电

流产生什么样的，然后结合寻找其原因，即根据产生感应电流这个结

果判断产生感应电流的原因，称之为，例如：线圈中产生了逆时针方向的感

应电流，而这个感应电流产生的是向外的磁场，根据此结果，分析可知其原因有两种可能：一是原来的磁通量向外，正在减小；另一种情况是原来的磁通量向里，且正在增加。(2)等效替代法。

等效替代的思维方法是把复杂的和转化为、、

物理现象和过程来研究和处理。应用等效替代法的关键在于明确两个不同的

物理现象或物理过程在什么条件下，什么意义上可以等效并相互替代，这是等效替代

的实质所在。

实验结论：

通过上述实验，可以得出结论：在原线圈插入或通环保瞬间，感应电流的磁场方向与原磁场方向怎样？

当原线圈排出或断电瞬间，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同；当滑动变阻器插入回路的阻值变大时，感应电流的磁场方向与原磁场方向怎样？

当滑动变阻器接入回路的阻值变小时，感应电流的磁场方向与原磁场方向怎样？

实验拓展：

1.实验前电流表为什么一定要检查电流表指针偏转方向与通过电流方向之间的关系？

2.为什么不直接将原线圈接入电源两端？且为何只能将滑动变阻器由大调小？

3.当手持条形磁铁使它的一个磁极靠近闭合线圈时，线圈中产生了感应电流，获得了电能。

从能量守恒的角度看，这必定有其他形式的能在减小，或者说，有外力对磁铁－线圈这个系统做了功。你能不能用楞次定律做出判断，手持磁铁运动时我们克服什么力做了功？

4.如图所示为一种早期发电机原理示意图，用来研究感应电流的方向。

实验器材：该发电机由固定的圆形线圈和一对用铁芯连接的圆柱形磁铁构成，两磁极相对于线圈平面对称，

实验步骤：让磁极绕转轴匀速转动，磁极中心在线圈平面上的投影沿圆弧XOY运动(O

是线圈中心)

图3

①．从X到O，电流由F经G流向E

②．从O到Y，电流由E经G流向F

实验解析S，方向向上．当磁极由X到O时，穿过线圈的磁通量增加．根据楞次定律，感应电流的磁场应向下，再根据安培定则可知电流由F经G流向E，当磁极从O到Y时，穿过线圈的磁通量减少，可判断电流方向由E经G流向F.．

实验结论：感应电流方向与穿过线圈的磁通量的变化有关。

考题回放：

1.(2014·海南高考)如图,在一水平、固定的闭合导体圆环上方,有一条形磁铁(N极朝

上,S极朝下)由静止开始下落,磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触。关于圆环中感应电流的方向(从上向下看),下列说法正确的是()

A.总是顺时针

B.总是逆时针

C.先顺时针后逆时针

D.先逆时针后顺时针

【解题指南】解答此题应明确以下两点:

(1)条形磁铁周围的磁感线的方向;

(2)圆环中磁通量的变化情况(是增加还是减少)。

【解析】选C。条形磁铁穿过圆环的过程中,圆环中的磁通量先向上增加,后向上减少,根据楞次定律:增反减同,感应电流产生的磁场方向先向下再向上,结合安培定则,产生的

感应电流的方向先顺时针再逆时针,故选C。

2.(2014·新课标全国卷Ⅰ)如图甲,线圈ab、cd绕在同一软铁芯上。在ab线圈中通以变化的电流,用示波器测得线圈cd间电压如图乙所示。已知线圈内部的磁场与流经线圈的电流成正比,则下列描述线圈ab中电流随时间变化关系的图中,可能正确的是()

【解题指南】磁通量的变化率对应感应电流,线性变化对应的是恒定电流。正弦、余弦等周期性变化的磁场产生周期性变化的电流。

【解析】选C。本题考查了电磁感应的图像。根据法拉第电磁感应定律,ab线圈电流的变化率与线圈cd上的波形图一致,线圈cd上的波形图是方波,ab线圈电流只能是线性变化的,因为只有线性变化的变化率才是常数。所以C正确。

3.(2014·上海高考)如图,匀强磁场垂直于软导线回路平面,由于磁场发生变化,回路变为圆形。则该磁场()

A.逐渐增强,方向向外

B.逐渐增强,方向向里

C.逐渐减弱,方向向外

D.逐渐减弱,方向向里

【解题指南】解答本题注意以下两点:

(1)回路变为圆形,面积增大,说明闭合回路的磁通量减少,磁场逐渐减弱;

(2)闭合回路的磁通量减少,磁场方向可能向外,也可能向里。

【解析】选C、D。回路变为圆形,面积增大,说明闭合回路的磁通量减少,所以磁场逐渐减弱,而磁场方向可能向外,也可能向里,故选项C、D正确。

4.(2014·海南高考)如图,在一水平、固定的闭合导体圆环上方,有一条形磁铁(N极朝上,S极朝下)由静止开始下落,磁铁从圆环中穿过且不与圆环接触。关于圆环中感应电流的方向(从上向下看),下列说法正确的是()

A.总是顺时针

B.总是逆时针

C.先顺时针后逆时针

D.先逆时针后顺时针

【解题指南】解答此题应明确以下两点:

(1)条形磁铁周围的磁感线的方向;

(2)圆环中磁通量的变化情况(是增加还是减少)。

【解析】选C。条形磁铁穿过圆环的过程中,圆环中的磁通量先向上增加,后向上减少,根据楞次定律:增反减同,感应电流产生的磁场方向先向下再向上,结合安培定则,产生的感应电流的方向先顺时针再逆时针,故选C。