第十二章 A 楞次定律

电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面。电磁感应的发现在科学上和技术上都具有划时代的意义，它不仅丰富了人类对于电磁现象本质的认识，推动了电磁学理论的发展，而且在生产实践中开拓了广泛应用的前景。在电工技术中，运用电磁感应原理制造的发电机、感应电动机和变压器等电器设备，为充分而方便地利用自然界的能源提供了条件；在电子技术中，广泛地采用电感元件来控制电压或电流的分配，发射、接收和传输电磁信号；在电磁测量中，除了许多重要电磁量的测量是直接应用电磁感应原理外，一些非电磁量也可以转换成电磁量来测量，从而发展了多种自动化仪表。

本章你将学习楞次定律及导体切割磁感线时感应电动势大小的计算。

为了使驾驶员及时获取汽车各系统工作状况的相关信息，在驾驶员前的面板上装有各种仪表，用来指示汽车运行以及发动机的运行情况，保证汽车可靠而安全地行驶。图12-1的右上图所示是汽车上的仪表之一——发动机转速表。

以前汽车上一般不装转速表，近十几年来，随着汽车工业的飞快发展，是否装转速表已成为区别汽车档次的配置内容。图中转速表的单位以“1/min×1000”表示，即显示发动机每分钟转多少千转，驾驶员可随时知道发动机的运转情况，使发动机保持最佳工作状态。

磁电式转速表是按照电磁感应原理工作的。发动机的点火线圈中初级电流中断时产生感应脉冲信号，并将此信号转换为可显示的转速值。

在基础型课程中，介绍了电磁感应现象：当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，闭合回路中就有感应电流产生。

当导体切割磁感线时，感应电流的方向可用右手定则判定。那么，当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，感应电流的方向如何确定呢？

一、【学生实验】研究磁通量变化时感应电流的方向

探究目的：探究感应电流的方向与磁通量变化的关系。

方案设计：

方案1

【实验原理】将条型磁铁的N、S极分别插入感应线圈，或从感应线圈中拉出，观察检流计指针的偏转情况，煞后归纳出判断感应电流方向的规律。

【实验器材】条形磁铁、检流计、感应线圈等。

【实验过程】如图12-2中（a）、（b）、（c）、（d）所示，将条型磁铁插入或拉出，观察并记录检流计指针的偏转方向。

【实验记录】

（1）在图12-2中画出（a）、（b）、（c）、（d）四种情况下，线圈中感应电流方向及感应电流磁场的方向。

（2）归纳出感应电流的方向与磁通量变化的关系：

____________________________________________________________________。

方案2（请同学自己设计）

【实验原理】________________________________________________________。

【实验器材】________________________________________________________。

【实验过程】________________________________________________________。

【实验记录】________________________________________________________。

实验结果：通过上述两个实验，你得到的共同结果是什么？

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二、楞次定律

上述实验结果可以用磁通量的变化进行分析：当磁铁移近或插入线圈时[图12-3（a）]，穿过线圈的磁通量增加，这时感应电流的磁场方向（虚线）跟磁铁的磁场方向（实线）相反，阻碍磁通量的增加；当磁铁离开或拔出线圈时[图12-3（b）]，穿过线圈的磁通量减少，这时感应电流的磁场方向（虚线）跟磁铁的磁场方向（实线）相同，阻碍磁通量的减少。

自主活动

请画出相当于图12-2（c）、（d）两种情况中，磁铁和线圈中感应电流的磁场的磁感线。

在其他电磁感应现象中也有相同的规律。俄国物理学家楞次（1804-1865）概括了各种实验结果，在1834年得到了如下的结论：感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，这就是楞次定律。这是电磁学中的一个重要定律。

如图12-3（a）所示，当磁铁的N极移近螺线管时，按照楞次定律，螺线管的上端是N极，因而磁铁受到推斥，阻碍磁铁相对于螺线管的运动；如图12-3（b）所示，当磁铁的N极离开螺线管时，螺线管的上端是S极，因而磁铁受到吸引，也要阻碍磁铁相对于螺线管运动。因此，楞次定律的内容，从磁通量变化的角度来看，感应电流的磁场总要阻碍磁通量的变化；从导体和磁体的相对运动的角度来看，感应电流的磁场总要阻碍相对运动。

三、用DIS实验验证楞次定律

如图12-4所示，将微电流传感器接入数据采集器，使微电流传感器的测量接头与感应线圈两端连接，实验前先选择传感器窗口为“指针”或“示波”显示方式。然后，将条形磁铁N极插入或拉出感应线圈，观察感应电流方向；将条形磁铁S极插入或拉出感应线圈，再观察感应电流方向。

将你观察的结果与用楞次定律判断比较一下，是否一样？

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当磁铁插入或拉出线圈时，都要受到阻碍作用，即要克服阻力做功，把机械能转变为电能。因此，楞次定律是能的转化和守恒定律在电磁感应现象中的具体表现。

四、楞次定律的应用

应用楞次定律判断感应电流的方向，首先要明确原来磁场的方向；其次要明确穿过闭合电路的磁通量是增加还是减少；然后根据楞次定律确定感应电流的磁场方向；最后利用安培定则确定感应电流的方向。

示例1

如图12 -5所示，磁铁向线圈中插入，标出线圈中感应电流的方向。

【分析】线圈中磁铁的磁场方向是向上的（实线所示）；磁铁插入线圈时，磁通量增大；根据楞次定律，感应电流的磁场阻碍原磁场磁通量的增大，所以，感应电流磁场方向应当向下（虚线所示）；用安培定则判定感应电流方向。

【解答】线圈中感应电流方向如图中箭头方向所示。

大家谈

若图12-5中磁铁从线圈中拔出，线圈中感应电流方向如何？

示例2

图12-6是法拉第发现电磁感应现象的实验示意图。A、B是套在同一铁芯上的两个线圈，当电键S闭合时，标出与线圈B相连接的灵敏电流计中电流的方向。

【分析】如图12-7所示，线圈A与电源接通时，线圈A中的磁感线穿过线圈B的方向如实线所示；电路接通瞬间，线圈中磁场增强，磁通量增大；根据楞次定律，线圈B中感应电流磁场方向应该如虚线所示；再用安培定则判断感应电流的方向。

【解答】流过灵敏电流计的电流方向是D→C。

示例3

在图12-8中，当导体ab在外力作用下向右做匀速运动时，用楞次定律判断感应电流的方向。

【分析】导体ab向右运动时，闭合回路abcd内的磁通量减小。

【解答】根据楞次定律可知，感应电流的磁场跟原磁场同方向；用安培定则就可判知感应电流方向是b→a。

自主活动

请你比较用右手定则判断感应电流方向，跟用楞次定律判断结果是否一样。你认为应当如何选用？

发布时间：2015/12/15 下午12:30:50  阅读次数：2162