资源简介

新人教版 选择性必修二第二章 电磁感应
2.1楞次定律 教学设计
教材分析
本节内容在感应电流的产生条件基础上来开展的，与前面的不同，本节是从感应电流的方向的角度来考虑问题。楞次定律是本章的重点和难点，楞次定律是学习法拉第电磁感应现象的基础，也为下一章的交流电做铺垫，所以是重点。它涉及的因素多（原磁场和感应电流的磁场方向，磁通量变化、原电流和感应电流方向等），关系复杂多变；规律比较隐蔽，抽象性和概括性很强，表述方法多样，因此是难点内容。学习学习非常困难。
学情分析
知识层面：
学生已有“电磁感应”的知识，知道感应电流产生的条件但并未留意过感应电流的方向，他们对电磁感应的认识既熟悉而又比较片面，这就迫切需要深入深入的探究
能力层面：
高中学生已经有一定的分析能力，对常见的一些物理现象，物理知识如果只是简单重复，则学生对此不太关注、不感兴趣。作为高中学生，他们的好奇心强，积极性、主动性较强，有参与意识。因此，在教学中要以各种方式激发其注意力，设置“物理问题情景”，引发学生“思维冲突”，设法采用各种实验，让学生认识到“楞次定律”得来的不易，培养总结归纳物理规律的方法。
教学目标与核心素养
物理观念∶理解楞次定律的内容及实质.。
科学思维∶通过楞次定律和右手定则对电流方向的判断， 体会物理模型在探索自然规律中的作用。
科学探究：通过实验探究归纳判断感应电流方向的过程，体会科学探究在物理规律形成中的作用。
科学态度与责任∶通过楞次定律中能量转化分析，体会守恒思想的重要意义，感受科学家对规律的研究过程，学习他们对工作严肃认真不怕困难的科学态度。
教学重难点
教学重点：1.楞次定律的获得及理解。
2.应用楞次定律判断感应电流的方向。
3.利用右手定则判断导体切割磁感线是感应电流的方向。
教学难点：楞次定律的理解及其应用。
教学准备 多媒体课件、导线、线圈、电流计等。
教学过程
新课引入
朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山。这首人们耳熟能详的唐诗，曾给我们带来多少愉悦和幻想呀!如今，诗人笔下的三峡，不仅风景秀丽依然，更在为祖国的建设作着巨大的贡献。三峡水电站安装着32台巨型发电机，总装机容量2250万千瓦。千年流淌的滚滚长江，正在焕发器青春。
这是三峡发电机组和发电量。电厂里巨大的发电机怎么会发出这么多电来 磁生电有什么规律呢
这一章我们将进一步去认识电与磁的规律。
复习回顾
（1）感应电流的产生条件是什么？
闭合回路的磁通量发生变化
（2）怎样判定通电螺线管内部磁场的方向？
在图1中画出线圈内部的磁感线。
新课教学
一、探究影响感应电流方向的因素
1.实验探究
线圈与电流表相连，把磁体的某一个磁极向线圈中插入、从线圈中抽出时，电流表的指针发生了偏转，但两种情况下偏转的方向不同，这说明感应电流的方向并不相同。感应电流的方向与哪些因素有关 下面通过实验来探究这个问题。
实验准备
（1）确定线圈的绕向：线圈外面缠绕的白线可以明示；
（2）确定电表指针的偏转和电流方向的关系：
利用下面电路图可以找出电流表中指针偏转方向和电流方向的关系
结论：电流从哪侧接线柱流入，指针就向哪一侧偏。
实验过程
实验过程也可以用班班通把操作过程的视频播放出来。
实验结果
上面的实验过程和结果可以用简单的图表示为：
2.实验分析
教师带领学生进行分析：
先看甲乙这两个图，当磁铁靠近或插入线圈时穿过线圈的磁通量增大，但是感应电流的方向却不是一样的，说明磁通量增加不能判断感应电流的方向。同样如图丙丁，当磁铁离开或从线圈中拔出时也一样。说明磁通量的增减不能判定感应电流的方向，即
实验并不能直接显示出感应电流的方向与磁通量变化的关系。
进一步分析可以想到，磁体周围存在磁场，感应电流也会产生磁场。感应电流磁场的磁通量与磁体磁场的磁通量有没有联系呢
由于线圈的横截面积是不变的，磁通量的变化可以用磁场的变化来体现。感应电流的方向与磁场的方向有关，我们应该选择磁体的磁场和感应电流的磁场进行分析。即：
通过中介：感应电流的磁场来判断。
下面用表格来比较图2.1-1中的信息。由于图中标出了感应电流的方向，所以根据右手螺旋定则就能判断出感应电流的磁场方向。
由学生分析实验现象，得出结果填写下表：
3.得出结论
教师提问：从上表格的探究实验的结果可以得出怎样的结论？
让学习小组进行讨论并由小组长做总结发言，加以鼓励
最后教师做出总结：
比较表中磁通量增加的两种情况则有：1.当磁铁靠近或插入线圈时穿过线圈的磁通量增大，感应电流产生的磁场和磁铁的磁场方向相反。
比较表中磁通量减少的两种情况则有：2.当磁铁离开或从线圈中拔出时穿过线圈的磁通量减小，感应电流产生的磁场和磁铁的磁场方向是相同的。
可以概括为增反减同。
教师提问：这时感应电流的磁场，对原磁通量的变化有何影响呢？
当穿过回路的磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，它会阻碍磁通量增大。当穿过回路的磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，他会阻碍磁通量减小。也就是说感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量变化，这就是楞次定律。
二、楞次定律
1.内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流产生的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
2.对楞次定律的理解
教师启发引导：如何理解“阻碍”“变化”的含义：
①谁在阻碍？感应电流产生的磁场。
②阻碍什么？阻碍的是磁通量的变化，而不是磁通量本身。不能简单的认为感应电流产生的磁场总是与原磁场方向相反。
③那怎么阻碍呢？当穿过回路的磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，他会阻碍磁通量增大。当穿过回路的磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，也就是增反减同。
④最后阻碍效果如何呢？阻碍不是阻止，阻碍的结果是阻碍磁通量变化变得慢了，但最终还是要变。所以阻碍不一定相反、阻碍不是阻止。
更换视角再来分析实验过程
这是当磁铁靠近时，那当磁铁离开线圈时呢？
当条形磁铁向上远离线圈时，因此穿过线圈的磁通量减小，根据增反减同，所以可知感应电流的磁场的方向，如果再把线圈儿看做一个电磁铁，表现为异名磁极相互吸引，阻碍磁铁向上运动。
上述现象可以概括为来拒去留，感应电流所产生的磁场总是阻碍磁铁的运动，从而阻碍磁通量变化。
3.楞次定律的应用步骤
例题1：如图所示，当线圈向右远离通电直导线时，线圈中感应电流的方向如何？
解题提示：
1、原磁场的方向：向里
2、原磁通量变化情况：减小
3、感应电流的磁场方向：向里
4、感应电流的方向：顺时针
因此应用楞次定律的基本步骤是：以右图为例。
一方向：明确原磁场的方向。条形磁铁的N极向下，根据磁铁的外部磁感线从N极到S即，所以穿过线圈的磁感方向向下（一定要注意是穿过要研究的线圈的磁场方向）。
二变化：判断穿过电路中原磁通量如何变化。磁通量是在增加还是减少，磁铁向下运动，所以磁通量在增加。
三阻碍：根据原磁场方向和磁通量变化，利用增反减同确定感应电流的磁场方向。原磁场方向下在增多，所以感应电流的磁场方向向上。
四一抓：根据感应磁场的方向，用右手螺旋定则确定感应电流的方向。右手定则式子是这样的，弯曲的四指是电流方向，拇指是磁场方向。所以电流方向是这样的。
总结：一方向、二变化、三阻碍、四一抓。
例题2：如图所示，当条形磁铁突然向闭合铜环运动时，铜环里产生的感应电流的方向怎样？铜环运动情况怎样？
解：研究对象：铜环
1原磁场方向：向右
2穿过回路磁通量的变化：增加
3感应电流磁场方向：向左
4感应电流方向（左视）：逆时针
铝环产生感应电流，铝环中的感应电流产生了磁场从而产生相互排斥的现象。
铜环向右运动
例题3：法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图所示，软铁环上绕有M、N两个线圈，当M线圈电路中的开关断开的瞬间，线圈N中的感应电流沿什么方向
在这里先要了解一个只是，电流变化时会产生磁场（这是前面学习过的奥斯特的电流磁效应），这个磁场可以可以沿着铁心传递，即所谓的磁路。
解题提示：办法一方向、二变化、三阻碍、四一抓。按照步骤来看
一方向：先找原磁场的方向。没断开开关时，M中的电流方向是这样的，根据右手螺旋定则，磁场方向是这样的，因此N线圈中原磁场的方向是向下的。
二变化：明确磁通量的变化。开关断开的瞬间，铁环中的磁场迅速减弱，穿过线圈N中的磁通量减少。
三阻碍：根据原磁场方向和磁能量变化，利用增反减同。原磁场磁通量减小，感应磁场方向和原磁场方向一样，也朝下。
四一抓：用右手螺旋定则确定感应电流的方向。根据右手螺旋定则，拇指指感应磁场方向。握一下，四指握的就是电流方向。所以线圈中感应电流方向应该是这样的。由此可见，电流方向的判断方法依然适用。
通过变换角度对实验的分析，结合上面的例题我们可以得到楞次定律的不同表述。
4、楞次定律的表现形式：
（1）从磁通量变化看：感应电流总要阻碍磁通量的变化：“增反减同”
（2）从相对运动看：感应电流总要阻碍相对运动：“来拒去留”
（3）从面积变化看：使线圈面积有增大或缩小的趋势：“增缩减扩”
我们知道导体切割磁感线也会产生感应电流，那怎么判断感应电流的方向呢？用前面学的楞次定律当然可以，但还有更简单的方法。先来看这样思考讨论的例子。
例题4一根金属棒CD放在金属导轨上，当金属棒CD在磁场中向右运动时。
我们研究的是哪个闭合导体回路
当导体棒CD向右运动时，穿过这个闭合导体回路的磁通量是増大还是减小
感应电流的磁场应该是沿哪个方向的
导体棒CD中的感应电流是沿哪个方向的
解答：1.组成的闭合回路只有CDEF，所以研究的是CDEF。
当金属棒向右运动时，磁感应强度不变，回路的面积增大 所以穿过回路的磁通量增大。
根据增反减同所以感应磁场垂直纸面向外。
4.用右手螺旋定则，可以知道回路中的感应电流方向是逆时针的。
用楞次定律来判断，需要经过四步，逻辑性强，过程繁琐。
有这样一个更简单的方法即
三、右手定则
1.内容：伸开右手,使拇指与其余四指垂直,并且都与手掌在同一平面内; 让磁感线从掌心进入, 拇指指向导体运动的方向, 四指所指的方向就是感应电流的方向.
2.适用条件：闭合电路一部分导体切割磁感线产生感应电流.
3.理解： 磁感线 垂直穿过手心
大拇指 导体运动的方向
四指所指的方向 感应电流的方向
回到刚才的例子，使用右手定则来判断感应电流的方向，只需伸出右手即可。相比楞次定律简单方便。
上面已经学过了右手定则和楞次定律，他们都可以判断感应电流的方向，那两者之间是什么关系呢？
4.楞次定律与右手定则的比较
楞次定律 右手定则
区别 研究对象 整个闭合回路 切割磁感线运动的导体
适用范围 各种电磁现象 只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况
应用 用于磁感强度随时间变化而产生的电磁感应现象较方便，适合一段过程 用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象较方便，特别是某个瞬时问题
联系 右手定则是楞次定律的特例，也是对楞次定律的补充
我们学习过的左手定则、右手定则、右手螺旋定则（安培定则）、楞次定律这四个规律都可以判断出电流方向、磁场方向，这几个规律应用时有什么区别和联系呢？
5.左手定则、右手定则、右手螺旋定则（安培定则）、楞次定律的应用比较
无论是“安培力”还是“洛伦兹力”，只要是“力”都用左手判断．“电生磁”或“磁生电”均用右手判断．即“力左电右”
下面通过例题进一步掌握右手定则的使用
例题5：在图中CDEF是金属框，框内存在着如图所示的匀强磁场。当导体MN向右移动时，请用据次定律判断MNDC和MNEF两个电路中感应电流的方向。
解法一：导体棒运动，直接用右手定则。磁感线是向下的，磁感线穿掌心，右手掌心向上，大拇指指向运动方向，此时四指向由M到N，因此感应电流的方向是从M到N。电流到达N节点后向两边分流，所以有MNDC中感应电流方向：M→N→C→D→M，MNEF中感应电流方向：M→N→F→E→M。也可用楞次定律。
解法二：按照步骤来看
一方向：先找原磁场的方向。先研究MNDC，MNDC磁场方向是垂直纸面向里。
二变化：明确磁通量的变化。MN向右移动，MNDC的面积减少，所以磁通量减少。
三阻碍：根据原磁场方向和磁能量变化，利用增反减同。原磁场磁通量减少，感应磁场方向和原磁场方向相同，垂直纸面向里。
四一抓：用右手螺旋定则确定感应电流的方向。根据右手螺旋定则，拇指指感应磁场方向。握一下，四指握的就是电流方向。所以线框MNDC中感应电流方向应该是这样的：M→N→C→D→M（顺时针）。反之，MNEF中感应电流方向：M→N→F→E→M（逆时针）。
课堂练习
1、如图所示，在条形磁铁的中央位置的正上方水平固定一铜质圆环．以下判断中正确的是(　B　)
A．释放圆环，环下落过程中产生感应电流
B．释放圆环，环下落过程中无感应电流
C．释放圆环，环下落过程中感应电流大小不变
D．释放圆环，环下落过程中感应电流逐渐增大
2、如图所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路．若将滑动变阻器的滑片P向上滑动，下面说法中正确的是(　　)
A．穿过线圈a的磁通量变大
B．线圈a有收缩的趋势
C．线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流
D．线圈a对水平桌面的压力FN将增大
解析：滑动变阻器滑片P向上滑动，电阻增大，电流减小，线圈b向下的磁通量减小，穿过线圈a的磁通量也减小，线圈a有扩张靠近的趋势，对水平桌面的压力FN减小，根据楞次定律，a中产生顺时针方向的感应电流A、B、D错，C正确．
答案：C
3、如图甲所示，绝缘的水平桌面上放置一金属圆环，在圆环的正上方放置一个螺线管，在螺线管中通入如图乙所示的电流，电流从螺线管a端流入为正，以下说法正确的是(A)
A．从上往下看，0～1 s内圆环中的感应电流沿顺时针方向
B．0～1 s内圆环面积有扩张的趋势
C．3 s末圆环对桌面的压力小于圆环的重力
D．1～2 s内和2～3 s内圆环中的感应电流方向相反
解析：0～1 s线圈中电流增大，产生的向上的磁场增大，金属环中磁通量增大，根据楞次定律可知，从上往下看，0～1 s内圆环中的感应电流沿顺时针方向，又由于要阻止磁通量的增大，故金属环有收缩的趋势，故A正确，B错误；3 s末金属环中感应电流为零，但螺线管中电流最大，与螺线管无相互作用，所以3 s末圆环对桌面的压力等于圆环的重力，故C错误；1～2 s螺线管正向电流减小，2～3 s反向电流增大，根据楞次定律，金属环中感应电流的磁场方向不变，感应电流方向不变，故D错误．
答案：A
4、目前，我国的电磁弹射技术已达到世界先进水平，将很快装备到下一代航母中．航母上舰载机电磁弹射的驱动原理如图所示，当闭合开关S，固定线圈中突然通过直流电时，线圈左侧的金属环(连接舰载机)被弹射出去，则(　　)
A．闭合S的瞬间，从左侧看环中感应电流沿逆时针方向
B．若将电池正负极调换后，金属环弹射方向改变
C．若金属环置于线圈的右侧，金属环将向左弹射
D．若金属环置于线圈的右侧，金属环将向右弹射
解析：线圈中电流为右侧流入，磁场方向向左，在闭合开关的过程中，磁场变强，则由楞次定律可知，感应电流由左侧看为顺时针，故A错误；电池正负极调换后，根据“来拒去留”可得，金属环受力向左，故仍将向左弹出，故B错误；若环放在线圈右方，根据“来拒去留”可得，环将向右运动，故C错误，D正确。
5、（多选）如图，两水平放置的平行金属板M、N放在匀强磁场中，导线ab贴着M、N边缘以速度v向右匀速滑动，当一带电粒子以水平速度v0射入两板间后，能保持匀速直线运动，该带电粒子可能(　　)
A．带正电、速度方向向左　
B．带负电速度方向向左
C．带正电速度方向向右
D．带负电速度方向向右
解析：由右手定则可得，M板的电势高于N板的电势，所以电场线的方向向下；粒子做直线运动，电场力和初速度垂直，故电场力和洛伦兹力一定平衡，粒子做匀速直线运动，如果粒子带正电，电场力向下，洛伦兹力向上，根据左手定则，磁感应强度方向垂直向内，所以带电粒子向右运动；若粒子带负电，电场力向上，洛伦兹力向下，同样可以得到磁感应强度方向垂直向内时，带电粒子向右运动．所以选项C、D正确，选项A、B错误．
答案：CD
6、如图所示，绝缘水平面上有两个离得很近的导体环a、b.将条形磁铁沿它们的正中向下移动(不到达该平面)，a、b的移动情况可能是(　　)
A．a、b将相互远离　　　
B．a、b将相互靠近
C．a、b将不动
D．无法判断
解析：根据Φ＝BS，条形磁铁向下移动过程中B增大，所以穿过每个环中的磁通量都有增大的趋势．由于S不可改变，为阻碍磁通量增大，导体环会尽量远离条形磁铁，所以a、b将相互远离．
7、如图所示，一个有界匀强磁场区域，磁场方向垂直纸面向外，一个矩形闭合导线框abcd，沿纸面由位置甲(左)匀速运动到位置乙(右)，则(　　)
A．导线框进入磁场时，感应电流方向为a→b→c→d→a
B．导线框离开磁场时，感应电流方向为a→d→c→b→a
C．导线框离开磁场时，受到的安培力方向水平向右
D．导线框进入磁场时，受到的安培力方向水平向左
【解析】　由右手定则可判断出导线框进入磁场时，感应电流方向为a→d→c→b→a，导线框离开磁场时，感应电流方向为a→b→c→d→a.由左手定则可判断导线框进入磁场时受到的安培力水平向左，导线框离开磁场时，受到的安培力水平向左，因此选项D正确．
总 结：本节课我们学习的主要内容有：
1.楞次定律的内容、理解、各种表述、应用步骤。
2.右手定则的内容、适用范围、理解、与其他几个定则的关系。
板书设计
第二章 电磁感应 2.1楞次定律
一、探究影响感应电流方向的因素
二、楞次定律
1.内容：感应电流具有这样的方向，即感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
2.对楞次定律的理解：①谁在阻碍？②阻碍什么？③怎么阻碍？④阻碍效果如何呢？
3.楞次定律的应用步骤：①方向∶明确原磁场方向
②变化∶判断电路中原磁通量如何变化
③阻碍∶利用增反减同确定感应电流的磁场方向
④一抓∶利用安培右手定则判断感应电流方向
4、楞次定律的表现形式：“增反减同”、“来拒去留”、“增缩减扩”
三、右手定则
1.内容：伸开右手,使拇指与其余四指垂直,并且都与手掌在同一平面内; 让磁感线从掌心进入, 拇指指向导体运动的方向, 四指所指的方向就是感应电流的方向.
2.适用范围：
3.理解：
4.右手定则与楞次定律
5.左手定则、右手定则、右手螺旋定则（安培定则）、楞次定律的应用比较

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