资源简介

2.1　第1课时　探究影响感应电流方向的因素
学习目标
第1课时
1.通过任务1及其活动,探究影响感应电流方向的因素,概括实验结果,得出实验结论。(科学探究)
2.通过任务2及其活动,总结出感应电流产生的磁场与原磁场的方向关系,会用楞次定律判断感应电流的方向。(科学探究、科学思维)
第2课时
1.通过任务1及其活动,知道楞次定律的广义表述,会用楞次定律的广义表述判断感应电路中回路运动情况、面积变化趋势。(物理观念、科学思维)
2.通过任务2及其活动,知道右手定则,会用右手定则判断感应电流的方向,正确理解右手定则与楞次定律的关系。(物理观念、科学思维)
【自主预习·悟新知】
思考并回答问题。
思考1:竖直平面内放置通有方向竖直向上恒定电流的导线,如图所示。正方形导线框置于导线右侧。
(1)由静止释放导线框,穿过线框的磁通量是否发生变化 线框内产生感应电流吗
(2)导线框向左运动一小段,穿过线框的磁通量是否发生变化 线框内产生感应电流吗


思考2:当导体做切割磁感线运动时,产生的感应电流的方向与什么因素有关 右手定则的内容是什么


正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)当闭合回路所在区域的磁场变化时,回路中一定产生感应电流。 (　　)
(2)感应电流的磁场总要阻止引起感应电流的磁通量的变化。 (　　)
(3)感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 (　　)
(4)感应电流的磁场总跟引起感应电流的磁场方向相反。 (　　)
【合作探究·提素养】
任务1　实验探究影响感应电流方向的因素
　　如图,把灵敏电流计与一个螺线管连接好,进行演示实验,并回答下列问题。
1.如图1、图2所示,分别将磁体的N、S极向下插入螺线管,观察灵敏电流计指针的偏转方向,并用安培定则判断螺线管中的感应电流产生的磁场的方向,把结果填入表格中。
　　 　图1　　　　　图2
图号 磁体的磁 场方向 磁通量 的增减 情况 感应电流 的方向 (俯视) 感应电流产生的磁场方向 感应电流产生的磁场方向与磁体的磁场方向的关系
1
2
2.如图3、图4所示,分别将磁体的N、S极向上拔出螺线管,观察灵敏电流计指针的偏转方向,并用安培定则判断螺线管中的感应电流产生的磁场的方向,把结果填入下表中。
　
　　　图3　　　 　图4
图号 磁体的磁 场方向 磁通量 的增减 情况 感应电流 的方向 (俯视) 感应电流产生的磁场方向 感应电流产生的磁场方向与磁体的磁场方向的关系
3
4
3.请根据实验结果总结螺线管中感应电流的磁场方向与磁体的磁场方向的关系。

　　当螺线管中的磁通量增加时,感应电流的磁场方向跟磁体的磁场方向①　　,阻碍磁通量的增加;当螺线管中的磁通量减少时,感应电流的磁场方向跟磁体的磁场方向②　　,阻碍磁通量的减少。感应电流的磁场方向与原磁场的方向遵循“增反减同”的规律。
应用　实验分析
小张同学用如图所示的实验装置“研究电磁感应现象”。断开开关瞬间,发现灵敏电流计的指针向左偏转了一下。
(1)闭合开关稳定后,将滑动变阻器的滑片向右滑动过程中,灵敏电流计的指针　　(选填“向左偏转”“向右偏转”或“不偏转”)。
(2)闭合开关稳定后,将线圈A从线圈B抽出的过程中,灵敏电流计的指针　　(选填“向左偏转”“向右偏转”或“不偏转”)。
(1)感应电流的产生条件是什么
(2)感应电流的磁场方向与原磁场方向遵循怎样的规律

任务2　楞次定律
　　法拉第最初发现电磁感应现象的实验电路如图所示,软铁环上绕有M、N两个导线圈。
1.当闭合开关S时,为什么灵敏电流计的指针会偏转


2.闭合开关S的瞬间,线圈N中的感应电流的方向怎样


3.线圈M中的电流稳定后,线圈N中还有感应电流吗


4.断开开关S的瞬间,线圈N中的感应电流的方向怎样

楞次定律:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍③　　的磁通量的变化。
电磁感应中的能量转化与守恒
楞次定律中的“阻碍”作用,正是能量守恒定律的反映,在克服这种2“阻碍”的过程中,其他形式的能转化为电能。可以这样认为,楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的具体体现。请以图示组成回路的导体做切割磁感线运动为例,说说你是怎样理解楞次定律与能量守恒定律的一致性的。

应用　用楞次定律分析问题
方形导线框水平放置在桌面上,条形磁铁在其正上方,N极向下。在将磁铁移近线框的过程中(从上向下看),线框中的感应电流的方向是　　(选填“顺时针”或“逆时针”)方向。
在家庭电路中,接地故障通断器在用电器发生漏电时,能保护人的生命和财产安全。当用电器正常工作时,紧靠的两根绝缘电线电流大小相等,方向相反;当用电器漏电时,线圈中就会产生感应电流,断路器切断电路。若某次漏电瞬间,电线1和电线2中的电流流向如图所示,且电线2中的电流小于电线1中的电流,则此瞬间 (　　)
A.穿过线圈的磁通量增加,感应电流从N到M
B.穿过线圈的磁通量减少,感应电流从N到M
C.穿过线圈的磁通量增加,感应电流从M到N
D.穿过线圈的磁通量减少,感应电流从M到N
归纳总结 弄清“阻碍”的几个层次 谁在阻碍“感应电流的磁场”在阻碍阻碍什么阻碍的是“引起感应电流的磁场的磁通量的变化”,而不是阻碍引起感应电流的磁场,也不是阻碍引起感应电流的磁通量如何阻碍磁通量增加时,阻碍其增加,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,起抵消作用;磁通量减少时,阻碍其减少,感应电流的磁场与原磁场方向一致,起补偿作用为何阻碍(原)磁场的磁通量发生了变化结果如何阻碍并不是阻止,只是延缓了磁通量的变化快慢,这种变化将继续进行,最终结果不受影响
【随堂检测·精评价】
1.(任务1)小王同学为了探究感应电流的方向与什么因素有关,他将一灵敏电流计与一个线圈相连构成闭合电路,然后将条形磁铁插入或拔出线圈,如图所示。线圈中所标箭头方向为感应电流方向。下列说法正确的是 (　　)
　　　图1　　　　图2　　　　图3　　　　图4
A.图1中磁铁正在向下运动
B.图2中磁铁正在向上运动
C.图3中磁铁正在向上运动
D.图4中磁铁正在向上运动
2.(任务2)楞次定律是下列哪个定律在电磁感应现象中的具体体现 (　　)
A.电阻定律 B.库仑定律
C.欧姆定律 D.能量守恒定律
3.(任务2)如图所示,在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中,有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点,并可绕O点摆动。金属线框从右侧某一位置由静止开始释放,在摆动到左侧最高点的过程中,细杆和金属线框平面始终处于同一平面,且该平面垂直于纸面。则线框中感应电流的方向 (　　)
A.一直是a→b→c→d→a
B.一直是d→c→b→a→d
C.先是d→c→b→a→d,后是a→b→c→d→a
D.先是a→b→c→d→a,后是d→c→b→a→d
4.(任务2)安培曾做过如图所示的实验:把绝缘导线绕制成线圈,在线圈内部悬挂一个用薄铜片制成的圆环,圆环所在平面与线圈轴线垂直,取一条形磁铁置于铜环的右侧,条形磁铁的右端为N极。闭合开关,电路稳定后,发现铜环静止不动,安培由此错失发现电磁感应现
象的机会。实际上,在电路闭合的瞬间 (　　)
A.从右侧看,铜环中有逆时针方向的感应电流
B.从右侧看,铜环中有顺时针方向的感应电流
C.铜环仍保持不动
D.铜环会远离磁铁
答案与解析
自主预习·悟新知
思考1:(1)由静止释放导线框,在下落过程中,线框中磁通量不变,所以没有感应电流。
(2)导线框向左运动一小段,靠近直导线,磁感应强度增加,磁通量向里且增加,根据楞次定律可以判断出感应电流的方向为逆时针。
思考2:与导体运动方向及磁感应强度方向有关。伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌在同一平面内,让磁感线从掌心进入,使拇指指向导体运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。
判断　(1)×　(2)×　(3)√　(4)×　
第1课时　探究影响感应电流方向的因素
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.
图号 磁体的磁 场方向 磁通量 的增减 情况 感应电流 的方向 (俯视) 感应电流产生的磁场方向 感应电流产生的磁场方向与磁体的磁场方向的关系
1 向下 增加 逆时针 向上 反向
2 向上 增加 顺时针 向下 反向
2.
图号 磁体的磁 场方向 磁通量 的增减 情况 感应电流 的方向 (俯视) 感应电流产生的磁场方向 感应电流产生的磁场方向与磁体的磁场方向的关系
3 向下 减少 顺时针 向下 同向
4 向上 减少 逆时针 向上 同向
3.见知识生成。
知识生成　①相反　②相同
应用探究
例1　【答案】(1)向右偏转　(2)向左偏转
【提示】(1)穿过闭合回路的磁通量发生变化。(2)感应电流的磁场方向与原磁场方向遵循“增反减同”的规律。
【解析】(1)在断开开关时发现灵敏电流计的指针向左偏了一下,说明穿过线圈B的磁通量减小时,电流计指针向左偏,合上开关稳定后,将滑动变阻器的滑片向右滑动时,电阻变小,流过线圈A的电流变大,那么穿过线圈B的磁通量增加,电流计指针将向右偏转。
(2)将线圈A从线圈B抽出的过程中,穿过线圈B的磁通量减小,电流计指针将向左偏转。
任务2
问题引领
1.当闭合开关S时,线圈M中的电流从无到有,磁场从无到有,穿过线圈N的磁通量就会增加,在线圈N中产生感应电流,所以灵敏电流计指针会偏转。
2.根据安培定则可知,闭合开关S的瞬间,线圈M的电流会使软铁环中产生顺时针方向的磁场B0(如里面虚线所示),且磁感应强度迅速增强。根据楞次定律可知,线圈N中的感应电流在软铁环中产生逆时针方向的磁场B(如靠内实线所示),再根据安培定则可判断线圈N中的感应电流方向如图所示。
3.线圈M中的电流稳定后,磁感应强度B0不再变化,所以线圈N中的磁通量不变,没有感应电流。
4.断开开关S的瞬间,线圈M中的电流消失会使软铁环中沿顺时针方向的磁场B0(里面虚线所示)迅速减小,根据楞次定律可知,线圈N中的感应电流在软铁环中产生顺时针方向的磁场B(靠内实线所示),再根据安培定则可判断线圈N中的感应电流方向如图所示。
知识生成　③引起感应电流
应用探究
活动　如果产生的感应电流在磁场中受到的力(安培力)的方向与运动方向相同,那么感应电流受到的磁场力就会加快导体做切割磁感线的运动,从而又增大感应电流。如此循环,导体将不断加速,动能不断增大,电流的能量和电路中损耗的焦耳热都不断增大,却不需外界做功,这显然是违背能量守恒定律的。
楞次定律指出这是不可能的。概括楞次定律可表述为“感应电流的效果总是反抗产生感应电流的原因”,从能量角度理解就是产生感应电流的过程必须遵守能量守恒定律。
例2　逆时针
【解析】在将磁铁移近线框的过程中,穿过线框的磁通量方向向下且正在逐渐增大,根据楞次定律,从上往下看,线框中的感应电流为逆时针方向。
例3　A　【解析】当用电器正常工作时,紧靠的两根绝缘电线电流大小相等,方向相反,此时穿过线圈的磁通量为零;当用电器漏电,且电线2中的电流小于电线1中的电流时,顺着电线1中的电流的方向看,铁芯中的磁场方向为顺时针方向,且穿过线圈内的磁通量增加,根据楞次定律可知,线圈中的感应电流方向为N到M。
随堂检测·精评价
1.D　【解析】由题图1可知,条形磁铁N极向下插入线圈时,向下穿过线圈的磁通量增大,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向向上,则线圈外侧的电流方向向右,与图中方向不一致,A项错误;由题图2可知,条形磁铁N极向上运动时,向下穿过线圈的磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向向下,则线圈外侧的电流方向向左,与图中方向不一致,B项错误;由题图3可知,条形磁铁S极向上运动时,向上穿过线圈的磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向向上,则线圈外侧的电流方向向右,与图中方向不一致,C项错误;由题图4可知,条形磁铁S极向上运动时,向上穿过线圈的磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向向上,则线圈外侧的电流方向向右,与图中方向一致,D项正确。
2.D　【解析】能量守恒定律在电磁感应现象中体现为楞次定律,D项正确。
3.B　【解析】金属框摆动过程,一开始磁通量减小,后来反向磁通量增大,由“增反减同”可知电流方向一直是d→c→b→a→d,B项正确。
4.A　【解析】根据楞次定律,接通开关瞬间,穿过铜环的磁通量向左增大,则从右侧看,铜环中的感应电流方向为逆时针方向,A项正确,B项错误;当铜环中有逆时针方向的电流时,可等效为右侧为N极的磁体,则当铜环处于左侧是S极的条形磁铁的磁场中时,铜环会靠近磁铁,C、D两项错误。2.1　第2课时　楞次定律的应用
【合作探究·提素养】
任务1　楞次定律的应用
　　如图所示,线圈固定在水平放置的光滑绝缘圆管上,将金属环放在线圈右侧。
1.闭合开关S时,从右向左看,金属环中感应电流方向是怎样的


2.闭合开关S时,金属环将向哪个方向运动


3.若将电源的正、负极对调,闭合开关S时,金属环向哪个方向运动

运用楞次定律和安培定则判定感应电流方向的思维程序图。
应用　楞次定律中“阻碍”的几种表现
如图所示,在一固定水平放置的闭合导体圆环上方,一条形磁铁从离地面高h处由静止开始下落,最后落在水平地面上。磁铁下落过程中始终保持竖直,并从圆环中心穿过圆环,而不与圆环接触。若不计空气阻力,重力加速度大小为g,下列说法正确的是 (　　)
A.以地面为参考平面,磁铁落地时的机械能为mgh
B.在磁铁下落的整个过程中,圆环中的感应电流方向一直为逆时针方向(从上向下看圆环)
C.磁铁在整个下落过程中,圆环对它的作用力先竖直向上后竖直向下
D.若圆环不闭合,磁铁下落过程中做自由落体运动
磁铁下落,圆环闭合→靠近时磁通量向下增加,远离时向下减小→感应电流阻碍磁通量变化→阻碍磁铁下落。
归纳总结 　　判断回路运动情况、面积变化趋势的两种方法如下: (1)一般方法 感应电流
的方向回路各部
分所受安
培力方向→分析回
路的运
动情况或分析回路
面积的变
化趋势 (2)根据楞次定律的广义表述判断 ①若是由相对运动产生的电磁感应现象,则感应电流所产生的力的效果将阻碍相对运动(来拒去留)。 ②电磁感应现象中,感应电流引起的回路面积变化总要阻碍磁通量的变化(增缩减扩)。
任务2　右手定则
　　如图所示,金属导轨E、F之间接一电流计,金属棒CD与金属导轨接触良好,可以在轨道上自由滑动,思考回答下列问题。
1.当导体棒CD向右运动时,穿过闭合电路的磁通量是增加还是减少


2.感应电流的磁场方向如何


3.导体棒CD中的感应电流沿哪个方向


右手定则
(1)用右手定则可以判定③　　时产生的感应电流的方向。
(2)右手定则的内容:伸开右手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都在同一平面内,让磁感线从手心穿入,并使拇指指向导体运动的方向,这时④　　所指的方向就是感应电流的方向,如图所示。
问题讨论
右手定则是英国电机工程师、物理学家约翰·安布罗斯·弗莱明发现的,应用右手定则时,要注意右手定则与左手定则的区别。左手定则和右手定则在应用时有何不同 你是如何来区分使用的


应用　电磁学中的三个定则
如图所示,金属棒AB原来处于静止状态(悬挂)。CD棒的运动,导致AB棒向右摆动,则CD棒可能 (　　)
A.向右平动 B.向左平动
C.向里平动 D.向外平动
判断导体棒切割磁感线产生的感应
电流方向时,采用哪个定则 判断通电导体受到的安培力方向时,采用哪个定则

归纳总结 　　右手定则、右手螺旋定则(安培定则)和左手定则的区别: (1)右手定则判断的是导体切割磁感线时产生的感应电动势方向与磁场方向、导体运动方向三者之间的关系,应用时右手呈伸直状。 (2)右手螺旋定则(安培定则)判断的是电流方向与它产生的磁场方向之间的关系,右手必须呈螺旋状,对直电流和环形电流,拇指和四指所代表的对象不一样。 (3)左手定则判断的是磁场对电流的安培力方向或对带电粒子的洛伦兹力方向与磁场方向、电流或带电粒子运动方向之间的关系,应用时左手呈伸直状。
【随堂检测·精评价】
1.(任务1)如图所示,用细线吊起一个铝环,分别用磁铁的N极和S极向右靠近铝环,则 (　　)
　　　　　图1　　　　　　　　图2
A.图1中,铝环向左运动
B.图1中,铝环有收缩趋势
C.图2中,铝环有扩张趋势
D.图2中,铝环有图示方向电流
2.(任务1)如图所示,粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈。当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高处快速经过时,若线圈始终不动,则关于线圈中感应电流的方向(从上向下看)及线圈受到的摩擦力的方向的判断正确的是 (　　)
A.感应电流的方向先为abcda后为adcba,摩擦力方向向右
B.感应电流的方向先为abcda后为adcba,摩擦力方向向左
C.感应电流的方向始终为adcba,摩擦力方向向右
D.感应电流的方向始终为abcda,摩擦力方向向左
3.(任务2)下列图表示闭合电路中的一部分导体ab在匀强磁场中做切割磁感线运动的情境,导体ab上的感应电流方向为a→b的是 (　　)
A　　　　　　　　　B
C　　　　　　　　　D
4.(任务2)(多选)两根相互平行的金属导轨水平置于图示的匀强磁场中,与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动。当AB在外力F的作用下向右运动时,下列说法正确的是 (　　)
A.导体棒CD内有电流通过,方向是D→C
B.导体棒CD内有电流通过,方向是C→D
C.磁场对导体棒CD的作用力方向向左
D.磁场对导体棒AB的作用力方向向左
答案与解析
合作探究·提素养
任务1
问题引领
1.闭合开关S时,线圈中电流从右侧流入,磁场方向向左且增强,则由楞次定律可知,金属环中感应电流的磁场方向向右,根据安培定则可知,从右向左看,金属环中感应电流沿逆时针方向。
2.闭合开关时,线圈中电流增大,穿过金属环的磁通量增加,根据楞次定律可知,金属环要阻碍磁通量的增加,将远离线圈向右运动。
3.电池正、负极调换后,闭合开关时,线圈中电流增大,穿过金属环的磁通量增加,根据楞次定律可知,金属环要阻碍磁通量的增加,故仍将远离线圈向右运动。
应用探究
例1　D　【解析】磁铁在整个下落过程中,由于受到磁场力的阻碍作用,磁铁落地时的机械能小于mgh,A项错误;当条形磁铁靠近圆环时,穿过圆环的磁通量向下且增加,根据楞次定律和安培定则可判断圆环中感应电流的方向为逆时针方向(从上向下看圆环),当条形磁铁远离圆环时,穿过圆环的磁通量向下且减小,根据楞次定律和安培定则可判断圆环中感应电流的方向为顺时针方向(从上向下看圆环),B项错误;根据楞次定律的推论“来拒去留”原则,可判断磁铁在整个下落过程中,圆环对它的作用力始终竖直向上,C项错误;若圆环不闭合,则圆环中不会产生感应电流,磁铁不受到圆环的作用力,故磁铁做自由落体运动,D项正确。
任务2
问题引领
1.增加。
2.根据楞次定律可知感应电流的磁场方向垂直于纸面向外。
3.由安培定则可判断感应电流方向为C到D。
知识生成　③导体切割磁感线　④四指
应用探究
活动　用左手定则来判断通电导线在磁场中受到安培力的方向,也可用来判断带电粒子在磁场中运动时受到洛伦兹力的方向;右手定则用来判断导线在磁场中切割磁感线产生的感应电流的方向。电磁学中,右手定则判断的主要是与力无关问题的方向;如果是和力有关问题的方向则需用左手定则。即关于力的用左手定则,其他的用右手定则。
左手定则与受“力”有关,右手定则与发“电”有关,可以记为:“力”字最后一笔向左撇,就用左手;“电”字最后一笔向右勾,就用右手。也可以总结成记忆口诀:“左受力,右生电”。
例2　【答案】D
【提示】判断导体棒切割磁感线产生的感应电流方向时,采用右手定则;判断通电导体棒受到的安培力方向时,采用左手定则。
【解析】当CD棒向外平动时,由右手定则可知,感应电流的方向为D→C→B→A→D,由左手定则可知,此时AB棒受到的安培力向右,D项符合题意。
随堂检测·精评价
1.B　【解析】产生磁场的物体与闭合线圈之间的相互作用力可概括为四个字——“来拒去留”。磁铁向铝环运动时,铝环产生的感应电流总是阻碍磁铁与导体间的相对运动,则磁铁和铝环间有排斥作用,所以铝环向右运动,A项错误;磁铁向右靠近铝环,铝环磁通量增大,则根据楞次定律可知,铝环有收缩趋势,从而阻碍铝环磁通量的增大,B项正确,C项错误;图2中,磁铁的S极向右靠近铝环,穿过铝环的磁通量增大,根据楞次定律可知,铝环中感应电流产生的感应磁场方向向右,根据右手螺旋定则判断可知,铝环中感应电流方向应沿逆时针方向(从右向左看),D项错误。
2.B　【解析】当磁铁向右运动时,线圈中的磁通量始终向下且先增大后减小,根据楞次定律,感应电流的磁场应该阻碍原磁场磁通量的变化,则感应电流的磁场方向先向上,再向下,由右手螺旋定则可知,从上往下看线圈中的感应电流方向先为逆时针方向,再为顺时针方向,即先为abcda后为adcba。根据楞次定律的另一种表述——“来拒去留”可知,水平桌面给线圈的摩擦力方向始终水平向左。A、C、D三项错误,B项正确。
3.D　【解析】A图中,穿过回路的磁通量减小,由楞次定律知,回路中感应电流方向为b→a→d→c,则导体ab上的感应电流方向为b→a,A项不符合题意;B图中,ab向纸外运动,运用右手定则时,磁感线穿过手心,拇指指向纸外,则知导体ab上的感应电流方向为b→a,B项不符合题意;C图中,ab棒沿导轨向下运动,由右手定则判断知导体ab上的感应电流方向为b→a,C项不符合题意;D图中,ab棒顺时针转动,运用右手定则时,磁感线穿过手心,拇指指向运动方向,则知导体ab上的感应电流方向为a→b,D项符合题意。
4.BD　【解析】两个导体棒与两根金属导轨构成闭合回路,当AB向右运动时,回路中磁通量增加,结合安培定则判断回路中感应电流的方向是B→A→C→D→B。再根据左手定则,可判断出磁场对CD的作用力方向向右,对AB的作用力方向向左,B、D两项正确。

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