【同步】高中物理魯科版(2019)選擇性必修2：第2章第1節(jié)科學探究感應電流的方向課件

第2章第1節(jié)科學探究:感應電流的方向?qū)W習目標思維導圖1.通過實驗,探究影響感應電流方向的因素。(科學探究)2.理解楞次定律的內(nèi)容,會用能量的觀點解釋楞次定律。(物理觀念)3.理解楞次定律是能量守恒定律在電磁感應現(xiàn)象中的體現(xiàn)。(科學思維)4.理解右手定則的內(nèi)容,會判斷感應電流的方向。(物理觀念)基礎落實·必備知識全過關(guān)重難探究·能力素養(yǎng)全提升目錄索引

學以致用·隨堂檢測全達標基礎落實·必備知識全過關(guān)一、探究影響感應電流方向的因素1.實驗探究將螺線管與電流計組成

回路,分別將N極、S極插入、抽出線圈,如圖所示,記錄感應電流方向如下。

實驗裝置

閉合

2.實驗分析(1)線圈內(nèi)磁通量增加時的情況:(表內(nèi)選填“向上”或“向下”)圖序磁場方向感應電流的方向(俯視)感應電流的磁場方向甲①

逆時針②

乙③

順時針④

向下向上向上向下(2)線圈內(nèi)磁通量減少時的情況:(表內(nèi)選填“向上”或“向下”)圖序磁場方向感應電流的方向(俯視)感應電流的磁場方向丙⑤

順時針⑥

?、?/p>

逆時針⑧

向下向下向上向上3.實驗結(jié)論(1)當線圈內(nèi)磁通量增加時,感應電流的磁場與原磁場方向

,阻礙磁通量的增加。

(2)當線圈內(nèi)磁通量減少時,感應電流的磁場與原磁場方向

,阻礙磁通量的減少。

想一想感應電流的磁場一定與引起感應電流的磁場方向相反嗎?相反相同提示

不一定

二、楞次定律1.內(nèi)容:感應電流的磁場總要阻礙引起感應電流的

的變化。

2.理解:當磁鐵靠近導體線圈上端時,穿過線圈的磁通量增加,感應電流的磁場與原磁場的方向

,由于同名磁極相互排斥,阻礙磁鐵相對線圈向下運動;當磁鐵遠離線圈上端時,穿過線圈的磁通量減少,感應電流的磁場與原磁場的方向

,由于異名磁極相互吸引,阻礙磁鐵相對線圈向上運動。

3.適用范圍:一切

現(xiàn)象。

磁通量相反相同電磁感應想一想如圖所示,兩輕質(zhì)閉合金屬圓環(huán),穿掛在一根光滑水平絕緣直桿上,原來處于靜止狀態(tài)。當條形磁鐵的N極自右向左插入圓環(huán)時,兩環(huán)怎樣運動?提示

將條形磁鐵向左插入金屬圓環(huán)的過程中,兩個環(huán)中均產(chǎn)生感應電流。根據(jù)楞次定律,感應電流的效果是阻礙環(huán)與磁鐵間的相對運動,所以兩環(huán)均向左運動?？拷盆F的環(huán)所受的安培力大于另一個,可知兩環(huán)間距變小。三、右手定則1.內(nèi)容:伸開右手,讓拇指與其余四指垂直,且都與手掌處于同一平面內(nèi),讓

垂直穿過手心,使拇指指向?qū)w運動的方向,其余四指所指的方向就是

的方向。

2.適用范圍:適用于閉合電路部分導體

產(chǎn)生感應電流的情況。

想一想左手定則和右手定則中“四指所指的方向”表示的物理意義一樣嗎?磁感線

感應電流切割磁感線提示

不一樣。左手定則中“四指所指的方向”為已知電流的方向,右手定則中“四指所指的方向”表示感應電流的方向。易錯辨析

判一判(1)感應電流的磁場一定阻礙引起感應電流的磁通量。(

)(2)只要閉合電路內(nèi)有磁通量,閉合電路中就有感應電流產(chǎn)生。(

)(3)線框不閉合時,即使穿過線框的磁通量發(fā)生變化,線框中也沒有感應電流產(chǎn)生。(

)(4)感應電流的磁場一定與引起感應電流的磁場方向相同。(

)×提示

感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化,而不是阻礙磁通量?！撂崾?/p>

只有在閉合回路中磁通量發(fā)生變化,才能形成電流。

√×提示

感應電流的磁場和引起感應電流的磁場可以反向。

即學即用

練一練1.(多選)如圖所示,當磁鐵運動時,流過電阻的電流是由A經(jīng)R到B,則磁鐵的運動可能是(

)A.向下運動B.向上運動C.向左運動D.以上都不可能BC解析

由感應電流方向A→R→B,應用安培定則得知感應電流在螺線管內(nèi)產(chǎn)生的磁場方向應是從上指向下;運用楞次定律判得螺線管內(nèi)磁通量的變化應是向下減少或向上增大;由條形磁鐵的磁感線分布知,螺線管內(nèi)原磁場是向下的,故應是磁通量減少,即磁鐵向上運動或向左、向右平移,所以B、C正確。2.(多選)如圖所示,光滑平行金屬導軌PP'和QQ'都處于同一水平面內(nèi),P和Q之間連接一電阻R,整個裝置處于豎直向下的勻強磁場中,現(xiàn)在垂直于導軌放置一根導體棒MN,用一水平向右的力F拉動導體棒MN,以下關(guān)于導體棒MN中感應電流方向和它所受安培力的方向的說法正確的是(

)A.感應電流方向是N→MB.感應電流方向是M→NC.安培力水平向左D.安培力水平向右AC解析

磁場方向向下,導體棒MN的運動方向向右,由右手定則知,感應電流方向是N→M,再由左手定則可知,安培力水平向左,所以A、C正確。重難探究·能力素養(yǎng)全提升探究一探究影響感應電流方向的因素情境探究如圖所示是“探究影響感應電流方向的因素”的實驗裝置。如果在閉合開關(guān)時發(fā)現(xiàn)電流計的指針向右偏了一下。(1)若閉合開關(guān)后,將線圈L1迅速插入線圈L2中,電流計的指針將怎樣偏轉(zhuǎn)?(2)若線圈L1插入線圈L2后,將滑動變阻器的滑片迅速向右移動時,電流計的指針將怎樣偏轉(zhuǎn)?要點提示

(1)已知閉合開關(guān)瞬間,線圈L2中的磁通量增加,產(chǎn)生的感應電流使電流計的指針向右偏轉(zhuǎn)。當開關(guān)閉合后,將線圈L1迅速插入線圈L2中時,線圈L2中的磁通量增加,由已知條件可知產(chǎn)生的感應電流也應使電流計的指針向右偏轉(zhuǎn)。(2)滑動變阻器的滑片迅速向右移動,線圈L1中的電流變小,線圈L2中的磁場方向不變,磁通量減少,則電流計的指針向左偏轉(zhuǎn)。知識歸納在上面“探究影響感應電流方向的因素”的實驗中,電源與線圈構(gòu)成一回路,而另一線圈與靈敏電流計又構(gòu)成一個回路。當上方線圈中的磁通量發(fā)生變化時,導致下方線圈的磁通量也跟著變化,從而出現(xiàn)感應電流,由靈敏電流計的指針偏轉(zhuǎn)方向,可探究影響感應電流方向的因素。結(jié)論如下:(1)當線圈內(nèi)磁通量增加時,感應電流的磁場與原磁場方向相反,阻礙磁通量的增加。(2)當線圈內(nèi)磁通量減少時,感應電流的磁場與原磁場方向相同,阻礙磁通量的減少。應用體驗典例1

某同學用如圖所示裝置探究感應電流的方向與引起感應電流的磁場的關(guān)系。已知電流從a接線柱流入電流表時,電流表指針右偏。實驗時,磁場方向、磁鐵運動情況及電流表指針偏轉(zhuǎn)情況都記錄在下表中。實驗序號磁場方向磁鐵運動情況指針偏轉(zhuǎn)情況1向下插入右偏2向下拔出左偏3向上插入左偏4向上拔出右偏(1)由實驗1、3得出的結(jié)論是_______________________________________________________________________________。

(2)由實驗2、4得出的結(jié)論是_______________________________________________________________________________。

(3)由實驗1、2、3、4得出的結(jié)論是________________________________________________________________________。

穿過閉合回路的磁通量增加時,感應電流的磁場方向與原磁場方向相反穿過閉合回路的磁通量減少時,感應電流的磁場方向與原磁場方向相同感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化解析

(1)由表中信息可知,在實驗1、3中,磁鐵插入線圈,穿過線圈的磁通量增加,而穿過線圈的磁場方向相反,感應電流方向相反,感應電流磁場方向與原磁場方向相反,由此可知:穿過閉合回路的磁通量增加時,感應電流的磁場方向與原磁場方向相反。(2)由表中實驗信息可知,在實驗2、4中,穿過線圈的磁通量減少,磁場方向相反,感應電流方向相反,感應電流磁場方向與原磁場方向相同,由此可知:穿過閉合回路的磁通量減少時,感應電流的磁場方向與原磁場方向相同。(3)綜合分析4次實驗可知:感應電流的磁場總是阻礙引起感應電流的磁通量的變化。針對訓練1(2023遼寧大連期末)利用如圖所示裝置可探究感應電流產(chǎn)生的條件。線圈A通過滑動變阻器和開關(guān)S連接到電源上,線圈B的兩端連接到電流計G上,把線圈A裝在線圈B的里面。某同學發(fā)現(xiàn)閉合開關(guān)S時,電流表指針向右偏轉(zhuǎn),由此可以判斷(

)A.斷開開關(guān)S時,電流計指針向右偏轉(zhuǎn)B.線圈A向上移動時,電流計指針向右偏轉(zhuǎn)C.線圈A中鐵芯向上拔出時,電流計指針向右偏轉(zhuǎn)D.滑動變阻器的滑片向右滑動時,電流計指針向右偏轉(zhuǎn)D解析

閉合開關(guān)S時,通過線圈B的磁通量增大,可知當穿過線圈B的磁通量增大時,電流計指針向右偏轉(zhuǎn)。線圈A向上移動時、線圈A中鐵芯向上拔出時、斷開開關(guān)S時,穿過線圈B的磁通量均減小,電流計指針均應向左偏轉(zhuǎn),A、B、C錯誤。滑動變阻器的滑片向右滑動時,通過A的電流增大,則穿過線圈B的磁通量增大,電流計指針向右偏轉(zhuǎn),D正確。探究二楞次定律情境探究將螺線管與電流表組成閉合回路,分別將條形磁鐵插入、抽出螺線管。

(1)如圖甲磁鐵插入線圈時,線圈中磁通量怎樣變化?有感應電流嗎?(2)如圖乙磁鐵拔出線圈時,線圈中磁通量怎樣變化?兩次感應電流方向相同還是相反?要點提示

(1)磁通量增加,有。(2)磁通量減少,相反。

知識歸納1.楞次定律中“阻礙”的含義

阻礙不是阻止

2.應用楞次定律的四個步驟(1)確定原磁場的方向;(2)判定產(chǎn)生感應電流的磁通量如何變化(增加還是減少);(3)根據(jù)楞次定律確定感應電流的磁場方向(增反減同);(4)判定感應電流的方向。閃光語錄

楞次定律應用步驟也可以簡單地描述為“一原二變?nèi)兴穆菪?一原——確定原磁場的方向;二變——確定磁通量是增加還是減少;三感——判斷感應電流的磁場方向;四螺旋——用右手螺旋定則判斷感應電流的方向。應用體驗典例2

把兩個線圈繞在一個鐵環(huán)上,A線圈與電源、滑動變阻器R組成一個回路,B線圈與開關(guān)S、電流表G組成另一個回路,如圖所示。關(guān)于該實驗,下列說法正確的是(

)A.閉合開關(guān)S的瞬間,電流表G中有a→b的感應電流B.閉合開關(guān)S的瞬間,電流表G中有b→a的感應電流C.閉合開關(guān)S后,在增大電阻R的過程中,電流表G中有a→b的感應電流D.閉合開關(guān)S后,在增大電阻R的過程中,電流表G中有b→a的感應電流D解析

在滑片不動的情況下,A線圈中通過的是恒定電流,產(chǎn)生的磁場是恒定的,所以B線圈中不產(chǎn)生感應電流,選項A、B錯誤;在滑片移動增大電阻R的過程中,A線圈中通過的是逐漸減弱的電流,即線圈B處于逐漸減弱的磁場中,由安培定則和楞次定律判斷得知,電流表中的電流從b→a,故選項C錯誤,D正確。針對訓練2(2023浙江金華期末)如圖所示,圓環(huán)形導體線圈a平放在水平桌面上,在a的正上方固定一豎直螺線管b,二者直徑相同、軸線重合,螺線管與電源、滑動變阻器連接成如圖所示的電路。若將滑動變阻器的滑片P向下滑動,下列說法正確的是(

)A.線圈a中將產(chǎn)生俯視順時針方向的感應電流B.穿過線圈a的磁通量變小C.線圈a有擴張的趨勢D.線圈a對水平桌面的壓力大于自身重力D解析

當滑片P向下滑動時,接入電路的電阻減小,由閉合電路歐姆定律可知,通過線圈b的電流增大,從而判斷出穿過線圈a的磁通量增大,且方向向下;根據(jù)楞次定律可知線圈a的感應電流方向俯視應為逆時針,故A、B錯誤。根據(jù)楞次定律可知,由于通過線圈a的磁通量增大,則線圈只有面積減小才能阻礙磁通量的增大,即線圈a有收縮的趨勢,故C錯誤。開始時,線圈a對桌面的壓力等于自身重力,當滑片P向下滑動時,可以將兩個線圈看成兩個條形磁鐵,根據(jù)楞次定律可知兩線圈互相排斥,故線圈a對水平桌面的壓力增大,大于自身重力,故D正確。探究三右手定則情境探究如圖所示,導體棒ab向右做切割磁感線運動。(1)請用楞次定律判斷感應電流的方向。(2)感應電流I的方向、原磁場B的方向、導體棒運動的速度v的方向三者之間什么關(guān)系?根據(jù)右手定則,自己試著做一做。要點提示

(1)感應電流的方向為a→d→c→b→a。(2)滿足右手定則。知識歸納1.右手定則主要用于閉合電路的部分導體做切割磁感線運動時,產(chǎn)生的感應電動勢與感應電流的方向判定。2.右手定則僅在導體切割磁感線時使用,應用時要注意磁場方向、導體運動的方向、感應電流的方向三者互相垂直。3.當導體的運動方向與磁場方向不垂直時,拇指應指向切割磁感線的分速度方向。4.若形成閉合電路,四指指向感應電流方向;若未形成閉合電路,四指指向高電勢點。5.應用時要特別注意:四指指向是電源內(nèi)部電流的方向,也是電勢升高的方向,即四指指向正極。由負極到正極

閃光語錄

左、右手定則的區(qū)分方法(1)區(qū)分左手定則和右手定則的根本是抓住“因果關(guān)系”:“因電而動”——用左手,“因動生電”——用右手。(2)使用中左手定則和右手定則很容易混淆,為了便于記憶,可把兩個定則簡單地總結(jié)為通電受力,“力”的最后一筆“丿”向左,用左手;運動生電,“電”的最后一筆“乚”向右,用右手。應用體驗典例3

如圖所示表示閉合電路中的一部分導體ab在磁場中做切割磁感線運動的情境,導體ab上的感應電流方向為a→b的是(

)A解析

題中四圖都屬于閉合電路的一部分導體切割磁感線,應用右手定則判斷可得:A中電流方向為a→b,B中電流方向為b→a,C中電流方向為a→d→c→b→a,D中電流方向為b→a,故選A。規(guī)律方法

對右手定則的理解1.右手定則適用范圍:閉合電路的部分導體切割磁感線產(chǎn)生感應電流方向的判斷。2.右手定則反映了磁場方向、導體運動方向和電流方向三者之間的相互垂直關(guān)系。(1)大拇指的方向是導體相對磁場切割磁感線的運動方向,既可以是導體運動而磁場未動,也可以是導體未動而磁場運動,還可以是兩者以不同速度同時運動。(2)四指指向電流方向,切割磁感線的導體相當于電源。閉合導體回路的一部分導體做切割磁感線運動時,可用右手定則判斷感應電流的方向。針對訓練3(多選)如圖所示,金屬導軌上的導體棒ab在勻強磁場中沿導軌做下列哪種運動時,銅制線圈c中將有感應電流產(chǎn)生且被螺線管吸引(

)A.向右做勻速運動B.向左做減速運動C.向右做減速運動D.向右做加速運動BC解析

當導體棒向右勻速運動時產(chǎn)生恒定的電流,線圈中的磁通量恒定不變,無感應電流出現(xiàn),A錯誤;當導體棒向左減速運動時,由右手定則可判定回路中出現(xiàn)從b→a的感應電流且減小,由安培定則知,螺線管中感應電流的磁場向左在減弱,由楞次定律知c中出現(xiàn)順時針感應電流(從右向左看)且被螺線管吸引,B正確;同理C正確,D錯誤。學以致用·隨堂檢測全達標12341.(多選)如圖所示,豎直向下的勻強磁場中,有一個帶銅軸的銅盤,用銅刷把盤緣和軸連接,外接一電流計,當銅盤按圖示方向勻速轉(zhuǎn)動,則(

)A.電流計中有a→b的電流B.電流計中有b→a的電流C.盤面磁通量不變,不產(chǎn)生感應電流D.有從盤緣向盤中心的電流BD解析

沿銅盤半徑方向的“銅棒”切割磁感線,由右手定則可判定選項B、D正確。12342.(多選)某同學用如圖所示的實驗裝置探究電磁感應現(xiàn)象,該同學第一步探究出,當有電流從電流計的正極流入時,指針向右偏轉(zhuǎn)。接下來該同學進行了一系列的操作,則下列關(guān)于操作中電流計指針偏轉(zhuǎn)的描述正確的有(

)A.當把磁鐵N極向下插入線圈時,電流計指針向左偏轉(zhuǎn)B.當把磁鐵S極向下插入線圈時,電流計指針向左偏轉(zhuǎn)C.保持磁鐵在線圈中靜止,電流計指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn)D.將磁鐵和線圈一起以同一速度向上運動,電流計向左偏轉(zhuǎn)AC1234解析

當把磁鐵N極向下插入線圈時,穿過線圈的磁場方向向下,磁通量增加,由楞次定律可知,感應電流從電流計的負極流入,電流計指針向左偏轉(zhuǎn),故A正確;當把磁鐵S極向下插入線圈時,穿過線圈的磁場方向向上,磁通量增加,由楞次定律可知,感應電流從電流計的正極流入,電流計指針向右偏轉(zhuǎn),故B錯誤;保持磁鐵在線圈中靜止,穿過線圈的磁通量不變,不產(chǎn)生感應電流,電流計指針不發(fā)生偏轉(zhuǎn),故C正確;將磁鐵和線圈一起以同一速度向上運動,穿過線圈的磁通量不變,不產(chǎn)生感應電流,電流計指針不偏轉(zhuǎn),故D錯誤。12343.如圖所示,在載流直導線旁固定有兩平行光滑導軌A、B,導軌與直導線平行且在同一水平面內(nèi),在導軌上有兩條可自由滑動的導體棒ab和cd。載流直導線中的電流逐漸增強時,導體棒ab和cd的運動情況是(

)A.一起向左運動B.一起向右運動C.ab和cd相向運動,相互靠近D.ab和cd相背運動,相互遠離C1234解析

方法一:電流增強時,電流在abdc回路中產(chǎn)生的垂直向里的磁場增強,回路磁通量增大,根據(jù)楞次定律可知,回路產(chǎn)生逆時針方向電流;ab邊電流方向向下,所受安培力向右,cd邊電流方向向上,所受安培力向左,故ab和cd相向運動,C項正確。方法二:電流增強時,電流在abdc回路中產(chǎn)生的垂直向里的磁場增強,回路磁通量增大,根據(jù)楞次定律可知,回路要減小面積以阻礙磁通量的增加,因此,兩導體棒要相向運動,相互靠近,C項正確。12344.(1)圖甲為某實驗小組探究感應電流方向的規(guī)律的實驗裝置,關(guān)于實驗過程中應該注意的事項和實驗現(xiàn)象