物理选择性必修 第二册第一节 感应电流的方向第2课时学案设计

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第一节　感应电流的方向(第2课时)[核心素养·明目标]核心素养学习目标科学思维理解楞次定律的内容，能运用楞次定律判断感应电流的方向；掌握右手定则，并理解右手定则的实质。科学态度与责任理解楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。知识点一　楞次定律1．内容闭合回路感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。2． “阻碍”的体现由磁通量增加引起的感应电流，感应电流激发的磁场就阻碍原来磁通量的增加；由磁通量减少引起的感应电流，感应电流激发的磁场就阻碍原来磁通量的减少。知识点二　右手定则1．右手定则伸开右手，让拇指跟其余四个手指垂直，并且都跟手掌在同一个平面内，让磁感线垂直从手心进入，拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向。2．右手定则的适用范围闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线的运动。3．右手定则可以看作楞次定律的特殊情况。1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)感应电流的磁场总是与引起感应电流的磁场方向相反。                                (×)(2)楞次定律表明感应电流的效果总是与引起感应电流的原因相对抗。    (√)(3)右手定则只适用于闭合电路中的部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。               (√)(4)使用右手定则时必须让磁感线垂直穿过掌心。  (×)(5)任何感应电流方向的判断既可使用楞次定律，又可使用右手定则。    (×)2．根据楞次定律可知感应电流的磁场一定(　　)A．阻碍引起感应电流的磁通量B．与引起感应电流的磁场反向C．阻碍引起感应电流的磁通量的变化D．与引起感应电流的磁场方向相同C　[感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化，而不是阻碍磁通量，它和引起感应电流的磁场可以同向，也可以反向。]3．(多选)两根相互平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中，与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以在导轨上自由滑动，当AB在外力F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→CB．导体棒CD内有电流通过，方向是C→DC．磁场对导体棒CD的作用力向左D．磁场对导体棒CD的作用力向右BD　[AB棒向右运动时，由右手定则知，感应电流的方向由B→A，故在CD中电流由C→D，A错误，B正确；再由左手定则判断CD所受安培力为向右，C错误，D正确。] 考点1　楞次定律的理解根据楞次定律，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。有些同学认为“阻碍”就是相反，即感应电流的磁场总是与原磁场的方向相反。这种观点是否正确？提示：“阻碍”既不是阻碍原磁场，也不是阻碍原来的磁通量，而是指感应电流的磁场阻碍原磁场磁通量的增加或减少。“阻碍”不仅有“反抗”的含义，还有“补偿”的含义，反抗磁通量的增加，补偿磁通量的减少。1．因果关系：楞次定律反映了电磁感应现象中的因果关系，磁通量发生变化是原因，产生感应电流是结果，原因产生结果，结果反过来影响原因。2．“阻碍”的含义【典例1】　如图所示，要使Q线圈产生图示方向的电流，可采用的方法有(　　)A．闭合开关S的瞬间B．闭合开关S后，把R的滑片向右移C．闭合开关S后，把P中的铁芯从左边抽出D．闭合开关S后，把Q远离P[思路点拨]　解答本题时，可按以下思路分析：A　[闭合开关S时，线圈中电流从无到有，铁芯中产生向右的磁场，穿过Q的磁通量增加，根据楞次定律，Q中产生图示方向的电流，A正确；R的滑片向右移时，P中电流减小，穿过Q的磁通量减小，根据楞次定律，Q中产生与图示相反方向的电流，B错误；将铁芯抽出或Q远离P时，穿过Q的磁通量都减小，根据楞次定律，Q中产生与图示相反方向的电流，C、D错误。]应用楞次定律解题的一般步骤1．如图所示，导线框abcd与直导线在同一平面内，直导线通有恒定电流I，当线框由左向右匀速通过直导线的过程中，线框中感应电流的方向是(　　)A．先abcd，后dcba，再abcdB．先abcd，后dcbaC．始终dcbaD．先dcba，后abcd，再dcbaD　[线框在直导线左侧时，随着线框向右运动，磁通量增加，根据楞次定律，线框中感应电流的方向为dcba。在线框的cd边跨过直导线后，如图所示，根据右手定则ab边产生的感应电流方向为a→b，cd边产生的感应电流方向为c→d。线框全部跨过直导线后，随着向右运动，磁通量减少，根据楞次定律知线框中感应电流的方向为dcba。故选项D正确。] 考点2　右手定则的应用(1)如图所示，导体棒ab向右做切割磁感线运动。根据楞次定律判断导体棒ab中的电流方向？(2)能否找到一种更简单的方法来判断闭合回路中部分导体切割磁感线产生的电流的方向呢？提示：(1)导体棒ab向右运动，磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流产生的磁场与原磁场方向相反，故感应电流的方向为b→a。(2)电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向三者之间的关系满足右手定则。1．适用范围：闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流方向的判断。2．右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和电流方向三者之间的相互垂直关系。(1)大拇指的方向是导体相对磁场切割磁感线的运动方向，既可以是导体运动而磁场未动，也可以是导体未动而磁场运动，还可以是两者以不同速度同时运动。(2)四指指向电流方向，切割磁感线的导体相当于电源。3．右手定则与楞次定律的区别与联系　楞次定律右手定则区别研究对象整个闭合回路闭合回路的一部分，即做切割磁感线运动的导体适用范围各种电磁感应现象只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况应用对于磁感应强度随时间变化而产生的电磁感应现象较方便对于导体棒切割磁感线产生的电磁感应现象较方便联系右手定则是楞次定律的特例 【典例2】　如图所示，匀强磁场与圆形导体环平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时(　　)A．圆环中磁通量不变，环中无感应电流产生B．整个环中有顺时针方向的电流C．整个环中有逆时针方向的电流D．环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流[思路点拨]　①ef相当于电源，电动势的方向为e→f。②ef与左、右部分圆形导体都能构成闭合回路。D　[导体ef向右切割磁感线，由右手定则可判断导体ef中感应电流的方向由ef。而导体ef分别与导体环的左、右两部分构成两个闭合回路，故环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流。](1)判断感应电流方向时可根据具体情况选取楞次定律或右手定则；闭合电路的一部分导体切割磁感线时，应用右手定则比较方便。(2)区分右手定则和安培定则：右手定则判断电流的方向；安培定则判断电流产生磁场的方向。2．下列图中表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景，导体ab上的感应电流方向为a→b的是(　　)A　　　 　B　 　 　C　　　 　DA　[题中四图都属于闭合电路的一部分导体切割磁感线，应用右手定则判断可得：A中电流方向为a→b，B中电流方向为b→a，C中电流方向沿a→d→c→b→a，D中电流方向为b→a。故选A。] 考点3　楞次定律的拓展应用如图所示，将一铜环悬挂在一水平光滑细杆上使其保持静止。用条形磁铁的任一极接近并插入铜环、拔出铜环时会产生什么现象？为什么会产生这种现象？提示：通过观察发现，当用条形磁铁的任一极接近并插入铜环时，铜环会向远离该磁极的方向移动，当磁铁从中拔出时，则铜环随磁铁运动。因为感应电流的磁场总是要阻碍磁体和闭合导体间的相对运动。1．楞次定律的另一种表述：感应电流的效果总是反抗(或阻碍)产生感应电流的原因。2．运动情况的判断——第一种方法：由于相对运动导致的电磁感应现象，感应电流的效果阻碍相对运动。简记口诀：“来拒去留”。3．面积变化趋势的判断——第二种方法：电磁感应致使回路面积有变化趋势时，则面积收缩或扩张是为了阻碍回路磁通量的变化，即磁通量增大时，面积有收缩趋势，磁通量减少时，面积有扩张趋势。简记口诀：“增缩减扩”。【典例3】　如图所示，一个轻质铝环套在一根水平光滑绝缘杆上，当一条形磁铁向右运动靠近铝环时，铝环的运动情况是(　　)A．向右运动　 B．向左运动C．静止不动   D．不能判定A　[解法一：电流元受力分析法。如图所示，当磁铁向环运动时，穿过铝环的磁通量增加，由楞次定律判断出铝环的感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反，即向右，根据安培定则可判断出感应电流方向，从左侧看为顺时针方向，把铝环的电流等效为多段直线电流元，取上、下两小段电流元进行研究，由左手定则判断出两段电流元的受力，由此可判断整个铝环所受合力向右，故A选项正确。解法二：阻碍相对运动法。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”。磁铁向右运动时，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，故A正确。解法三：等效法。如图所示，磁铁向右运动，使铝环产生的感应电流可等效为条形磁铁，而两磁铁有排斥作用，故A项正确。][一题多变]在典例3中，若有两个轻质铝环套在水平光滑杆上，则两个铝环之间的距离如何变化？提示：两环产生同向感应电流，相互吸引，距离变小。电磁感应现象中导体运动问题的分析方法(1)确定所研究的闭合电路。(2)明确闭合电路所包围区域的磁场的方向及磁场的变化情况。(3)确定穿过闭合电路的磁通量的变化或导体是否切割磁感线。(4)根据楞次定律或右手定则判定感应电流的方向。(5)根据左手定则或“来拒去留”“增反减同”等判断导体所受安培力及运动的方向。3．如图所示，光滑固定金属导轨M、N水平放置，两根导体棒P、Q平行放于导轨上，形成一个闭合回路。当一条形磁铁从高处下落接近回路的过程中，下列说法正确的是(　　)A．P、Q将保持不动B．P、Q将相互远离C．磁铁的加速度小于gD．磁铁的加速度仍为gC　[当一条形磁铁从高处下落接近回路时，穿过回路的磁通量增加，根据楞次定律：感应电流的磁场总是阻碍磁通量的变化，可知，P、Q将互相靠拢，回路的面积减小一点，使穿过回路的磁通量减小一点，起到阻碍原磁通量增加的作用，故A错误，B错误；由于磁铁受到向上的安培力作用，所以合力小于重力，磁铁的加速度一定小于g。故C正确，D错误。]1．关于电磁感应现象，下列说法中正确的是(　　)A．感应电流的磁场总是与原磁场方向相反B．闭合线圈放在变化的磁场中就一定能产生感应电流C．闭合线圈放在匀强磁场中做切割磁感线运动时，一定能产生感应电流D．感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的磁通量的变化D　[电磁感应现象中，若磁通量减小，则感应电流的磁场与原磁场方向相同，选项A错误；若闭合线圈平面与磁场方向平行，则无论磁场强弱如何变化，穿过线圈的磁通量始终为零，不产生感应电流，选项B错误；若线圈切割磁感线时，穿过线圈的磁通量不发生变化，则不能产生感应电流，选项C错误；只有选项D正确。]2．(多选)如图所示，当磁铁运动时，流过电阻的电流由A经R到B，则磁铁的运动可能是(　　)A．向下运动B．向上运动C．向左平移D．以上都不可能BC　[此题可通过逆向思维应用楞次定律来判定。由感应电流方向A→R→B，应用安培定则知感应电流在线圈内产生的磁场方向应是从上指向下，由楞次定律判断得线圈内磁通量的变化应是向下减小或向上增加，由条形磁铁的磁感线分布知线圈内原磁场是向下的，故应是磁通量减小，即磁铁向上运动或向左、右平移，所以B、C正确。]3．(多选)如图所示，竖直向下的匀强磁场中，有一个带铜轴的铜盘，用铜刷把盘缘和轴连接，外接一电流表，当铜盘按图示匀速转动，则(　　)A．Ⓖ中有a→b的电流B．Ⓖ中有b→a的电流C．盘面磁通量不变，不产生感应电流D．有从盘缘向盘中心的电流BD　[将铜盘看作无数个轴向铜棒组成，这些“铜棒”切割磁感线，由右手定则可判定选项B、D正确。]4．(多选)如图所示，在条形磁铁中央位置的正上方水平固定一铜质圆环。以下判断正确的是(　　)A．释放圆环，环下落时产生感应电流B．释放圆环，环下落时无感应电流C．释放圆环，环下落时环的机械能守恒D．释放圆环，环下落时环的机械能不守恒BC　[由条形磁铁磁场分布特点可知，穿过其中央位置正上方的圆环的合磁通量为零。所以，在环下落的过程中磁通量不变，没有感应电流，圆环只受重力作用，则环下落时机械能守恒，故A、D错误，B、C正确。]5．重为G的线圈系在一个弹簧测力计上，其下方有一通电导线，如图甲所示，导线所通过的电流如图乙所示，它们均在同一平面内，求下列不同时刻弹簧测力计的示数与G的关系。甲　　　　　　　　　乙(1)在t1时刻；(2)在t2时刻；(3)在t3时刻。[解析]　(1)在t1时刻穿过线圈的磁通量增加，线圈产生感应电流，由楞次定律和左手定则知，弹簧测力计的示数小于G；(2)在t2时刻穿过线圈的磁通量不变，线圈不产生感应电流，由力的平衡知，弹簧测力计的示数等于G；(3)在t3时刻穿过线圈的磁通量减少，线圈产生感应电流，由楞次定律和左手定则知，弹簧测力计的示数大于G。[答案]　(1)小于G　(2)等于G　(3)大于G