人教版 (2019)选择性必修 第二册1 楞次定律集体备课课件ppt

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目 标 素 养1.通过实验,探究影响感应电流方向的因素。2.通过探究楞次定律的实验,理解楞次定律的内容及其本质。3.通过右手定则和楞次定律的对比,理解右手定则实际上为楞次定律的一种具体表现形式。
一、影响感应电流方向的因素条形磁体的N极或S极插入闭合线圈时,穿过线圈的磁通量增加,N极或S极拔出时,穿过线圈的磁通量减少。
微探究1 如图所示,在条形磁体的外面套着一个闭合金属弹簧线圈P,现用力从四周拉弹簧线圈,使线圈包围的面积变大。(1)穿过弹簧线圈的磁通量怎样变化?(2)线圈中是否有感应电流产生?
提示:(1)题中条形磁体磁感线的分布如图所示(从上向下看)。磁通量是指穿过一个面的磁感线的多少,由于竖直向上的磁感线和竖直向下的磁感线要抵消一部分,当弹簧线圈P的面积扩大时,竖直向下的磁感线条数增加,而竖直向上的磁感线条数是一定的,故穿过这个面的磁通量将向上减小。(2)线圈中会有感应电流产生。
二、楞次定律1.内容: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.感应电流沿着楞次定律所述的方向,是能量守恒定律的必然结果。
微探究2 某工地发生了一起事故,一施工电梯突然失控从高处坠落,此次电梯坠落事故导致了一些人员伤亡。为了防止类似意外发生,某课外研究性学习小组积极投入到如何防止电梯坠落的设计研究中,所设计的防止电梯坠落的应急安全装置如图所示,在电梯轿厢上安装上永久磁体,电梯的井壁上铺设线圈,该学习小组认为能在电梯突然坠落时减小对人员的伤害。你认为这样是否会起到一定的避险作用?
提示:带有磁体的电梯在穿过闭合线圈的过程中,线圈内磁场的磁感应强度发生变化,将在线圈中产生感应电流,感应电流会阻碍磁体的相对运动。
三、右手定则1.内容: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个平面内;让磁感线从掌心进入,并使拇指指向导线运动的方向,这时四指所指的方向就是感应电流的方向。
2.适用范围。适用于闭合导体回路的一部分做切割磁感线的运动时,产生感应电流的情况。
微判断(1)导体棒不垂直切割磁感线时,也可以用右手定则判断感应电流方向。(　　)(2)凡可以用右手定则判断感应电流方向的,均能用楞次定律判断。(　　)(3)右手定则即右手螺旋定则。(　　)
一 探究影响感应电流方向的因素
重难归纳【实验目的】探究影响感应电流方向的因素。【实验原理】观察并记录感应电流的方向与磁通量变化情况间的关系。分析实验结果,归纳出决定感应电流方向的因素,总结出判断感应电流方向的方法。
【实验器材】条形磁体、螺线管、零刻度在中央的灵敏电流表、滑动变阻器、一节干电池、电池盒、开关、导线若干。
【实验步骤】1.确定电流表指针偏转方向与电流方向及电流表红、黑接线柱的关系。(1)按图连接电路。(2)调节滑动变阻器,使接入电路的电阻最大。(3)迅速闭合开关,发现电流表指针偏转后立即断开开关。(4)记录电流方向与电流表的指针偏转方向和电流表红、黑接线柱接线情况,找出它们之间的关系。
2.观察并记录磁场方向、磁通量变化情况与感应电流方向的关系。(1)按图连接电路,明确螺线管的绕线方向。
(2)按照控制变量的方法分别进行N极(S极)向下插入线圈和N极(S极)向下时抽出线圈的实验。
(3)观察并记录磁场方向、电流方向、磁通量变化情况,并将结果填入表格。
3.归纳影响感应电流方向的因素。【实验结论】当磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;当磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,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。
【注意事项】1.确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系时,要用试触法,并注意减小电流大小,防止电流过大或通电时间过长损坏电流表。2.电流表选用零刻度在中间的灵敏电流表。3.实验前设计好表格,并明确线圈的绕线方向。4.按照控制变量的思想进行实验。5.进行一种操作后, 等电流表指针回零后再进行下一步操作。
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, 中的感应电流沿什么方向?
判断线圈N中的电流方向
典例剖析【例1】 为了探究影响感应电流方向的因素,某实验小组将电池、线圈A、线圈B、滑动变阻器、灵敏电流表、开关按照如图所示的方式连接。当闭合开关时发现灵敏电流表的指针右偏。由此可知:
(1)当滑动变阻器的滑片P向右移动时,灵敏电流表的指针　　　　(选填“左偏”“不动”或“右偏”)。 (2)将线圈A拔出时,灵敏电流表的指针　　　　(选填“左偏” “不动”或“右偏”),此时线圈A与线圈B中电流的绕行方向　　　　(选填“相同”或“相反”)。 答案:(1)右偏　(2)左偏　相同
解析:(1)由题意知,闭合开关时灵敏电流表指针向右偏,而闭合开关时B中磁场增强。当P向右移动时, A所在电路中电流增大,B中磁场增强,所以指针仍向右偏。(2)将A拔出时,B中磁场减弱,感应电流方向改变,所以灵敏电流表指针向左偏,此时它们产生的磁场方向相同,故A、B中电流绕行方向相同。
学以致用1.在验证楞次定律的实验中,一个学生用如图所示的电路验证楞次定律,他在实验步骤中有重要的遗漏。他的主要实验步骤如下:
①把蓄电池、开关和线圈A串联成一个电路。②把电流表和线圈B串联成另一个电路。③接通电源,给线圈A通电,并记下线圈A中电流的方向。把线圈A插入线圈B中,停一会儿再取出来。在线圈A插入和取出过程中,以及停止运动时,观察电流表的指针有无偏转,并记下指针偏转的方向。④改变线圈A中的电流方向,按步骤③重做实验,观察电流表的指针有无偏转,并记下指针偏转的方向。这个学生想根据上述实验步骤验证楞次定律,他在实验中漏掉的重要实验步骤是 　 。 答案:查明电流表指针的偏转方向与线圈B中电流方向的关系
二 楞次定律的理解与应用
重难归纳1.对楞次定律的理解。(1)楞次定律中有两个磁场:一是引起感应电流的磁场,即原磁场;二是感应电流的磁场(或感应磁场)。(2)定律中的因果关系:闭合电路磁通量的变化是产生感应电流的原因,结果是出现了感应磁场而“阻碍”原磁场的变化。
(3)从能量转化的角度看楞次定律:感应电流产生的效果总是阻碍引起感应电流的导体(或磁体)间的相对运动,即引起感应电流的导体(或磁体)靠近或远离的过程中都要克服电磁力做功,外力克服电磁力做功的过程就是把其他形式的能转化为电能的过程。
(4)楞次定律中“阻碍”的含义。
2.应用楞次定律判断感应电流“四步法”。
某同学在学习了电磁感应之后,自己制作了一个手动手电筒。下图是手电筒的简单结构示意图,左右两端是两块完全相同的条形磁体,中间是一根绝缘直杆,由绝缘细铜丝绕制的多匝环形线圈只可在直杆上自由滑动,线圈两端接一灯泡,晃动手电筒时线圈也来回滑动,灯泡就会发光,其中O点是两磁极连线的中点,a、b两点关于O点对称。思考以下问题:
(1)该手电筒的工作原理是什么?(2)灯泡中的电流方向是否变化?提示:(1)绕圈来回滑动时,穿过线圈的磁通量不断变化,线圈中产生感应电流,灯泡发光。(2)线圈由a滑至b过程中,磁场方向向左,穿过线圈的磁通量先减小后增加,根据楞次定律,灯泡中电流方向先由右向左,后由左向右。同样可判断线圈由b滑至a过程中,灯泡中电流方向先由右向左,后由左向右。所以线圈中电流方向不断变化。
典例剖析【例2】 如图所示,一水平放置的通以恒定电流的圆形线圈1固定,另一较小的圆形线圈2从线圈1的正上方下落,在下落过程中两线圈平面始终保持平行且共轴,则线圈2从线圈1的正上方下落至线圈的正下方的过程中,从上往下看,线圈2中(　)A.无感应电流B.有顺时针方向的感应电流C.有先是顺时针方向、后是逆时针方向的感应电流D.有先是逆时针方向、后是顺时针方向的感应电流答案:C
解析:线圈1中恒定电流形成的磁场分布情况如图所示。当线圈2从线圈1的正上方下落,并处于线圈1的上方时,磁感线方向向上,且线圈2中的磁通量增大,根据楞次定律知,线圈2中产生的感应电流的磁场方向向下,由安培定则知,俯视时线圈2中感应电流方向应为顺时针方向;同理,线圈2落至线圈1的正下方时,线圈2中的磁通量向上且是减小的,由楞次定律和安培定则知,俯视时线圈2中感应电流方向应为逆时针方向。
规律总结应用楞次定律判断感应电流方向时,首先应明确原磁场的方向和原磁通量的增减,然后根据楞次定律的“增反减同”判断感应电流的磁场方向,最后由安培定则判断感应电流的方向。
学以致用2.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,在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dcba答案:D
解析:线框在直导线左侧时,随着线框向右运动,向外的磁通量增大,根据楞次定律知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,向里的磁通量减小,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。
三 右手定则的理解与应用
重难归纳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、左手定则、楞次定律的比较。(1)右手定则与左手定则。
(2)右手定则与楞次定律的关系。
(3)相互联系。①应用楞次定律,必然要用到安培定则。②确定感应电流受到的安培力方向时,有时可以先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安培力的方向。
如图所示,两个线圈套在同一个铁芯上,线圈的绕向如图所示。左线圈连着平行导轨M和N,导轨电阻不计,在垂直于导轨方向上放着金属棒ab,金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场中。当金属棒向右匀速运动时,比较a点与b点电势的高低,c点与d点电势的高低。
提示:金属棒匀速向右运动切割磁感线,产生恒定感应电动势,由右手定则判断出电流由a→b,b点电势高于a点电势,c、d端不产生感应电动势,c点与d点等势。
典例剖析【例3】 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(　　)
解析: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,故选项A符合题意。
规律方法“一定律三定则”的应用技巧:
学以致用如图所示,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,环上无感应电流产生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答案:D
解析:由右手定则知ef上的电流由e→f,故右侧的电流方向为逆时针,左侧的电流方向为顺时针,选项D正确。
1.关于楞次定律,下列说法正确的是(　　)A.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B.闭合电路的一部分导体在磁场中运动时,必受磁场阻碍作用C.原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场同向D.感应电流的磁场总是跟原磁场反向,阻碍原磁场的变化答案:A
解析: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,选项A正确。闭合电路的一部分导体在磁场中平行磁感线运动时,不受磁场阻碍作用,选项B错误。原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场反向,选项C错误。当原磁场增强时感应电流的磁场跟原磁场反向,当原磁场减弱时感应电流的磁场跟原磁场同向,选项D错误。
2.如图所示电路,若将滑动变阻器滑片向上移动,则a、b环中感应电流的方向是(　　)A.a环顺时针,b环顺时针B.a环顺时针,b环逆时针C.a环逆时针,b环顺时针D.a环逆时针,b环逆时针答案:C
解析:电路中电流的方向为逆时针方向,由安培定则可知,在a处的磁场方向向外,在b处的磁场方向向里;当滑动变阻器滑片向上移动时,接入电路中的电阻值增大,所以电路中的电流减小,则向外穿过a的磁通量减小,由楞次定律可知,a环产生的感应电流的方向为逆时针方向;同时向里穿过b的磁通量也减小,由楞次定律可知,b环产生的感应电流的方向为顺时针方向。选项C正确。
3.(多选)现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图所示连接,下列说法正确的是(　　)A.开关闭合后,线圈A插入或拔出时电流计指针偏转方向不同B.开关闭合后,将电流计与线圈B连接和断开瞬间,电流计指针均不会偏转C.开关闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,电流计指针不偏转D.开关闭合后,只有滑动变阻器的滑片P加速滑动,电流计指针才偏转
解析:开关闭合后,线圈A插入或拔出时线圈B内磁通量变化情况不同,所以电流计指针偏转方向不同,选项A正确。开关闭合后,线圈B的磁通量不发生变化则没有电流产生,将电流计与线圈B连接和断开瞬间,线圈B的磁通量均没有变化,电流计指针均不会偏转,选项B正确。开关闭合后,只要滑动变阻器的滑片P滑动,线圈A的电流就变化,导致线圈B的磁通量发生变化,电流计指针就会偏转,选项C、D错误。