高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册1 楞次定律精品学案

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【学习目标】
1.理解楞次定律，知道楞次定律是能量守恒的反映，会用楞次定律判断感应电流方向。
2.理解右手定则，知道右手定则是楞次定律的一种具体表现形式，会用右手定则判断感应电流方向。
3.经历推理分析得出楞次定律的过程，体会归纳推理的方法。
4.经历实验探究得出楞次定律的过程，提升科学探究的能力。
【学习重难点】
1、教学重点：理解楞次定律的内容及实质，掌握利用楞次定律解决问题的方法
2、教学难点：引导学生分析实验数据，发现以感应电流的磁场作为“中介”来确定感应电流的方向
【知识回顾】
一、磁通量
1．磁通量
(1)定义：磁感应强度B与面积S的乘积，称为穿过这个平面的磁通量。
(2)计算公式
Φ＝BS，此公式的适用条件：
①匀强磁场；②磁感线与平面垂直。
(3)单位：在国际单位制中是韦伯，简称韦，符号是Wb，1 Wb＝1 T·m2。
(4)磁通量是一个只用大小就能描述的物理量，是标量。
2．磁通密度
磁感应强度又称磁通密度，B＝eq \f(Φ,Sn)，其中Sn为垂直于磁场方向的面积，表示磁感应强度在数值上等于穿过垂直磁感线的单位面积的磁通量。
二、电磁感应现象
1．电磁感应现象：因闭合回路的磁通量变化而产生电流的现象称为电磁感应。
2．感应电流：由电磁感应产生的电流称为感应电流。
【自主预习】
一、影响感应电流方向的因素 楞次定律
1．产生感应电流的条件：穿过闭合回路的磁通量发生变化。
2．探究影响感应电流方向的因素
(1)实验器材：条形磁铁、电流表、线圈、导线、一节干电池(用来查明线圈中电流的流向与电流表中指针偏转方向的关系)、电阻(10 kΩ)。
(2)实验现象：如图所示，在四种情况下，将实验结果填入下表。
(3)实验分析
①线圈内磁通量增大时的情况
②线圈内磁通量减小时的情况
(4)实验结论
表述一：当穿过线圈的磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当穿过线圈的磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同。
表述二：当磁铁靠近线圈时，两者相斥；当磁铁远离线圈时，两者相吸。
3．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引起感应电流的磁通量的变化。
二、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，如图所示。
2．适用范围
适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。
【课堂探究】
【新课导入】
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？
穿过闭合回路的磁通量变化是产生感应电流的条件，所以感应电流的方向可能与磁通量的变化有关。
感应电流的方向与磁通量的变化（增加或减少）有什么关系呢？
学生回答自己的猜想。
【新课教学】
任务一、影响感应电流方向的因素
实验一：楞次环实验
动手做以下以下实验，认真记录实验结果，并思考为什么会有这样的实验结果？
实验装置：支架、铝环、条形磁铁
实验观察任务：当条形磁铁靠近或者远离铝环时，观察铝环的运动。
实验操作过程：N极靠近铝环，N极远离铝环，S极靠近铝环，S极远离铝环。
实验结果：
实验原理分析：
【问题1】铝环向后退或者向前追，说明了什么？
铝环受到了力
【问题2】根据之前所学知识，铝环中发生了什么？铝环受到了谁施加给它的什么力？
学生回答自己的猜想。
现在，你能判断上述实验步骤中出铝环中的感应电流方向吗？
由上述分析，你能得出的最直观的结论是什么？
你能根据上表得出什么规律？
磁通量增加，B原与B感相反
磁通量减少，B原与B感相同
（二）实验二：验证实验
该实验结论与实验一结论是否一样？你由此得出感应电流规律？
学生再次总结规律
任务二、楞次定律
楞次定律的内容
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.从能量角度理解楞次定律
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，当磁极插入线圈或从线圈内抽出时，推力或拉力做功，使_机械_能转化为感应电流的电能.
楞次定律的理解
1.楞次定律中的因果关系
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.
2.对“阻碍”的理解
谁在阻碍？
感应电流产生的磁场
阻碍什么？
原磁场的磁通量的变化
如何阻碍？
“增反减同”
结果如何？
只是阻碍，不能阻止
楞次定律的应用
典例精析
【典例1】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，当线圈M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？
【答案】N线圈中电流方向上端流出
【解析】①原磁场方向：M线圈中磁场方向向上，N线圈中磁场方向向下
②断开开关，原磁场磁通量变小
③由“增反减同”可判断N线圈中感应电流的磁场方向向下
④利用“安培定则”可判断N线圈中电流方向上端流出
【典例2】如图所示，在通有电流I 的长直导线附近有一个矩形线圈 ABCD，线圈与导线始终在同一个平面内。线圈在导线的一侧，垂直于导线左右平移时，其中产生了A→B→C→D→A方向的电流。已知距离载流直导线较近的位置磁场较强。请判断：线圈在向哪个方向移动？
【答案】线圈在向左移动
【解析】选择矩形线圈为研究对象，画出通电直导线一侧的磁感线分布图（如右图），磁感线方向垂直纸面向里，用“×”表示。已知矩形线圈中感应电流的方向是A→B→ C→ D →A，根据右手螺旋定则，感应电流的磁场方向是垂直纸面向外的（即指向读者的，用矩形中心的圆点“·”表示）。
根据楞次定律，感应电流的磁场应该是阻碍穿过线圈的磁通量变化的。现在已经判明感应电流的磁场从纸面内向外指向读者，是跟原来磁场的方向相反的。因此线圈移动时通过它的磁通量一定是在增大。这说明线圈在向左移动。
【典例3】如图所示，光滑固定导轨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时下列说法准确的是（ ）
A．P、Q将互相靠拢
B．P、Q将互相远离
C．磁铁的加速度一定大于g
D．磁铁下落过程机械能守恒
【答案】A
【解析】AB．条形磁铁从高处下落接近回路时，闭合回路中磁通量增加，根据楞次定律，P、Q将互相靠拢以阻碍磁通量的增加。A正确，B错误；
CD．条形磁铁从高处下落接近回路时，闭合回路中磁通量增加，根据楞次定律，感应电流产生的磁场会阻碍磁铁的靠近以达到阻碍回路磁通量增加的目的，所以条形磁铁下落的加速度小于g，磁铁受到阻力，并且阻力做功，所以磁铁的机械能减少。CD错误。
故选A。
（五）楞次定律的拓展应用
1.“来拒去留” （阻碍相对运动角度）：即磁体与导体间发生相对运动时，两者靠近会产生斥力，两者远离会产生引力。
2.Ф不变趋势（阻碍磁通量变化角度）：判断由于磁通量发生变化产生感应电流使物体运动这一类问题时，总有使物体朝Ф不变方向发展的趋势。
“增反减同”
3.对Ф不变趋势的理解：
①若B增大了，可以运动到B小一点的地方去，也可以让S变小一点，即面积有收缩的效果；
②若B增小了，可以运动到B大一点的地方去，也可以让S变大一点，即面积有扩张的效果
v
任务三、右手定则
（一）思考与讨论
在右图中，假定导体棒CD 向右运动。
我们研究的是哪个闭合导体回路？
提示：回路CDEF
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增大还是减小？
提示：增大
感应电流的磁场应该是沿哪个方向的？
提示：逆时针
导体棒CD 中的感应电流是沿哪个方向的？
提示：C-D
（二）右手定则
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。这就是更便于判定导线切割磁感线时感应电流方向的右手定则。
适用范围：闭合电路一部分导体切割磁感线产生感应电流.
你能说明右手定则与楞次定律有什么关系？
（三）右手定则与楞次定律
【自我测评】
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．通过某平面的磁感线条数为零，则此平面处的磁感应强度一定为零
B．空间某点磁感应强度的方向就是该点的磁场方向
C．凡是磁感应强度大小处处相等的磁场就是匀强磁场
D．磁感应强度为零，则通过放在该处的某平面的磁感线条数一定为零
【答案】BD
【详解】磁感应强度反映磁场的强弱和方向，它的方向就是该处磁场的方向，故B项正确；磁感应强度为零，放在该处的某平面无磁感线穿过，故D项正确；若某平面无磁感线穿过，可能磁场很强，只是平面平行于磁场放置而导致磁感线穿过该平面的条数为零，所以A项错误；磁感应强度是矢量，既有大小又有方向，只有磁感应强度大小和方向处处相同的磁场才是匀强磁场，C项错误。
2．如图所示的磁场中垂直磁场放置两个面积相同的闭合线圈S1(左)、S2(右)，由图可知穿过线圈S1、S2的磁通量大小关系正确的是( )
A．穿过线圈S1的磁通量比较大
B．穿过线圈S2的磁通量比较大
C．穿过线圈S1、S2的磁通量一样大
D．不能比较
【答案】A
【详解】穿过线圈S1的磁感线条数多，故穿过线圈S1的磁通量比较大，A正确。
3．如图所示，矩形线框abcd放置在水平面内，磁场方向与水平方向成α角，已知sin α＝eq \f(4,5)，回路面积为S，磁感应强度为B，则通过线框的磁通量为( )
A．BS B．eq \f(4,5)BS C．eq \f(3,5)BS D．eq \f(3,4)BS
【答案】B
【详解】根据磁通量的定义可得通过线框的磁通量Φ＝BSsin α，代入解得Φ＝eq \f(4,5)BS，所以B选项正确。
4．(新情境题，以“金属薄圆盘”为背景，考查产生感应电流的条件)如图所示，一个金属薄圆盘水平放置在竖直向上的匀强磁场中。
问题：下列情况能不能使圆盘中产生感应电流？
(a) (b)
(1)如图(a)圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动；
(2)如图(b)圆盘以某一水平直径为轴匀速转动。
[答案] 见解析
[详解] (1)当圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动，无论转到什么位置，圆盘中的磁通量不发生变化，不能产生感应电流。
(2)当圆盘以某一水平直径为轴匀速转动时，穿过圆盘的磁感线条数不断变化，即圆盘中的磁通量发生变化，圆盘中将产生感应电流。
【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
图号
磁场方向
感应电流的方向
感应电流的磁场方向
甲
向下
逆时针(俯视)
向上
乙
向上
顺时针(俯视)
向下
图号
磁场方向
感应电流的方向
感应电流的磁场方向
丙
向下
顺时针(俯视)
向下
丁
向上
逆时针(俯视)
向上