高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册第二章 电磁感应1 楞次定律第2课时导学案

第2课时 实验：探究影响感应电流方向的因素

实验必备·自主学习

一、实验目的

1．探究影响感应电流方向的因素。

2．学习用归纳法总结实验规律。

二、实验器材

线圈、电流表、磁铁、导线、开关。

【思考·讨论】

怎样通过电流表判断电流的方向？

提示：把干电池、开关、电流表、电阻(保护电路)串联，打开开关，确定电流的方向。

三、实验原理与设计

1．实验的基本思想——探究性实验。

2．实验原理：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

3．实验设计——把磁铁的运动转化为磁通量的增减。

(1)磁铁插入线圈，穿过线圈的磁通量增加。

(2)磁铁拔出线圈，穿过线圈的磁通量减少。

实验过程·探究学习

实验步骤

1．安装实验器材：把电流表和线圈连接起来。

2．画出实验草图，记录磁极运动的四种情况。

研究感应电流方向的实验记录

3．运动方向：分别标出不同情况下磁体的N极、S极的运动方向。

4．感应电流方向：标出各种情况下感应电流的方向。

5．收集记录数据：把各种情况下感应电流的方向和感应电流的磁场方向记录在表格里。

6．分析实验信息得出结论。

数据收集与分析

1．磁通量增大时的情况：

结论：比较表格中的实验信息，可以发现，当穿过线圈的磁通量增大时，感应电流的磁场与磁体的磁场方向相反，阻碍磁通量的增加。

2．磁通量减小时的情况：

结论：比较表格中的实验信息，可以发现，当穿过线圈的磁通量减小时，感应电流的磁场与磁体的磁场方向相同，阻碍磁通量的减小。

3．实验结论：

(1)当线圈内磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，阻碍磁通量的增加。

(2)当线圈内磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，阻碍磁通量的减少。

如图甲所示，磁铁插入线圈，电流表指针偏转；如图乙所示，磁铁靠近闭合金属圆环，圆环远离磁铁。请解释图中“阻碍”的表现形式。(科学思维)

提示：甲图“增反减同”

乙图“来拒去留”。

实验研析·创新学习

类型一　教材原型实验

【典例1】如图所示，在图(1)中，G为指针在中央的灵敏电流表，连接在直流电路中时的偏转情况，今使它与一线圈串联进行电磁感应实验，则图(2)中的条形磁铁的运动方向是__________(选填“向上”或“向下”) ；图(3)中电流计的指针将__________(选填“向左”或“向右”)偏转；图(4)中的条形磁铁上端为__________ (选填“N”或“S”)极。

【解析】从图(1)中可知电流从电流计的正接线柱流入时，指针向左偏；图(2)电流计向左偏转，说明电流从正接线柱流入，线圈中的电流盘旋而下，根据楞次定律知，条形磁铁向下插入；图(3)当条形磁铁N极向下插入时，通过线圈向下的磁通量增大，线圈中的电流应盘旋而上，从负接线柱流入电流计，所以指针向右偏转；图(4)中可知指针向右偏，则线圈中的电流应盘旋而上，由安培定则可知，感应磁场方向向上，条形磁铁向上拔出，即磁通量减小，由楞次定律可知，那么下端为S极，上端为N极。

答案：向下　向右　N

类型二　创新型实验

【典例2】用如图1所示的装置做“探究感应电流方向的规律”实验，磁体从靠近线圈的上方静止下落。当磁体运动到如图所示的位置时，流过线圈的感应电流方向为____________(选填“从a到b”或“从b到a”)。在磁体穿过整个线圈的过程中，传感器显示的电流i随时间t的图像应该是________。

【解析】根据楞次定律可知，流过线圈的感应电流方向从b到a，在磁体穿过整个线圈的过程中，进入时电流方向与离开时电流方向相反，排除C选项，由于离开时速度比进入时速度大，即切割磁感线产生的感应电流大，故A正确。

答案：从b到a　A

【创新评价】

课堂检测·素养达标

1．一灵敏电流计，当电流从它的正接线柱流入时，指针向正接线柱一侧偏转。现把它与一个线圈串联，将磁铁从线圈上方插入或拔出，如图所示。请完成下列填空：

(1)图(甲)中灵敏电流计指针的偏转方向为__________。(选填“偏向正极”或“偏向负极”)

(2)图(乙)中磁铁下方的极性是__________。(选填“N极”或“S极”)

(3)图(丙)中磁铁的运动方向是__________。(选填“向上”或“向下”)

(4)图(丁)中线圈从上向下看的电流方向是__________。(选填“顺时针”或“逆时针”)

【解析】(1)磁铁向下运动，穿过线圈的磁通量增加，原磁场方向向下，根据楞次定律可知，线圈中感应电流方向(从上向下看)为逆时针方向，即电流从正接线柱流入电流计，指针偏向正极。

(2)由题图可知，电流从负接线柱流入电流计，根据安培定则，感应电流的磁场方向向下，又知穿过线圈的磁通量增加，根据楞次定律可知，磁铁下方为S极。

(3)原磁场方向向下，电流从负接线柱流入电流计，根据安培定则可知，感应电流的磁场方向向下，根据楞次定律可知，原磁通量减小，磁铁向上运动。

(4)磁铁向下运动，穿过线圈的磁通量增加，原磁场方向向上，根据楞次定律可知，感应电流方向(从上向下看)为顺时针方向。

答案：(1)偏向正极　(2)S极　(3)向上　(4)顺时针

【加固训练】

在“影响感应电流方向的因素”的实验中：

(1)实验装置如图(a)所示，合上开关S时发现电流表指针向右偏，填写表格：

(2)如图(b)所示，A、B为原、副线圈的俯视图，已知副线圈中产生顺时针方向的感应电流，根据图(a)可判断可能的情况是__________。

A．原线圈中电流为顺时针方向，滑动变阻器滑片P在右移

B．原线圈中电流为顺时针方向，正从副线圈中拔出铁芯

C．原线圈中电流为逆时针方向，正把铁芯插入原线圈中

D．原线圈中电流为逆时针方向，开关S正断开时

【解析】(1)合上开关S时发现电流表指针向右偏，知磁通量增加时，电流表指针向右偏。当滑片右移时，原线圈电流增大，则磁通量增加，电流表指针向右偏。在原线圈中插入软铁棒时，使得磁通量增加，电流表指针向右偏。拔出线圈时，使得磁通量减小，则电流表指针向左偏。

(2)原线圈中电流为顺时针方向，滑动变阻器滑片P在右移，原线圈电流增大，则电流的磁场增大，根据楞次定律，在副线圈中产生逆时针方向的感应电流，故A错误；原线圈中电流为顺时针方向，正从副线圈中拔出铁芯，则磁通量减小，根据楞次定律在副线圈中产生顺时针方向的感应电流，故B正确；原线圈中电流为逆时针方向，正把铁芯插入原线圈中，则磁通量增加，根据楞次定律在副线圈中产生顺时针方向的感应电流，故C正确；原线圈中电流为逆时针方向，开关S正断开时，磁通量减小，根据楞次定律，在副线圈中产生逆时针方向的感应电流，故D错误。

答案：(1)右　右　左　(2)B、C

2．某学习小组利用如图所示的实验装置探究螺线管线圈中感应电流的方向。

(1)由于粗心该小组完成表格时漏掉了一部分(见表格)，发现后又重做了这部分：将磁铁S极向下从螺线管上方竖直插入过程中，发现电流计指针向右偏转(已知电流从右接线柱流入电流计时，其指针向右偏转)，则①填____________，②填____________。

(2)由实验可得磁通量变化ΔΦ、原磁场B原方向、感应电流的磁场B感方向三者之间的关系：______________________。

【解析】(1)当S极插入时，原磁场方向向上，磁通量增大，感应电流磁场阻碍原磁场磁通量的增加，故感应电流磁场方向向下，感应电流方向(俯视)为顺时针方向；(2)由实验可得磁通量变化ΔΦ、原磁场B原方向、感应电流的磁场B感方向三者之间的关系：ΔΦ增大，B原与B感反向；ΔΦ减小，B原与B感同向。

答案：(1)①顺时针　②向下　(2)ΔΦ增大，B原与B感反向，ΔΦ减小，B原与B感同向

3．在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中，首先按图甲接线，以查明电流表指针的偏转方向与电流方向之间的关系；然后按图乙将电流表与副线圈B连成一个闭合回路，将原线圈A、电池、滑动变阻器和开关串联成另一个闭合电路。在甲图中，当闭合S时，观察到电流表指针向左偏，不通电时电流表指针停在正中央。则：

(1)S闭合后，将螺线管A(原线圈)插入螺线管B(副线圈)的过程中，电流表的指针将__________。(选填“向左偏”“不偏转”或“向右偏”)

(2)S闭合后，线圈A放在B中不动，要使电流表指针发生偏转，可采用的方法是__________。

【解析】(1)在图甲中，闭合开关，电流从正接线柱流入电流表，电流表指针向左偏转，即电流从哪个接线柱流入，指针就向哪侧偏转；在图乙中，闭合开关后，由安培定则可知，线圈A中的电流产生的磁场竖直向上；S闭合后，将螺线管A插入螺线管B的过程中，磁通量变大，穿过B的磁场向上，由楞次定律可知，感应电流从电流表负接线柱流入，则电流表的指针将向右偏转。

(2)当穿过线圈B的磁通量变化时，电路产生感应电流，电流表指针偏转，断开开关或移动滑动变阻器均可使穿过B的磁通量发生变化，电流表指针均可发生偏转。

答案：(1)向右偏　(2)断开开关或移动滑动变阻器

【加固训练】

如图所示，线圈A竖直放在绝缘的地面上，并与灵敏电流计G相连。电流计中若通过a到b的电流时，指针向左偏转。则当一个条形磁铁从线圈的正上方由静止开始自由落下，磁铁的N极向下插入线圈的过程中

(1)穿过线圈的磁通量Φ将________(选填“增大”“减小”或“不变”)。

(2)灵敏电流计的指针会向______________(选填“左”或“右”)偏转。

(3)地面对线圈的支持力__________(选填“大于”“小于”或“等于”)线圈的重力。

【解析】(1)由图可知，穿过线圈的磁场方向向下且磁通量增大。

(2)由楞次定律可知感应电流的磁场应向上，则由安培定则可知，电流方向从a到b，灵敏电流计的指针向左偏转。

(3)由“来拒去留”可知，磁铁靠近线圈，则线圈与磁铁相互排斥，即地面对线圈的支持力大于自身的重力。

答案：(1)增大　(2)左　(3)大于