新教材高中物理選擇性學(xué)案第2章第1節(jié)科學(xué)探究感應(yīng)電流的方向（第2課時(shí)）

第1節(jié)科學(xué)探究：感應(yīng)電流的方向(第2課時(shí))學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[科學(xué)思維]理解楞次定律的內(nèi)容，能運(yùn)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。2.[科學(xué)態(tài)度與責(zé)任]理解楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的體現(xiàn)。3.[科學(xué)思維]掌握右手定則，并理解右手定則的實(shí)質(zhì)。閱讀本節(jié)教材，回答第29頁“問題”并梳理必要知識點(diǎn)。教材P29問題提示：感應(yīng)電流的方向與引起感應(yīng)電流的磁場方向及磁通量的變化有關(guān)，可用楞次定律或右手定則判斷感應(yīng)電流的方向。一、楞次定律1．實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析將螺線管與電流表組成閉合回路，分別將條形磁鐵的任一極插入、抽出螺線管，如圖所示，記錄感應(yīng)電流方向。(a)(b)圖號磁場方向感應(yīng)電流的方向感應(yīng)電流的磁場方向歸納總結(jié)(a)向下逆時(shí)針向上感應(yīng)電流的磁場阻礙磁通量的增加(b)向下順時(shí)針向下感應(yīng)電流的磁場阻礙磁通量的減少2.實(shí)驗(yàn)結(jié)論當(dāng)穿過螺線管的磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相反；當(dāng)穿過螺線管的磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場與原磁場的方向相同。3．楞次定律感應(yīng)電流的磁場總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。二、右手定則1．內(nèi)容：伸開右手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使拇指指向?qū)Ь€運(yùn)動的方向，這時(shí)四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向，如圖所示。2．適用范圍：適用于閉合電路部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況。1．思考判斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)感應(yīng)電流的磁場總是與引起感應(yīng)電流的磁場方向相反。 (×)(2)楞次定律表明感應(yīng)電流的效果總是與引起感應(yīng)電流的原因相對抗。 (√)(3)右手定則只適用于閉合電路中的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況。 (√)(4)使用右手定則時(shí)必須讓磁感線垂直穿過掌心。 (×)(5)任何感應(yīng)電流方向的判斷既可使用楞次定律，又可使用右手定則。 (×)2．根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的磁場一定()A．阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量B．與引起感應(yīng)電流的磁場反向C．阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化D．與引起感應(yīng)電流的磁場方向相同C[感應(yīng)電流的磁場阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，而不是阻礙磁通量，它和引起感應(yīng)電流的磁場可以同向，也可以反向。]3．(多選)兩根相互平行的金屬導(dǎo)軌水平放置于如圖所示的勻強(qiáng)磁場中，與導(dǎo)軌接觸良好的導(dǎo)體棒AB和CD可以在導(dǎo)軌上自由滑動，當(dāng)AB在外力F作用下向右運(yùn)動時(shí)，下列說法正確的是()A．導(dǎo)體棒CD內(nèi)有電流通過，方向是D→CB．導(dǎo)體棒CD內(nèi)有電流通過，方向是C→DC．磁場對導(dǎo)體棒CD的作用力向左D．磁場對導(dǎo)體棒CD的作用力向右BD[AB棒向右運(yùn)動時(shí)，由右手定則知，感應(yīng)電流的方向由B→A，故在CD中電流由C→D，A錯(cuò)，B對；再由左手定則判CD所受安培力為向右，C錯(cuò)，D對。]對楞次定律的理解(教師用書獨(dú)具)教材P31“迷你實(shí)驗(yàn)室”答案提示：強(qiáng)磁體通過鋁管時(shí)，會產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場阻礙強(qiáng)磁體的下落。如圖所示，將一銅環(huán)懸掛在一水平光滑細(xì)桿上使其保持靜止。用條形磁鐵的任一極接近并插入銅環(huán)、拔出銅環(huán)時(shí)會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？為什么會產(chǎn)生這種現(xiàn)象？提示：通過觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用條形磁鐵的任一極接近并插入銅環(huán)時(shí)，銅環(huán)會向遠(yuǎn)離該磁極的方向移動，當(dāng)磁鐵從中拔出時(shí)，則銅環(huán)隨磁鐵運(yùn)動。因?yàn)楦袘?yīng)電流的磁場總是要阻礙磁體和閉合導(dǎo)體間的相對運(yùn)動。1．因果關(guān)系閉合導(dǎo)體回路中原磁通量的變化是產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，而感應(yīng)電流的磁場的產(chǎn)生是感應(yīng)電流存在的結(jié)果，即只有當(dāng)閉合導(dǎo)體回路中的磁通量發(fā)生變化時(shí)，才會有感應(yīng)電流的磁場出現(xiàn)。2．楞次定律中“阻礙”的含義3．“阻礙”的表現(xiàn)從能量守恒定律的角度，楞次定律可廣義地表述為：感應(yīng)電流的“效果”總是要反抗(或阻礙)引起感應(yīng)電流的原因。常見的情況有三種：(1)阻礙原磁通量的變化(增反減同)。(2)阻礙導(dǎo)體的相對運(yùn)動(來拒去留)。(3)通過改變線圈面積來“反抗”(增縮減擴(kuò))。4．楞次定律的實(shí)質(zhì)“阻礙”的結(jié)果，是實(shí)現(xiàn)了其他形式的能向電能轉(zhuǎn)化，如果沒有“阻礙”，將違背能量守恒定律，可以得出總能量增加的錯(cuò)誤結(jié)論。所以楞次定律體現(xiàn)了在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能的轉(zhuǎn)化與守恒，能量守恒定律也要求感應(yīng)電流的方向服從楞次定律?！纠?】關(guān)于楞次定律，下列說法正確的是()A．感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化B．閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時(shí)，必受磁場阻礙作用C．原磁場穿過閉合回路的磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場與原磁場同向D．感應(yīng)電流的磁場總是跟原磁場反向，阻礙原磁場的變化A[感應(yīng)電流的磁場總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化，選項(xiàng)A正確；閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場中平行磁感線運(yùn)動時(shí)，不受磁場阻礙作用，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；原磁場穿過閉合回路的磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場與原磁場反向，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)原磁場增強(qiáng)時(shí)感應(yīng)電流的磁場跟原磁場反向，當(dāng)原磁場減弱時(shí)感應(yīng)電流的磁場跟原磁場同向，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]對阻礙的三點(diǎn)理解(1)阻礙不是阻止，最終引起感應(yīng)電流的磁通量還是發(fā)生了變化，是“阻而未止”。(2)阻礙不是相反。當(dāng)引起感應(yīng)電流的磁通量增大時(shí)，感應(yīng)電流的磁場方向與引起感應(yīng)電流的磁場方向相反；當(dāng)引起感應(yīng)電流的磁通量減少時(shí)，感應(yīng)電流的磁場方向與引起感應(yīng)電流的磁場方向相同。(3)涉及相對運(yùn)動時(shí)，阻礙的是導(dǎo)體與磁體的相對運(yùn)動，而不是阻礙導(dǎo)體或磁體的運(yùn)動。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．關(guān)于感應(yīng)電流，以下說法中正確的是()A．感應(yīng)電流的方向總是與原電流的方向相反B．感應(yīng)電流的方向總是與原電流的方向相同C．感應(yīng)電流的磁場總是阻礙閉合電路內(nèi)原磁場的磁通量的變化D．感應(yīng)電流的磁場總是與原線圈內(nèi)的磁場方向相反C[由楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場總是阻礙閉合電路內(nèi)部原磁場的磁通量的變化，故C正確；如果原磁場中的磁通量是增大的，則感應(yīng)電流的磁場方向就與它相反，來阻礙它的增大，如果原磁場中的磁通量是減小的，則感應(yīng)電流的磁場方向就與它相同，來阻礙它的減小，故A、B、D錯(cuò)誤。]楞次定律的應(yīng)用如圖所示，觀察開關(guān)閉合和斷開的瞬間，電流表的指針偏轉(zhuǎn)方向相同嗎？為什么？提示：開關(guān)閉合和斷開的瞬間，電流表的指針偏轉(zhuǎn)方向不同，時(shí)而左偏，時(shí)而右偏。因?yàn)殚_關(guān)閉合和斷開的瞬間穿過該線圈的磁通量變化情況不同，閉合時(shí)，穿過線圈的磁通量增加，斷開時(shí)穿過線圈的磁通量減少。1．楞次定律應(yīng)用四步曲(1)確定原磁場的方向。(2)判定產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁通量如何變化(增加還是減少)。(2)根據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流的磁場方向(增反減同)。(4)判定感應(yīng)電流的方向。2．磁通量變化比較復(fù)雜時(shí)可以分段：把磁通量變化分成單調(diào)變化的區(qū)間來處理。【例2】如圖所示，一水平放置的矩形線圈abcd，在細(xì)長的磁鐵的N極附近豎直下落，保持bc邊在紙外，ad邊在紙內(nèi)，從圖中的位置Ⅰ經(jīng)過位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近Ⅱ。在這個(gè)過程中，線圈中感應(yīng)電流()A．沿abcd流動B．沿dcba流動C．由Ⅰ到Ⅱ是沿abcd流動，由Ⅱ到Ⅲ是沿dcba流動D．由Ⅰ到Ⅱ是沿dcba流動，由Ⅱ到Ⅲ是沿abcd流動A[矩形線圈由位置Ⅰ到位置Ⅱ和由位置Ⅱ到位置Ⅲ兩過程中，穿過線圈的磁感線方向相反。由條形磁鐵的磁場可知，線圈在位置Ⅱ時(shí)穿過閉合線圈的磁通量最少(為零)，線圈從位置Ⅰ到位置Ⅱ，從下向上穿過線圈的磁通量在減少，線圈從位置Ⅱ到位置Ⅲ，從上向下穿過線圈的磁通量在增加，根據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向是abcd，A正確。]運(yùn)用楞次定律判定感應(yīng)電流方向的思路eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，有一質(zhì)量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質(zhì)細(xì)桿懸掛在O點(diǎn)，并可繞O點(diǎn)擺動。金屬線框從右側(cè)某一位置由靜止開始釋放，在擺動到左側(cè)最高點(diǎn)的過程中，細(xì)桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面。則線框中感應(yīng)電流的方向是()A．a(chǎn)→b→c→d→aB．d→c→b→a→dC．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→dB[一開始由下向上的磁通量在減少，由楞次定律可知感應(yīng)電流方向是d→c→b→a→d；越過豎直位置后，反向穿過的磁通量增加，由楞次定律可知，感應(yīng)電流方向不變，B對。]右手定則的應(yīng)用(1)如圖所示，導(dǎo)體棒ab向右做切割磁感線運(yùn)動。根據(jù)楞次定律判斷導(dǎo)體棒ab中的電流方向？提示：導(dǎo)體棒ab向右運(yùn)動，磁通量增大，由楞次定律可知，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場與原磁場方向相反，故感應(yīng)電流的方向?yàn)閎→a。(2)能否找到一種更簡單的方法來判斷閉合回路中部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電流的方向呢？提示：研究電流I的方向、原磁場B的方向、導(dǎo)體棒運(yùn)動的速度v的方向三者之間的關(guān)系滿足右手定則。1．右手定則反映了磁場方向、導(dǎo)體運(yùn)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(dǎo)體相對磁場切割磁感線的運(yùn)動方向，既可以是導(dǎo)體運(yùn)動而磁場未動，也可以是導(dǎo)體未動而磁場運(yùn)動，還可以是兩者以不同速度同時(shí)運(yùn)動。(2)四指指向電流方向，切割磁感線的導(dǎo)體相當(dāng)于電源。2．楞次定律與右手定則的區(qū)別及聯(lián)系規(guī)律比較內(nèi)容楞次定律右手定則區(qū)別研究對象整個(gè)閉合回路閉合回路的一部分，即做切割磁感線運(yùn)動的導(dǎo)體適用范圍各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象只適用于導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動的情況應(yīng)用用于磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象較方便用于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象較方便聯(lián)系右手定則是楞次定律的特例【例3】如圖所示，在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場中有一U形金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌平面與磁場垂直。金屬桿PQ置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌形成閉合回路PQRS，一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內(nèi)，線框與導(dǎo)軌共面。現(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運(yùn)動，在運(yùn)動開始的瞬間，關(guān)于感應(yīng)電流的方向，下列說法正確的是()A．PQRS中沿順時(shí)針方向，T中沿逆時(shí)針方向B．PQRS中沿順時(shí)針方向，T中沿順時(shí)針方向C．PQRS中沿逆時(shí)針方向，T中沿逆時(shí)針方向D．PQRS中沿逆時(shí)針方向，T中沿順時(shí)針方向思路點(diǎn)撥：(1)導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動時(shí)，可由右手定則確定導(dǎo)體棒中的電流方向。(2)線圈T內(nèi)感應(yīng)電流的方向可由楞次定律判斷。D[金屬桿PQ向右切割磁感線，根據(jù)右手定則可知PQRS中感應(yīng)電流沿逆時(shí)針方向；原來T中的磁場方向垂直于紙面向里，閉合回路PQRS中的感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向垂直于紙面向外，使得穿過T的向里的磁通量減小，根據(jù)楞次定律可知T中產(chǎn)生順時(shí)針方向的感應(yīng)電流。綜上所述，可知A、B、C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。]應(yīng)用右手定則時(shí)的兩點(diǎn)注意(1)右手定則只適用于一段導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動的情況，導(dǎo)體和磁場沒有相對運(yùn)動不能應(yīng)用。(2)右手定則判定導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢時(shí)，四指的指向是由低電勢指向高電勢。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])3．下列圖中表示閉合電路中的一部分導(dǎo)體ab在磁場中做切割磁感線運(yùn)動的情景，導(dǎo)體ab上的感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b的是()ABCDA[題中四圖都屬于閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線，應(yīng)用右手定則判斷可得：A中電流方向?yàn)閍→b，B中電流方向?yàn)閎→a，C中電流方向沿a→d→c→b→a，D中電流方向?yàn)閎→a。故選A。]1．科學(xué)思維：楞次定律的理解及應(yīng)用。2．科學(xué)思維：右手定則的應(yīng)用。3．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：楞次定律與能量的轉(zhuǎn)化與守恒。1．關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，下列說法中正確的是()A．感應(yīng)電流的磁場總是與原磁場方向相反B．閉合線圈放在變化的磁場中就一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流C．閉合線圈放在勻強(qiáng)磁場中做切割磁感線運(yùn)動時(shí)，一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流D．感應(yīng)電流的磁場總是阻礙原來磁場的磁通量的變化D[電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，若磁通量減小，則感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相同，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若閉合線圈平面與磁場方向平行，則無論磁場強(qiáng)弱如何變化，穿過線圈的磁通量始終為零，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若線圈切割磁感線時(shí)，穿過線圈的磁通量不發(fā)生變化，則不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；只有選項(xiàng)D正確。]2.(多選)如圖所示，當(dāng)磁鐵運(yùn)動時(shí)，流過電阻的電流由A經(jīng)R到B，則磁鐵的運(yùn)動可能是()A．向下運(yùn)動B．向上運(yùn)動C．向左平移D．以上都不可能BC[此題可通過逆向思維應(yīng)用楞次定律來判定。由感應(yīng)電流方向A→R→B，應(yīng)用安培定則知感應(yīng)電流在線圈內(nèi)產(chǎn)生的磁場方向應(yīng)是從上指向下，由楞次定律判斷得線圈內(nèi)磁通量的變化應(yīng)是向下減小或向上增加，由條形磁鐵的磁感線分布知線圈內(nèi)原磁場是向下的，故應(yīng)是磁通量減小，即磁鐵向上運(yùn)動或向左、右平移，所以B、C正確。]3．(多選)如圖所示，豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，有一個(gè)帶銅軸的銅盤，用銅刷把盤緣和軸連接，外接一電流表，當(dāng)銅盤按圖示勻速轉(zhuǎn)動，則()A．?中有a→b的電流B．?中有b→a的電流C．盤面磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流D．有從盤緣向盤中心的電流BD[將銅盤看作無數(shù)個(gè)軸向銅棒組成這些“銅棒”切割磁感線，由右手定則可判定選項(xiàng)B、D正確。]4．(多選)如圖所示，在條形磁鐵中央位置的正上方水平固定一銅質(zhì)圓環(huán)。以下判斷正確的是()A．釋放圓環(huán)，環(huán)下落時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流B．釋放圓環(huán)，環(huán)下落時(shí)無感應(yīng)電流C．釋放圓環(huán)，環(huán)下落時(shí)環(huán)的機(jī)械能守恒D．釋放圓環(huán)，環(huán)下落時(shí)環(huán)的機(jī)械能不守恒BC[由條形磁鐵磁場分布特點(diǎn)可知，穿過其中央位置正上方的圓環(huán)的合磁通量為零。所以，在環(huán)下落的過程中磁通量不變，沒有感應(yīng)電流，圓環(huán)只受重力作用，則環(huán)下落時(shí)機(jī)械能守恒，故A、D錯(cuò)誤，B、C正確。]5．重為G的線圈系在一