【优化方案】高中物理 第1节 感应电流的方向课件.ppt

第1节感应电流的方向 课标定位 学习目标 1 通过探究实验得出楞次定律 体会实验乐趣 提高分析问题的能力 2 理解楞次定律 体会认识规律的过程 提高想象力和推理探究能力 3 掌握右手定则 并会用右手定则和楞次定律判定感应电流的方向 重点难点 1 理解楞次定律 右手定则 2 利用楞次定律判断感应电流的方向 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第1节 课前自主学案 课前自主学案 一 探究感应电流的方向1 实验装置图2 1 1 2 探究感应电流方向的实验记录 向下 增加 自上而下 向下 向上 相同 相反 排斥 吸引 3 实验中应注意的问题 1 实验前应首先查明线圈中电流的流向与电流表指针偏转方向之间的关系 2 感应电流的磁场方向应根据 定则和感应电流方向判定 3 磁体间的相互作用 可以将产生感应电流的线圈等效为条形磁铁 则要据同名磁极相互 异名磁极相互 判断 安培 排斥 吸引 4 实验结论一是当穿过线圈的磁通量增加时 感应电流的磁场与原磁场的方向 当穿过线圈的磁通量减少时 感应电流的磁场与原磁场的方向 这种情况可由图2 1 2表示 二是磁铁靠近线圈时 两者 当磁铁远离线圈时 两者 相反 相同 相反 相同 图2 1 2 思考感悟1 感应电流的磁场总是与原磁场方向相同吗 提示 不是 由上面的实验分析可知 当磁通量增加时 感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相反 磁通量减少时 感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相同 二 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 引起感应电流的磁通量的变化 阻碍 三 右手定则1 判定方法伸开右手 让拇指与其余四指在同一个平面内 使拇指与并拢的四指 让磁感线垂直穿入手心 使拇指指向 其余四指所指的方向就是 的方向 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 垂直 导线运动的方向 感应电流 思考感悟2 应用右手定则判断感应电流方向时 四指所指的方向是高电势端还是低电势端 提示 高电势端 因四指所指为电源内部电流 故为高电势端 核心要点突破 一 楞次定律的理解及应用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 的理解 3 应用楞次定律判断感应电流方向的思路 1 明确研究对象是哪一个闭合电路 2 明确原磁场的方向 3 判断闭合回路内原磁场的磁通量是增加还是减少 4 由楞次定律判断感应电流的磁场方向 5 由安培定则判断感应电流的方向 4 阻碍 的表现形式楞次定律中的 阻碍 的作用 正是能的转化和守恒定律的反映 在克服 阻碍 的过程中 其他形式的能转化为电能 常见的情况有以下四种 1 阻碍原磁通量的变化 增反减同 2 阻碍导体的相对运动 来拒去留 3 通过改变线圈面积来 反抗 扩大或缩小 4 阻碍自身电流的变化 自感现象在下一节学习 即时应用 即时突破 小试牛刀 1 根据楞次定律知 感应电流的磁场一定是 a 阻碍引起感应电流的磁通量b 与引起感应电流的磁场方向相反c 阻碍引起感应电流的磁场的磁通量的变化d 与引起感应电流的磁场方向相同解析 选c 由楞次定律知 感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化 两磁场方向关系满足 增反减同 故选项c正确 二 楞次定律与右手定则的比较1 从研究对象来说 楞次定律研究的是闭合回路 右手定则研究的是闭合回路的一部分 即切割磁感线的那一段导体 2 从应用范围来说 楞次定律一般应用于由磁通量变化产生的电磁感应现象 包括导体切割磁感线的情况 而右手定则只适用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象 3 从产生的电动势来说 由楞次定律得出的是 闭合回路相当于电源 由右手定则得出的是 部分导体相当于电源 特别提醒 1 在电磁感应中 无论电路是否闭合 都可以假定电路是闭合的 则电路不闭合时感应电动势的方向 跟电路闭合时感应电流的方向是相同的 即感应电动势的方向就是感应电流的方向 2 部分导体切割磁感线产生的感应电动势 是从低电势指向高电势的 即时应用 即时突破 小试牛刀 2 一航天飞机下有一细金属杆 杆指向地心 若仅考虑地磁场的影响 则当航天飞机位于赤道上空 a 由东向西水平飞行时 金属杆中感应电动势的方向一定由上向下b 由西向东水平飞行时 金属杆中感应电动势的方向一定由上向下c 沿经过地磁极的那条经线由南向北水平飞行时 金属杆中感应电动势的方向一定由下向上d 沿经过地磁极的那条经线由北向南水平飞行时 金属杆中一定有感应电动势 解析 选a 地球赤道上空的地磁场分布如图所示 俯视图 飞机下的细金属杆只能看到一个剖面 当飞机由东向西飞行时 由右手定则可知 感应电动势的方向由上向下 故a正确 b错误 当飞行方向由南向北 或由北向南 时 金属杆不切割磁感线 故不产生感应电动势 故c d错误 故选a 三 楞次定律与能量守恒1 电磁感应中的能量转化图2 1 3电磁感应现象中 感应电流的能量 电能 不能无中生有 只能从其他形式的能量转化过来 外力克服磁场力做功 正是这个转化的量度 如图2 1 3所示 当条形磁铁靠近线圈时 线圈中产生图示方向的电流 而这个感应电流产生的磁场对条形磁铁产生斥力 阻碍条 形磁铁的靠近 必须有外力克服这个斥力做功 它才能移近线圈 当条形磁铁离开线圈时 感应电流方向与图中所示方向相反 感应电流产生的磁场对磁铁产生引力 阻碍条形磁铁的离开 这里外力做功的过程就是其他形式的能转化为电能的过程 2 电磁感应中的能量守恒 阻碍 的结果 是实现了其他形式的能向电能转化 如果没有 阻碍 将违背能量守恒定律 可以得出总能量增加的错误结论 所以楞次定律体现了在电磁感应现象中能的转化与守恒 能量守恒定律也要求感应电流的方向服从楞次定律 即时应用 即时突破 小试牛刀 3 如图2 1 4所示 用一根长为l质量不计的细杆与一个上弧长为l0 下弧长为d0的金属线框的中点连接并悬挂于o点 悬点正下方存在一个上弧长为2l0 下弧长为2d0的方向垂直纸面向里的匀强磁场 且d0 l 先将线框拉开到如图所示位置 松手后让线框进入磁场 忽略空气阻力和摩擦力 下列说法正确的是 图2 1 4 a 金属线框进入磁场时感应电流的方向为a b c d ab 金属线框离开磁场时感应电流的方向为a d c b ac 金属线框dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小总是相等d 向左摆动进入或离开磁场的过程中 所受安培力方向向右 向右摆动进入或离开磁场的过程中 所受安培力方向向左 解析 选d 当线框进入磁场时 dc边切割磁感线 由楞次定律可判断 感应电流的方向为 a d c b a 当线框离开磁场时 同理可判其感应电流的方向为 a b c d a 故a b选项错 线框dc边 或ab边 进入磁场或离开磁场时 都要切割磁感线产生感应电流 机械能转化为电能 故dc边进入磁场与ab边离开磁场的速度大小不相等 c错 由 来拒去留 知 d对 课堂互动讲练 某实验小组用如图2 1 5所示的实验装置来验证楞次定律 当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时 通过电流计的感应电流方向是 a a g bb 先a g b 后b g ac b g ad 先b g a 后a g b 楞次定律的应用 图2 1 5 精讲精析 确定原磁场的方向 条形磁铁在穿入线圈的过程中 磁场方向向下 明确回路中磁通量变化情况 向下的磁通量增加 由楞次定律的 增反减同 可知 线圈中感应电流产生的磁场方向向上 应用安培定则可以判断感应电流的方向为逆时针 俯视 即 从b g a 同理可以判断 条形磁铁穿出线圈过程中 向下的磁通量减小 由楞次定律可得 线圈中将产生顺时针的感应电流 俯视 电流从a g b 答案 d 规律总结 应用楞次定律判断感应电流的方向 一般步骤也可概括为下列四句话 明确增减和方向 增反减同 切莫忘 安培定则来判断 四指环绕是流向 如图2 1 6所示 水平放置的平行光滑导轨 导轨间距离为l 1m 左端接有定值电阻r 2 金属棒pq与导轨良好接触 pq的电阻为r 0 5 导轨电阻不计 整个装置处于磁感应强度为b 1t 方向竖直向下的匀强磁场中 现使pq在水平向右的恒力f 2n作用下运动 求 图2 1 6 1 棒pq中感应电流的方向 2 棒pq中哪端电势高 3 棒pq所受安培力方向 4 棒pq的最大速度 精讲精析 棒pq在恒力f作用下运动 产生感应电流 因而受安培力作用 随着速度的增大 安培力也增大 当安培力大小与恒力f相等时 棒pq将做匀速运动 速度达到最大 1 由右手定则知感应电流方向为q p 2 棒pq运动产生感应电动势 相当于电源 因电源内部电流由低电势流向高电势 所以p端电势高于q端电势 答案 1 q p 2 p端 3 向左 4 5m s 规律总结 1 根据不同的条件 合理选择适当的方法来判断感应电流的方向 用右手定则判断时 把切割磁感线的导体作为电源 在电源内部 电流从低电势 负极 流向高电势 正极 2 导体运动切割磁感线产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例 所以判定感应电流方向的右手定则也是楞次定律的特例 用右手定则能判定的 一定也能用楞次定律来判定 只是不少情况下 不如用右手定则判定来得方便简单 类型三 电磁感应中的图象问题 如图2 1 7所示 由均匀电阻丝做成的正方形线框abcd边长为l 总电阻为r 现将线框以与ab边垂直且以水平向右的速度v匀速穿过一宽度为2l 磁感应强度为b的匀强磁场区域 整个过程中ab cd两边始终保持与磁场边界平行 从cd边刚与磁场左边界重合时开始计时 若规定电流沿abcda流动的方向为正方向 试画出线框中感应电流随时间变化的图象 图2 1 7 思路点拨 解答本题时应把握以下两点 1 先判断感应电流的方向 2 计算出每个时间段感应电流的大小 答案 见自主解答 图2 1 8 变式训练 2011年高考海南卷 如图2 1 9 eof和e o f 为空间一匀强磁场的边界 其中eo e o fo f o 且eo of oo 为 eof的角平分线 oo 间的距离为l 磁场方向垂直于纸面向里 一边长为l的正方形导线框沿o o方向匀速通过磁场 t 0时刻恰好位于图示位置 规定导线框中感应电流沿逆时针方向时为正 则感应电流i与时间t的关系图线可能正确的是 图2 1 9 图2 1 10 解析 选b 当线框左边进入磁场时 线框上的电流方向为逆时针 直至线框右边完全进入磁场 当右边一半进入磁场 左边一半开