楞次定律教案 (2)

人教版 选修 3 2 教案 第 1 页 共 8 页1 4 3 楞次定律楞次定律 三维目标三维目标 一 知识与技能 一 知识与技能 1 掌握楞次定律的内容 能运用楞次定律判断感应电流方向 2 培养观察实验的能力以及对实验现象分析 归纳 总结的能力 3 能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向 4 掌握右手定则 并理解右手定则实际上为楞次定律的一种具体表现形式 二 过程与方法 二 过程与方法 1 通过实践活动 观察得到的实验现象 再通过分析论证 归纳总结得出结论 2 通过应用楞次定律判断感应电流的方向 培养学生应用物理规律解决实际问题的能 力 三 情感 态度与价值观 三 情感 态度与价值观 在本节课的学习中 同学们直接参与物理规律的发现过程 体验了一次自然规律发现 过程中的乐趣和美的享受 并在头脑中进一步强化 实践是检验真理的唯一标准 这一辩 证唯物主义观点 教学重点教学重点 1 楞次定律的获得及理解 2 应用楞次定律判断感应电流的方向 3 利用右手定则判断导体切割磁感线时感应电流的方向 教学难点教学难点 楞次定律的理解及实际应用 教学方法教学方法 发现法 讲练结合法 教学用具 教学用具 干电池 灵敏电流表 外标有明确绕向的大线圈 条形磁铁 导线 教学过程教学过程 一 引入新课 一 引入新课 教师 演示 按下图将磁铁从线圈中插入和拔出 引导学生观察现象 提出 为什么在线圈内有电流 插入和拔出磁铁时 电流方向一样吗 为什么 怎样才能判断感应电流的方向呢 本节我们就来学习感应电流方向的判断方法 二 进行新课 二 进行新课 人教版 选修 3 2 教案 第 2 页 共 8 页2 1 楞次定律 楞次定律 教师 让我们一起进行下面的实验 利用 CAI 课件 屏幕上打出实验内容 实验目的 研究感应电流方向的判定规律 实验步骤 1 按右图连接电路 闭合开关 记录下 G 中流入电流方向 与电流表 G 中指针偏转方向的关系 如电流从左接线柱流入 指 针向右偏还是向左偏 2 记下线圈绕向 将线圈和灵敏电流计构成通路 3 把条形磁铁 N 极 或 S 极 向下插入线圈中 并从线圈 中拔出 每次记下电流表中指针偏转方向 然后根据步骤 1 结论 判定出感应电流方向 从而可确定感应电流的磁场方向 根据实验结果 填表 磁铁运动情况N 极下插N 极上拔S 极下插S 极上拔 磁铁产生磁场方向 线圈磁通量变化 感应电流磁场方向 教师 N 极向下插入线圈中 磁铁在线圈中产生的磁场方向如何 学生 磁铁在线圈中产生的磁场方向向下 教师 在这种情况下 通过线圈的磁通量如何变化 学生 磁通量增加 教师 感应电流的方向如何 学生 如图所示 教师 感应电流的磁场方向如何 学生 感应电流的磁场方向向上 教师 再把该磁铁从线圈中拔出时 磁铁在线圈中产生的磁场方向如 何 学生 磁铁在线圈中产生的磁场方向向下 教师 磁铁拔出时 通过线圈的磁通量如何变化 学生 通过线圈的磁通量减小 教师 感应电流的方向如何 学生 感应电流的方向如图所示 教师 感应电流的磁场方向如何 学生 感应电流的磁场方向向下 教师 S 极向下插入线圈中 情况怎样呢 学生甲 磁铁在线圈中产生的磁场方向向上 学生乙 通过线圈的磁通量增加 学生丙 感应电流的方向如图所示 学生丁 感应电流的磁场方向向下 教师 再把 S 极从线圈中拔出时 情况如何 学生甲 磁铁在线圈中产生的磁场方向向上 学生乙 通过线圈的磁通量减小 学生丙 感应电流的方向如图所示 学生丁 感应电流的磁场方向向上 教师 通过上面的实验 同学们发现了什么 人教版 选修 3 2 教案 第 3 页 共 8 页3 学生甲 当磁铁移近或插入线圈时 线圈中感应电流的磁场方向与原磁场方向相反 当磁铁离开线圈或从线圈中拔出时 线圈中感应电流的磁场方向与原磁场方向相同 学生乙 当穿过线圈的磁通量增加时 感应电流的磁场与原磁场方向相反 当穿过线 圈的磁通量减少时 感应电流的磁场与原磁场方向相同 学生丙 当穿过线圈的磁通量增加时 感应电流的磁场阻碍磁通量增加 当穿过线圈 的磁通量减少时 感应电流的磁场阻碍磁通量减少 教师 刚才几位同学的说法都正确 物理学家楞次概括了各种实验结果 在 1834 年提 出了感应电流方向的判定方法 这就是楞次定律 投影打出楞次定律的内容 投影 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 这就是楞次定律 师生共同活动 理解楞次定律的内涵 1 阻碍 并不是 阻止 一字之差 相去甚远 要知道原磁场是主动的 感应电 流的磁场是被动的 原磁通仍要发生变化 感应电流的磁场只是起阻碍变化而已 2 楞次定律判断感应电流的方向具有普遍意义 教师 楞次定律符合能量守恒 从上面的实验可以发现 感应电流在闭合电路中要消 耗能量 在磁体靠近 或远离 线圈过程中 都要克服电磁力做功 克服电磁力做功的过 程就是将其他形式的能转化为电能的过程 楞次定律也符合唯物辩证法 唯物辩证法认为 矛盾是事物发展的动力 电磁感应 中 矛盾双方即条形磁铁的磁场 B原 和感应电流的磁场 B感 两者都处于同一线圈 中 且感应电流的磁场总要阻碍原磁场的变化 形成既相互排斥又相互依赖的矛盾 在回 路中对立统一 正是 阻碍 的形成产生了电磁感应现象 2 楞次定律的应用 楞次定律的应用 教师 投影 应用楞次定律判断感应电流方向的基本步骤 1 明确原磁场的方向 2 明确穿过闭合电路的磁通量是增加还是减少 3 根据楞次定律确定感应电流的磁场方向 4 利用安培定则确定感应电流的方向 教师 下面让我们通过对例题的分析 熟悉应用楞次定律判断感应电流方向的基本步 骤 同时加深对楞次定律的理解 投影 教师 开关断开前 线圈 M 中的电流在线圈 N 中产生的磁场方向向哪 学生 向下 教师 开关断开瞬间 线圈 N 中磁通量如何变化 学生 减少 教师 线圈 N 中感应电流的磁场方向如何 学生 向下 阻碍磁通量减少 教师 线圈 N 中感应电流的方向如何 人教版 选修 3 2 教案 第 4 页 共 8 页4 学生 由下向上 整个回路是顺时针电流 教师 利用楞次定律判定感应电流方向的思路可以概括为以下框图 投影 投影 教师 线圈 ABCD 所在处磁场方向向哪 学生 垂直纸面向里 教师 感应电流的磁场方向向哪 学生 垂直纸面向里 教师 穿过线圈 ABCD 的磁通量应如何变化 学生 减少 教师 线圈 ABCD 应向哪个方向平移 学生 向右 3 右手定则 右手定则 教师 当闭合电路的一部分做切割磁感线运动时 如何应用楞次定律判定感应电流的 方向呢 投影 如图所示 光滑金属导轨的一部分处在匀强磁场中 当导体棒 AB 向右匀速 运动切割磁感线时 判断 AB 中感应电流方向 教师 当 AB 棒向右切割磁感线时 感应电流方向如何 学生甲 回路中原磁场方向垂直纸面向里 学生乙 通过回路的磁通量在减小 学生丙 感应电流的磁场与原磁场方向相同 为垂直纸面向里 学生丁 回路中感应电流为逆时针方向 AB 中感应电流的方向为 向上 教师 如果磁通量的变化是由导体切割磁感线引起的 感应电流的方向可以由右手定 则来判断 投影 右手定则的内容 伸开右手让拇指跟其余四指垂直 并且都跟手掌在一个平面内 让 磁感线垂直从手心进入 拇指指向导体运动的方向 其余四指指的就是 感应电流的方向 教师 请同学们用右手定则重做例 3 看结果是否一样 学生 一样 人教版 选修 3 2 教案 第 5 页 共 8 页5 教师 右手定则实际上是楞次定律的一种具体表现形式 它们在本质上是一致的 只 不过导体切割磁感线时 用右手定则判断感应电流方向更方便 三 课堂总结 点评 三 课堂总结 点评 教师活动 让学生概括总结本节的内容 请一个同学到黑板上总结 其他同学在笔记 本上总结 然后请同学评价黑板上的小结内容 学生活动 认真总结概括本节内容 并把自己这节课的体会写下来 比较黑板上的小 结和自己的小结 看谁的更好 好在什么地方 点评点评 总结课堂内容 培养学生概括总结能力 教师要放开 让学生自己总结所学内容 允许内容的顺序不同 从而构建他们自己的 知识框架 四 实例探究 四 实例探究 楞次定律的应用楞次定律的应用 例 1 如图所示 试判定当开关 S 闭合和断开瞬间 线圈 ABCD 的电流方向 忽 略导线 GH 的磁场作用 解析 当 S 闭合时 1 研究回路是 ABCD 穿过回路的磁场是电流 I 所产生的 磁场 方向由安培定则判定是指向读者 2 回路 ABCD 的磁通量由无到有 是增大的 3 由楞次定律可知感应电流磁场方向应和 B原相反 即背 离读者向内 增反减同 由安培定则判定感应电流方向是 B A D C B 当 S 断开时 1 研究回路仍是 ABCD 穿过回路的原磁场仍是 I 产生的磁场 方向由安培定则判 定是指向读者 2 断开瞬间 回路 ABCD 磁通量由有到无 是减小的 3 由楞次定律知感应电流磁场方向应是和 B原相同即指向读者 4 由安培定则判定感应电流方向是 A B C D A 点评 用楞次定律解题时 沿一定的程序进行推理判断比较规范 尤其是初学者一定 要熟练掌握 例 2 如图所示 当条形磁铁突然向闭合铜环运动时 铜环里产生的感应电流的方 向怎样 铜环运动情况怎样 解析 磁铁右端的磁感线分布如图所示 当磁铁向环运动时 环中 磁通量变大 由楞次定律可判断出感应电流磁场方向 再由安培定则判 断出感应电流方向如图 16 3 5 所示 把铜环等效为多段直线电流元 取上 下两对称的小段研究 由左手定则可知其受安培力如图 由此推想整个 铜环受合力向右 故铜环将向右摆动 点评 由于磁铁的靠近引起环中感应电流的产生 而电流 通电 导体 在磁场中受到力作用 其他解法 另解一 磁铁向右运动 使铜环产生感应电流如图所示 此环形电 流可等效为图中所示的小磁针 显然 由于两磁体间的推斥作用铜环 将向右运动 另解二 由于磁铁向右运动而使铜环中产生感应电流 根据楞次定 律的另一种表述可知铜环将向右躲避以阻碍这种相对运动 人教版 选修 3 2 教案 第 6 页 共 8 页6 例 3 如图所示 固定于水平面上的光滑平行导电轨道 AB CD 上放着两根细金属 棒 ab cd 当一条形磁铁自上而下竖直穿过闭合电路时 两金属棒 ab cd 将如何运动 磁 铁的加速度仍为 g 吗 解析 当条形磁铁从高处下落接近回路 abcd 时 穿过回路的磁 通量方向向下且在不断增加 根据楞次定律的第二种表述 感应电流 所产生的效果 总要反抗产生感应电流的原因 在这里 产生感应电 流的原因是 条形磁铁的下落使回路中的磁通量增加 为反抗条形磁 铁的下落 感应电流的磁场给条形磁铁一个向上的阻碍其下落的阻力 使磁铁下落的加速度小于 g 为了反抗回路中的磁通量增加 ab cd 两导体棒将互相靠拢 使回路的面积减小 以阻碍磁通量的增加 同理 当穿过平面后 磁 铁的加速度仍小于 g ab cd 将相互远离 点评 磁铁穿过闭合电路前 后 引起磁通量的变化是不同的 因而引起的感应电流 方向不同 据楞次定律判断出感应电流方向 再应用左手定则判断受力情况 由牛顿第三定 律可判断磁铁受力方向 此法较为繁琐 若根据楞次定律的另一种表述 感应电流的效果 总是反抗产生感应电流的原因 本题中的 原因 是磁铁靠近 过线圈后 远离 从而 可以判断 巩固练习巩固练习 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反向 C 阻碍引起感应电流的磁通量的变化 D 与引起感应电流的磁场方向相同 答案 C 点评 楞次定律揭示了感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化 2 如图所示 通电导线旁边同一平面有矩形线圈 abcd 则 A 若线圈向右平动 其中感应电流方向是 a b c d B 若线圈竖直向下平动 无感应电流产生 C 当线圈以 ab 边为轴转动时 其中感应电流方向是 a b c d D 当线圈向导线靠近时 其中感应电流方向是 a b c d 答案 ABC 点评 先明确直线电流周围磁感线的分布情况 再用楞次定律 判定 3 如图所示 一水平放置的矩形闭合线框 abcd 在细长磁铁的 N 极附近竖直下落 保持 bc 边在纸外 ad 边在纸内 如图中的位置 经过位置 到位置 位置 和 都很 靠近 在这个过程中 线圈中感应电流 A 沿 abcd 流动 B 沿 dcba 流动 C 由 到 是沿 abcd 流动 由 到 是沿 dcba 流动 D 由 到 是沿 dcba 流动 由 到 是沿 abcd 流动 解析 根据细长磁铁的 N 极附近的磁感线分布 线圈 abcd 在位置 时 穿过线圈的磁通量为零 在位置 时 磁感线向上穿过线圈 在位置 时 磁感线向下穿过线圈 设磁感线向上穿过线圈 磁通量为正 因此可见 由 到 再到 磁通量连续减小 感应电流方向不变 应沿 abcda 流动 故 A 正确 答案 A 点评 明确 N 极附近磁感线的分布情况由穿过磁感线的条数判定磁通量变化 再用楞次 定律分段研究 人教版 选修 3 2 教案 第 7 页 共 8 页7 4 如图所示 两个相同的铝环套在一根光滑杆上 将一条形磁铁向左插入铝环的过程 中两环的运动情况是 A 同时向左运动 间距增大 B 同时向左运动 间距不变 C 同时向左运动 间距变小 D 同时向右运动 间距增大 解析 在条形磁铁插入铝环过程中 穿过铝环的磁通量增加 两环为了阻碍磁通量的 增加 应朝条形磁铁左端运动 由于两环上感应电流方向相同 故将相互吸引 而使间距 变小 答案 C 点评 同向电流相互吸引 异向电流相互排斥 5 如图所示 匀强磁场垂直于圆形线圈指向纸里 a b c d 为圆形线圈上等距离的 四点 现用外力作用在上述四点 将线圈拉成正方形 设线圈导线不可伸长 且线圈仍处于 原先所在的平面内 则在线圈发生形变的过程中 A 线圈中将产生 abcd 方向的感应电流 B 线圈中将产生 adcb 方向的感应电流 C 线圈中产生感应电流的方向先是 abcd 后是 adcb D 线圈中无感应电流产生 解析 由几何知识知 周长相等的几何图形中 圆的面积最大 当 由圆形变成正方形时磁通量变小 答案 A 点评 周长相同情况下 圆的面积最大 6 如图所示 有一固定的超导圆环 在其右端放一条形磁铁 此时圆环中无电流 当 把磁铁向右方移走时 由于电磁感应 在超导圆环中产生了一定的电流 则以下判断中正确 的是 A 此电流方向如箭头所示 磁铁移走后 此电流继续维持 B 此电流方向与箭头方向相反 磁铁移走后 此电流很快消失 C 此电流方向如箭头所示 磁铁移走后 此电流很快消失 D 此电流方向与箭头方向相反 磁铁移走后 此电流继续维持 解析 在超导圆环中产生感应电流后 电能基本不损失 电流继续存在 答案 D 点评 超导无电阻 7 1931 年 英国物理学家狄拉克从理论上预言了存在着只有一个磁极的粒子 磁 单极子 如图所示 如果有一个磁单极子 单 N 极 从 a 点开始运动穿过线圈后从 b 点飞过 那 么 A 线圈中感应电流的方向是沿 PMQ 方向 B 线圈中感应电流的方向是沿 QMP 方向 C 线圈中感应电流的方向先是沿 QMP 方向 然后是 PMQ 方向 D 线圈中感应电流的方向先是沿 PMQ 方向 然后是 QMP 方向 解析 将磁单极子 单 N 极 理解为其磁感线都是向外的 答案 B 点评 关键是磁单极子的磁场 特点 8 如图所示 一平面线圈用细杆悬于 P 点 开始时细杆处于水平位置 释放后让它 在如图所示的匀强磁场中运动 已知线圈平面始终与纸面垂直 当线圈第一次通过位置 和 位置 时 顺着磁场方向看