【同步】高中物理鲁科版(2019)选择性必修2：第2章第1节科学探究感应电流的方向课件

第2章第1节科学探究:感应电流的方向学习目标思维导图1.通过实验,探究影响感应电流方向的因素。(科学探究)2.理解楞次定律的内容,会用能量的观点解释楞次定律。(物理观念)3.理解楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。(科学思维)4.理解右手定则的内容,会判断感应电流的方向。(物理观念)基础落实·必备知识全过关重难探究·能力素养全提升目录索引

学以致用·随堂检测全达标基础落实·必备知识全过关一、探究影响感应电流方向的因素1.实验探究将螺线管与电流计组成

回路,分别将N极、S极插入、抽出线圈,如图所示,记录感应电流方向如下。

实验装置

闭合

2.实验分析(1)线圈内磁通量增加时的情况:(表内选填“向上”或“向下”)图序磁场方向感应电流的方向(俯视)感应电流的磁场方向甲①

逆时针②

乙③

顺时针④

向下向上向上向下(2)线圈内磁通量减少时的情况:(表内选填“向上”或“向下”)图序磁场方向感应电流的方向(俯视)感应电流的磁场方向丙⑤

顺时针⑥

丁⑦

逆时针⑧

向下向下向上向上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

,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

,阻碍磁通量的减少。

想一想感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反吗?相反相同提示

不一定

二、楞次定律1.内容:感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的

的变化。

2.理解:当磁铁靠近导体线圈上端时,穿过线圈的磁通量增加,感应电流的磁场与原磁场的方向

,由于同名磁极相互排斥,阻碍磁铁相对线圈向下运动;当磁铁远离线圈上端时,穿过线圈的磁通量减少,感应电流的磁场与原磁场的方向

,由于异名磁极相互吸引,阻碍磁铁相对线圈向上运动。

3.适用范围:一切

现象。

磁通量相反相同电磁感应想一想如图所示,两轻质闭合金属圆环,穿挂在一根光滑水平绝缘直杆上,原来处于静止状态。当条形磁铁的N极自右向左插入圆环时,两环怎样运动?提示

将条形磁铁向左插入金属圆环的过程中,两个环中均产生感应电流。根据楞次定律,感应电流的效果是阻碍环与磁铁间的相对运动,所以两环均向左运动。靠近磁铁的环所受的安培力大于另一个,可知两环间距变小。三、右手定则1.内容:伸开右手,让拇指与其余四指垂直,且都与手掌处于同一平面内,让

垂直穿过手心,使拇指指向导体运动的方向,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

产生感应电流的情况。

想一想左手定则和右手定则中“四指所指的方向”表示的物理意义一样吗?磁感线

感应电流切割磁感线提示

不一样。左手定则中“四指所指的方向”为已知电流的方向,右手定则中“四指所指的方向”表示感应电流的方向。易错辨析

判一判(1)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量。(

)(2)只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生。(

)(3)线框不闭合时,即使穿过线框的磁通量发生变化,线框中也没有感应电流产生。(

)(4)感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相同。(

)×提示

感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化,而不是阻碍磁通量。×提示

只有在闭合回路中磁通量发生变化,才能形成电流。

√×提示

感应电流的磁场和引起感应电流的磁场可以反向。

即学即用

练一练1.(多选)如图所示,当磁铁运动时,流过电阻的电流是由A经R到B,则磁铁的运动可能是(

)A.向下运动B.向上运动C.向左运动D.以上都不可能BC解析

由感应电流方向A→R→B,应用安培定则得知感应电流在螺线管内产生的磁场方向应是从上指向下;运用楞次定律判得螺线管内磁通量的变化应是向下减少或向上增大;由条形磁铁的磁感线分布知,螺线管内原磁场是向下的,故应是磁通量减少,即磁铁向上运动或向左、向右平移,所以B、C正确。2.(多选)如图所示,光滑平行金属导轨PP'和QQ'都处于同一水平面内,P和Q之间连接一电阻R,整个装置处于竖直向下的匀强磁场中,现在垂直于导轨放置一根导体棒MN,用一水平向右的力F拉动导体棒MN,以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是(

)A.感应电流方向是N→MB.感应电流方向是M→NC.安培力水平向左D.安培力水平向右AC解析

磁场方向向下,导体棒MN的运动方向向右,由右手定则知,感应电流方向是N→M,再由左手定则可知,安培力水平向左,所以A、C正确。重难探究·能力素养全提升探究一探究影响感应电流方向的因素情境探究如图所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置。如果在闭合开关时发现电流计的指针向右偏了一下。(1)若闭合开关后,将线圈L1迅速插入线圈L2中,电流计的指针将怎样偏转?(2)若线圈L1插入线圈L2后,将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时,电流计的指针将怎样偏转?要点提示

(1)已知闭合开关瞬间,线圈L2中的磁通量增加,产生的感应电流使电流计的指针向右偏转。当开关闭合后,将线圈L1迅速插入线圈L2中时,线圈L2中的磁通量增加,由已知条件可知产生的感应电流也应使电流计的指针向右偏转。(2)滑动变阻器的滑片迅速向右移动,线圈L1中的电流变小,线圈L2中的磁场方向不变,磁通量减少,则电流计的指针向左偏转。知识归纳在上面“探究影响感应电流方向的因素”的实验中,电源与线圈构成一回路,而另一线圈与灵敏电流计又构成一个回路。当上方线圈中的磁通量发生变化时,导致下方线圈的磁通量也跟着变化,从而出现感应电流,由灵敏电流计的指针偏转方向,可探究影响感应电流方向的因素。结论如下:(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。应用体验典例1

某同学用如图所示装置探究感应电流的方向与引起感应电流的磁场的关系。已知电流从a接线柱流入电流表时,电流表指针右偏。实验时,磁场方向、磁铁运动情况及电流表指针偏转情况都记录在下表中。实验序号磁场方向磁铁运动情况指针偏转情况1向下插入右偏2向下拔出左偏3向上插入左偏4向上拔出右偏(1)由实验1、3得出的结论是_______________________________________________________________________________。

(2)由实验2、4得出的结论是_______________________________________________________________________________。

(3)由实验1、2、3、4得出的结论是________________________________________________________________________。

穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反穿过闭合回路的磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化解析

(1)由表中信息可知,在实验1、3中,磁铁插入线圈,穿过线圈的磁通量增加,而穿过线圈的磁场方向相反,感应电流方向相反,感应电流磁场方向与原磁场方向相反,由此可知:穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反。(2)由表中实验信息可知,在实验2、4中,穿过线圈的磁通量减少,磁场方向相反,感应电流方向相反,感应电流磁场方向与原磁场方向相同,由此可知:穿过闭合回路的磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。(3)综合分析4次实验可知:感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。针对训练1(2023辽宁大连期末)利用如图所示装置可探究感应电流产生的条件。线圈A通过滑动变阻器和开关S连接到电源上,线圈B的两端连接到电流计G上,把线圈A装在线圈B的里面。某同学发现闭合开关S时,电流表指针向右偏转,由此可以判断(

)A.断开开关S时,电流计指针向右偏转B.线圈A向上移动时,电流计指针向右偏转C.线圈A中铁芯向上拔出时,电流计指针向右偏转D.滑动变阻器的滑片向右滑动时,电流计指针向右偏转D解析

闭合开关S时,通过线圈B的磁通量增大,可知当穿过线圈B的磁通量增大时,电流计指针向右偏转。线圈A向上移动时、线圈A中铁芯向上拔出时、断开开关S时,穿过线圈B的磁通量均减小,电流计指针均应向左偏转,A、B、C错误。滑动变阻器的滑片向右滑动时,通过A的电流增大,则穿过线圈B的磁通量增大,电流计指针向右偏转,D正确。探究二楞次定律情境探究将螺线管与电流表组成闭合回路,分别将条形磁铁插入、抽出螺线管。

(1)如图甲磁铁插入线圈时,线圈中磁通量怎样变化?有感应电流吗?(2)如图乙磁铁拔出线圈时,线圈中磁通量怎样变化?两次感应电流方向相同还是相反?要点提示

(1)磁通量增加,有。(2)磁通量减少,相反。

知识归纳1.楞次定律中“阻碍”的含义

阻碍不是阻止

2.应用楞次定律的四个步骤(1)确定原磁场的方向;(2)判定产生感应电流的磁通量如何变化(增加还是减少);(3)根据楞次定律确定感应电流的磁场方向(增反减同);(4)判定感应电流的方向。闪光语录

楞次定律应用步骤也可以简单地描述为“一原二变三感四螺旋”,一原——确定原磁场的方向;二变——确定磁通量是增加还是减少;三感——判断感应电流的磁场方向;四螺旋——用右手螺旋定则判断感应电流的方向。应用体验典例2

把两个线圈绕在一个铁环上,A线圈与电源、滑动变阻器R组成一个回路,B线圈与开关S、电流表G组成另一个回路,如图所示。关于该实验,下列说法正确的是(

)A.闭合开关S的瞬间,电流表G中有a→b的感应电流B.闭合开关S的瞬间,电流表G中有b→a的感应电流C.闭合开关S后,在增大电阻R的过程中,电流表G中有a→b的感应电流D.闭合开关S后,在增大电阻R的过程中,电流表G中有b→a的感应电流D解析

在滑片不动的情况下,A线圈中通过的是恒定电流,产生的磁场是恒定的,所以B线圈中不产生感应电流,选项A、B错误;在滑片移动增大电阻R的过程中,A线圈中通过的是逐渐减弱的电流,即线圈B处于逐渐减弱的磁场中,由安培定则和楞次定律判断得知,电流表中的电流从b→a,故选项C错误,D正确。针对训练2(2023浙江金华期末)如图所示,圆环形导体线圈a平放在水平桌面上,在a的正上方固定一竖直螺线管b,二者直径相同、轴线重合,螺线管与电源、滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向下滑动,下列说法正确的是(

)A.线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流B.穿过线圈a的磁通量变小C.线圈a有扩张的趋势D.线圈a对水平桌面的压力大于自身重力D解析

当滑片P向下滑动时,接入电路的电阻减小,由闭合电路欧姆定律可知,通过线圈b的电流增大,从而判断出穿过线圈a的磁通量增大,且方向向下;根据楞次定律可知线圈a的感应电流方向俯视应为逆时针,故A、B错误。根据楞次定律可知,由于通过线圈a的磁通量增大,则线圈只有面积减小才能阻碍磁通量的增大,即线圈a有收缩的趋势,故C错误。开始时,线圈a对桌面的压力等于自身重力,当滑片P向下滑动时,可以将两个线圈看成两个条形磁铁,根据楞次定律可知两线圈互相排斥,故线圈a对水平桌面的压力增大,大于自身重力,故D正确。探究三右手定则情境探究如图所示,导体棒ab向右做切割磁感线运动。(1)请用楞次定律判断感应电流的方向。(2)感应电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向三者之间什么关系?根据右手定则,自己试着做一做。要点提示

(1)感应电流的方向为a→d→c→b→a。(2)满足右手定则。知识归纳1.右手定则主要用于闭合电路的部分导体做切割磁感线运动时,产生的感应电动势与感应电流的方向判定。2.右手定则仅在导体切割磁感线时使用,应用时要注意磁场方向、导体运动的方向、感应电流的方向三者互相垂直。3.当导体的运动方向与磁场方向不垂直时,拇指应指向切割磁感线的分速度方向。4.若形成闭合电路,四指指向感应电流方向;若未形成闭合电路,四指指向高电势点。5.应用时要特别注意:四指指向是电源内部电流的方向,也是电势升高的方向,即四指指向正极。由负极到正极

闪光语录

左、右手定则的区分方法(1)区分左手定则和右手定则的根本是抓住“因果关系”:“因电而动”——用左手,“因动生电”——用右手。(2)使用中左手定则和右手定则很容易混淆,为了便于记忆,可把两个定则简单地总结为通电受力,“力”的最后一笔“丿”向左,用左手;运动生电,“电”的最后一笔“乚”向右,用右手。应用体验典例3

如图所示表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情境,导体ab上的感应电流方向为a→b的是(

)A解析

题中四图都属于闭合电路的一部分导体切割磁感线,应用右手定则判断可得:A中电流方向为a→b,B中电流方向为b→a,C中电流方向为a→d→c→b→a,D中电流方向为b→a,故选A。规律方法

对右手定则的理解1.右手定则适用范围:闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流方向的判断。2.右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和电流方向三者之间的相互垂直关系。(1)大拇指的方向是导体相对磁场切割磁感线的运动方向,既可以是导体运动而磁场未动,也可以是导体未动而磁场运动,还可以是两者以不同速度同时运动。(2)四指指向电流方向,切割磁感线的导体相当于电源。闭合导体回路的一部分导体做切割磁感线运动时,可用右手定则判断感应电流的方向。针对训练3(多选)如图所示,金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时,铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引(

)A.向右做匀速运动B.向左做减速运动C.向右做减速运动D.向右做加速运动BC解析

当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流,线圈中的磁通量恒定不变,无感应电流出现,A错误;当导体棒向左减速运动时,由右手定则可判定回路中出现从b→a的感应电流且减小,由安培定则知,螺线管中感应电流的磁场向左在减弱,由楞次定律知c中出现顺时针感应电流(从右向左看)且被螺线管吸引,B正确;同理C正确,D错误。学以致用·随堂检测全达标12341.(多选)如图所示,竖直向下的匀强磁场中,有一个带铜轴的铜盘,用铜刷把盘缘和轴连接,外接一电流计,当铜盘按图示方向匀速转动,则(

)A.电流计中有a→b的电流B.电流计中有b→a的电流C.盘面磁通量不变,不产生感应电流D.有从盘缘向盘中心的电流BD解析

沿铜盘半径方向的“铜棒”切割磁感线,由右手定则可判定选项B、D正确。12342.(多选)某同学用如图所示的实验装置探究电磁感应现象,该同学第一步探究出,当有电流从电流计的正极流入时,指针向右偏转。接下来该同学进行了一系列的操作,则下列关于操作中电流计指针偏转的描述正确的有(

)A.当把磁铁N极向下插入线圈时,电流计指针向左偏转B.当把磁铁S极向下插入线圈时,电流计指针向左偏转C.保持磁铁在线圈中静止,电流计指针不发生偏转D.将磁铁和线圈一起以同一速度向上运动,电流计向左偏转AC1234解析

当把磁铁N极向下插入线圈时,穿过线圈的磁场方向向下,磁通量增加,由楞次定律可知,感应电流从电流计的负极流入,电流计指针向左偏转,故A正确;当把磁铁S极向下插入线圈时,穿过线圈的磁场方向向上,磁通量增加,由楞次定律可知,感应电流从电流计的正极流入,电流计指针向右偏转,故B错误;保持磁铁在线圈中静止,穿过线圈的磁通量不变,不产生感应电流,电流计指针不发生偏转,故C正确;将磁铁和线圈一起以同一速度向上运动,穿过线圈的磁通量不变,不产生感应电流,电流计指针不偏转,故D错误。12343.如图所示,在载流直导线旁固定有两平行光滑导轨A、B,导轨与直导线平行且在同一水平面内,在导轨上有两条可自由滑动的导体棒ab和cd。载流直导线中的电流逐渐增强时,导体棒ab和cd的运动情况是(

)A.一起向左运动B.一起向右运动C.ab和cd相向运动,相互靠近D.ab和cd相背运动,相互远离C1234解析

方法一:电流增强时,电流在abdc回路中产生的垂直向里的磁场增强,回路磁通量增大,根据楞次定律可知,回路产生逆时针方向电流;ab边电流方向向下,所受安培力向右,cd边电流方向向上,所受安培力向左,故ab和cd相向运动,C项正确。方法二:电流增强时,电流在abdc回路中产生的垂直向里的磁场增强,回路磁通量增大,根据楞次定律可知,回路要减小面积以阻碍磁通量的增加,因此,两导体棒要相向运动,相互靠近,C项正确。12344.(1)图甲为某实验小组探究感应电流方向的规律的实验装置,关于实验过程中应该注意的事项和实验现象