《楞次定律》教案

《楞次定律》教案教材分析、学情分析《楞次定律》选自新人教版高中物理选择性必修第二册第二章第一节。本节课是在学生了解感应电流产生条件的基础上进一步探究影响感应电流方向的因素的一节课，是本章的教学重点和难点，也为后面“自感现象”以及“涡流现象”的学习做好铺垫。新课标对本节课的要求是：通过实验探究影响感应电流方向的因素，理解楞次定律。在必修三的学习中，学生已经知道了磁场变化能在闭合回路中产生电流，并从这个现象知道了感应电流产生的条件。但探究感应电流方向影响因素，从科学思维的角度来说，要求学生有极强的推理与归纳能力，而高二学生的实验解释能力和规律的归纳能力还不是很成熟，所以需要在教学中通过实例、实验、教具帮助学生从实验的表面现象中看出“相同事件”和“相关事件”的共同特征，使学生对楞次定律有更深刻的理解。二、教学目标依据新课程理念、教材编排意图和学生的实际情况，提出以下教学目标：（一）物理观念掌握楞次定律的主要内容，能熟练运用楞次定律判断感应电流方向。（二）科学思维培养学生从实验现象中寻找联系并总结出规律的逻辑思维能力，以及提高学生的知识归纳能力。（三）科学探究1.通过自制的实验小道具使学生体验“来拒去留”的现象，并得出判断感应电流方向的方法；2.通过自制实验道具验证判断感应电流方向的方法，进一步概括楞次定律的基本内容。（四）科学态度与责任1.通过探究影响感应电流方向的因素，培养学生实事求是的科学态度和严谨的推理方法。2.经历合作探究过程，领略科学探究的思想，体会实验的意义，培养学生对科学的好奇心与求知欲。三、教学重点与难点1.重点：实验探究楞次定律的主要内容。2.难点：总结楞次定律内容，将感应电流方向与原磁场磁通量变化联系到一起。四、教法与学法1.教法：探究式实验法、启发式教学法。。2.学法：小组合作学习。五、实验器材（一）引入实验：铝管，小磁铁，铝管小车，如图1所示；图1铝管小车（左）和落磁实验（右）图1铝管小车（左）和落磁实验（右）（二）演示实验：自制仪器——楞次定律演示仪，如图2所示。图2楞次定律演示仪图2楞次定律演示仪楞次定律演示仪包括自制线圈（约3600匝），两种不同颜色的二极管展板，导线若干，规格为30cm*45cm的PVC板，两个条形磁铁，6块直径为20mm，厚10mm的强磁铁。主要部件及其作用介绍：1.规格相同，颜色不同的二极管展板可以精确显示此时电路中感应电流的方向。2.自制线圈，增加线圈匝数，增大实验过程中产生的感应电流，使得实验现象更加明显。六、实验创新要点/改进要点（一）教材实验方案分析实验1：如图3所示，2019版新人教版教材中，关于楞次定律实验一直使用灵敏检流计来演示感应电流的方向，在课前提出问题时，教材使用如下实验来提出感应电流方向与哪些因素有关的问题。教材这样表述：“将线圈与电流表相连，把磁体的某一磁极向线圈中插入，从线圈中抽出时，电流表的指针发生了偏转。”图3图3教材实验演示图但教材中的方案却有着以下几点不足：1.教材未明确提出使用多大匝数的线圈，如果使用一般实验室所配备的磁体和线圈，实验现象不明显；2.电表结构的封闭性，感应电流方向显示不直观。此外指针偏转过程中因惯性存在指针反偏现象，从而导致学生在判断感应电流方向时存在问题。实验2：对于探究影响感应电流方向因素的实验中，教材采用如图4所示实验方案，先经过实验探究得出无法找出感应电流方向与磁通量变化之间的关系，需要换一个角度来思考问题。并进一步提出需要寻求一个中介，即将感应电流产生的感应磁场和原磁通量变化建立联系，最后总结出楞次定律的相关内容。图4图4教材实验演示图2教材中的实验方案存在几个明显的不足之处：1.实验现象的联系不直观，教学所涉及的物理量较多，如原磁场方向，感应磁场方向，磁通量，感应电流方向等，给教学设计带来极大的挑战。2.通过实验，要求学生有极强的推理与归纳能力，特别是在寻找中介来判断影响感应电流方向的因素，对学生是一个极大的挑战，给教学带来一定的教学难度。（二）实验创新要点:1.利用楞次定律演示仪，直接提出本节课的重点就是如何判断感应电流的方向；2.利用铝管小车，通过“来拒去留”的实验现象帮助学生理解此时铝管产生感应磁场与原磁场的关系；3.再次利用楞次定律演示仪，验证如何判断感应电流的方向。七、实验原理（一）落磁实验与铝管小车实验当通过闭合线圈的磁通量发生变化时，闭合的铝管将产生感应电流，感应电流产生的感应磁场将阻碍其原磁通量的变化。即在落磁实验中，表现为阻碍小磁铁下落，使得小磁铁在铝管中下落较慢；在铝管小车的实验中，则显示出“来拒去留”的实验现象。（二）楞次定律演示仪实验当通过闭合线圈的磁通量发生变化时，闭合线圈将产生感应电流；由于磁铁插入与拔出过程中，通过线圈中的磁通量发生变化，产生感应电流的方向不同，在楞次定律演示仪上，则表现为对应不同的操作，不同颜色的二极管发光。八、实验教学内容主要实验教学内容为：实验探究楞次定律的主要内容，掌握判断感应灯电流方向的方法。教学流程图如下。九、实验教学过程（一）引入实验：落磁实验 为产生悬念，演示实验时教师不必过多介绍，也可以让学生上来参与实验。学生通过观察后不难发现，磁铁在铝管中下落得较慢，进一步激发学生的学习乐趣，激发学生的求知欲。图5落磁实验图5落磁实验（二）探究感应电流方向的判断方法演示实验1：提出问题：如何判断电路中感应电流的方向如图6所示，教师通过演示插拔磁铁时，闭合线圈产生不同方向的感应电流，提出本节课的主要教学内容。插入磁铁拔出磁铁图6实验操作现象图演示实验2：利用铝管小车实验判断感应磁场的方向如图7所示，利用铝管小车，请同学们观察当磁铁靠近或远离铝管小车时，会产生怎样的实验现象，引发学生考虑到此时铝管会产生一个感应磁场，并随着实验操作的不同，感应磁场的方向发生了变化。图7铝管小车实验【教师点拨】“来拒去留”的实验现象，看似毫无联系的实验结果，其背后蕴含着一定的规律。即磁铁靠近时，通过铝管的磁通量增加，产生的感应磁场方向与原磁场方向相反；磁铁远离时，通过铝管的磁通量减少，产生的感应磁场方向与原磁场方向相同。【巧记】利用增反减同与右手螺旋定则来判断感应电流的方向。演示实验3：利用楞次定律演示仪验证实验结论通过上述总结实验结论分析插拔磁铁时，电路中感应电流的方向，利用楞次定律演示仪验证实验结果，并进一步对帮助学生概括楞次定律的内容。图8图8实验分析表格图9插拔线圈实验现象图图10图10学生根据所学知识解释课前落磁实验的原理，解释为何磁铁在铝管中下落得较慢。特别是需要重点理解以下三个问题：1.谁在阻碍？阻碍谁？2.“阻碍”就是B感与B原方向相反？怎么阻碍？3.能否阻止？阻碍的结果？十、实验相关试题在学习本节课后，学生掌握了如何利用楞次定律来判断感应电流的方向。特别的对于刚刚学习完楞次定律的学生而言，课后布置学生完成教材的例题1和例题2，根据自身学习实际情况选做课后习题。首先作为教材例题具有基础性，可以让大多数学生掌握如何利用楞次定律判断感应电流的基本思路；其次作为教材例题，其具备的典型性可以作为解决各类楞次定律题目的参考。图11教材例题十一、实验教学评价：本节课的教学思路先以趣味实验“落磁实验”引入新课，再由铝管小车实验引发学生思考，进而提出产生“来拒去留”的现象是因为铝管小车中产生感应磁场；随后通过感应磁场提出如何判断感应电流的方向，利用铝管小车实验的具体操作，引导学生思考原磁通量的变化、感应磁场方向、感应电流的方向直接的关系，最后由楞次定律演示仪验证判断感应电流方向方法的正确性，并总结出楞次定律的基本内容。整体自制实验教具操作简单，稳定性能好，实验现象明显，实验效果良好。学生通过实验探究，总结规律，体会科学探究方法，并且对楞次定律的基本内容有着更深刻的理解。但该铝管小车在磁铁远离铝管时，实验现象还可以更加明显，有待以后进行改进。课后篇素养形成必备知识基础练1.某磁场磁感线如图所示,有一铜线圈自图示A点落至B点,在下落过程中,自上向下看,线圈中的感应电流方向是()A.始终顺时针B.始终逆时针C.先顺时针再逆时针 D.先逆时针再顺时针解析自A点落至图示位置时,穿过线圈的磁通量增加,由楞次定律判断知,线圈中感应电流方向为顺时针;自图示位置落至B点时,穿过线圈的磁通量减少,由楞次定律判断知,线圈中感应电流方向为逆时针,C项正确。答案C2.(多选)闭合电路的一部分导体在匀强磁场中做切割磁感线运动,如图所示,能正确表示感应电流I的方向、磁感应强度B的方向跟导体运动速度的方向关系的是()解析根据右手定则进行判断可知B、C正确。答案BC3.(多选)如图所示,闭合金属圆环沿垂直于磁场方向放置在有界匀强磁场中,将它从匀强磁场中匀速拉出,以下各种说法中正确的是()A.向左拉出和向右拉出时,环中的感应电流方向相反B.向左或向右拉出时,环中感应电流方向都是沿顺时针方向的C.向左或向右拉出时,环中感应电流方向都是沿逆时针方向的D.圆环在达到磁场边界之前无感应电流解析不管将金属圆环从哪边拉出磁场,穿过闭合圆环的磁通量都要减少,根据楞次定律可知,感应电流的磁场要阻碍原磁通量的减少,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同,应用安培定则可以判断出感应电流的方向是顺时针方向的,选项B正确,A、C错误;另外在圆环达到磁场边界之前,穿过圆环的磁通量不变,无感应电流,D正确。答案BD4.某同学在探究感应电流产生的条件的实验中,将直流电源、滑动变阻器、线圈A(有铁芯)、线圈B、灵敏电流计及开关按图连接成电路。在实验中,该同学发现开关闭合的瞬间,灵敏电流计的指针向左偏。由此可以判断,在保持开关闭合的状态下()A.当线圈A拔出时,灵敏电流计的指针向左偏B.当线圈A中的铁芯拔出时,灵敏电流计的指针向右偏C.当滑动变阻器的滑片匀速滑动时,灵敏电流计的指针不偏转D.当滑动变阻器的滑片向N端滑动时,灵敏电流计的指针向右偏解析由题意可知:开关闭合的瞬间,灵敏电流计的指针向左偏,则当磁通量增大时指针左偏;若磁通量减小时,则指针右偏;当线圈A拔出,或线圈A中的铁芯拔出时,磁通量均减小,因此电流计指针向右偏,故A错误,B正确;滑动变阻器的滑片匀速滑动,穿过线圈的磁通量发生变化,电流计指针要发生偏转,故C错误;当滑动变阻器的滑片向N端滑动时,电阻减小,则电流增大,导致磁通量增大,因此灵敏电流计的指针向左偏,故D错误。答案B5.如图所示,若套在条形磁铁上的弹性金属线圈Ⅰ突然缩小为线圈Ⅱ,则关于线圈的感应电流及其方向(从上往下看)是()A.有顺时针方向的感应电流B.有逆时针方向的感应电流C.有先逆时针后顺时针方向的感应电流D.无感应电流解析穿过线圈的磁通量包括磁体内的全部和磁体外的一部分,合磁通量是向上的。当线圈突然缩小时合磁通量增加,原因是磁体外向下穿过线圈的磁通量减少。由楞次定律判断,感应电流的方向为顺时针方向,选项A正确。答案A6.如图所示,把一条形磁铁从图示位置由静止释放,穿过采用双线绕法的通电线圈,不计空气阻力,此过程中条形磁铁做()A.减速运动B.匀速运动C.自由落体运动D.变加速运动解析双线绕法得到的两个线圈通电时,由安培定则知,两线圈的磁场等值反向相互抵消,合磁场为零,对磁铁无作用力。当磁铁下落时,穿过两线圈的磁通量同向增加,根据楞次定律,两线圈中产生的感应电流等值反向,互相抵消,线圈对磁铁没有作用力。磁铁下落过程中只受重力,由静止释放,所以磁铁做自由落体运动,故C正确,A、B、D错误。答案C7.闭合线圈abcd在磁场中运动到如图所示位置时,ab边受到的磁场力竖直向上,此线圈的运动情况可能是()A.向右进入磁场B.向左移出磁场C.以ab为轴转动D.以cd为轴转动解析ab边受到的磁场力竖直向上,由左手定则知,通过ab的电流方向由a指向b。由右手定则可知当线圈向左移出磁场时,bc边切割磁感线可产生顺时针方向的电流,选项A错误,选项B正确;当以ab或cd为轴转动时,在题图所示位置,导线不切割磁感线,无感应电流产生,选项C、D错误。答案B8.1931年,英国物理学家狄拉克从理论上预言:存在只有一个磁极的粒子,即“磁单极子”。1982年,美国物理学家卡布莱设计了一个寻找磁单极子的实验。他设想,如果一个只有S极的磁单极子从上向下穿过如图所示的超导线圈,那么从上向下看,超导线圈的感应电流是()A.先顺时针方向,后逆时针方向的感应电流B.先逆时针方向,后顺时针方向的感应电流C.顺时针方向持续流动的感应电流D.逆时针方向持续流动的感应电流解析S磁单极子靠近超导线圈时,线圈中磁通量向上增加,由楞次定律可以判断,从上向下看感应电流为顺时针方向;当S磁单极子远离超导线圈时,线圈中磁通量向下减少,感应电流方向仍为顺时针方向,C正确。答案C关键能力提升练9.(多选)如图所示,某人在自行车道上从东往西沿直线骑行,该处地磁场的水平分量方向由南向北,竖直分量方向竖直向下。自行车车把为直把、金属材质,且带绝缘把套,只考虑自行车在地磁场中的电磁感应现象,下列结论正确的是()A.图示位置中辐条A点电势比B点电势低B.图示位置中辐条A点电势比B点电势高C.自行车左车把的电势比右车把的电势高D.自行车在十字路口左拐改为南北骑向,则自行车右车把电势高解析自行车从东往西行驶时,辐条切割地磁场水平分量的磁感线,根据右手定则判断可知,题图所示位置中辐条A点电势比B点电势低,故A正确,B错误;自行车车把切割地磁场竖直分量的磁感线,由右手定则知,左车把的电势比右车把的电势高,故C正确;自行车左拐改为南北骑向,自行车车把仍切割地磁场竖直分量的磁感线,由右手定则可知左车把的电势仍然高于右车把的电势,故D错误。答案AC10.如图所示,AOC是光滑的金属导轨,AO沿竖直方向,OC沿水平方向,ab是一根金属棒,与导轨接触良好,它从图示位置由静止开始在重力作用下运动,运动过程中b端始终在OC上,a端始终在OA上,直到完全落在OC上,空间存在着匀强磁场,磁场方向垂直于纸面向里,则ab棒在上述过程中()A.感应电流方向是b→aB.感应电流方向是a→bC.感应电流方向先是b→a,后是a→bD.感应电流方向先是a→b,后是b→a解析在金属棒向下滑动的过程中,金属棒与导轨所围成的三角形面积先增大后减小,三角形aOb内的磁通量先增大后减小,由楞次定律可判断C选项正确。答案C11.(多选)如图所示,矩形线框abcd,通过导体杆搭接在金属导轨EF和MN上,EM之间有一电阻R,整个装置放在如图所示的匀强磁场中。当线框向右运动时,下面说法正确的是()A.R中无电流B.R中有电流,方向为E→MC.ab中无电流D.ab中有电流,方向为b→a解析ab边切割磁感线,由右手定则知,其中的电流方向b→a,D正确,C错误。同理cd中的电流方向c→d。所以有电流流过R,