高中物理第2章楞次定律和自感现象第1节感应电流的方向教学案鲁科版选修11.docx

高中物理第2章楞次定律和自感现象第1节感应电流的方向教学案鲁科版选修11.docx

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高中物理第2章楞次定律和自感现象第1节感应电流的方向教学案鲁科版选修11

第1节感应电流的方向

　1.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，也是判断感应电流方向的依据。

2．阻碍不是阻止，也不一定是相反，只是延缓了磁通量变化的过程。

3．判断切割类感应电流方向用右手定则：

伸开右手，磁感线垂直穿过手心，大拇指指向导体运动方向，四指所指的方向就是感应电流的方向。

4．楞次定律的三种广义描述：

阻碍原磁通量变化（增反减同）、阻碍导体相对运动（来拒去留）、阻碍面积变化（增缩减扩）。

一、探究感应电流的方向

1．实验探究

将螺线管与电流计组成闭合回路，分别将条形磁铁的N极、S极插入、抽出线圈，如图211所示，记录感应电流方向。

图211

2．实验记录

图号

磁场方向

感应电流方向（俯视）

感应电流的磁场方向

归纳总结

甲

向下

逆时针

向上

感应电流的磁场阻碍磁通量的增加

乙

向上

顺时针

向下

丙

向下

顺时针

向下

感应电流的磁场阻碍磁通量的减少

丁

向上

逆时针

向上

3．实验结论

（1）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相反；

（2）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相同。

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磁通量的变化。

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相反，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相同，由于异名磁极相互吸引，阻碍磁铁相对线圈向上运动。

三、右手定则

1．内容

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垂直；让磁感线垂直穿入手心，使拇指指向导体运动的方向，其余四指所指的方向就是感应电流的方向。

2．适用范围

适用于闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流的情况。

1．自主思考——判一判

（1）决定感应电流方向的因素是回路所包围的磁通量的大小。

（×）

（2）决定感应电流方向的因素是回路所包围的磁通量的变化情况。

（√）

（3）感应电流的磁场与引起感应电流的磁场方向可能相同，也可能相反。

（√）

（4）感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

（√）

（5）右手定则用于判断感应电流的方向，其四指的指向为导体运动方向。

（×）

2．合作探究——议一议

（1）电磁感应过程中有电能产生，该电能是否凭空增加？

从能量守恒的角度如何解释？

提示：

从能量守恒的角度来看，感应电流的磁场总是在阻碍着它自己的产生，为了维持感应电流，就必须克服这个阻碍作用而做功，使其他形式能量转化成电能，这就是感应电流能量的来源。

（2）既然当磁铁靠近线圈时，两者相斥；当磁铁远离线圈时，两者相吸，那么线圈中产生磁场的电流方向如何判断呢？

提示：

安培定则是解决这个疑问的纽带。

我们知道通过安培定则可判定通电线圈磁场的方向，那么反过来，知道线圈磁场方向，运用安培定则，也可推出线圈中电流方向。

（3）什么情况下应用左手定则，什么情况下应用右手定则？

提示：

在利用左、右手定则时，一定要明确现象的本质，因动而生电用右手定则，因电而受力用左手定则。

右手定则和左手定则在使用时容易混淆，可采用“字形记忆法”：

通电导线在磁场中受安培力的作用，“力”字的最后一笔向左，用左手定则；导体切割磁感线产生感应电流，“电”字的最后一笔向右，用右手定则。

可简记为力“左”电“右”。

楞次定律的应用

1．因果关系

楞次定律表明感应电流的磁场阻碍产生感应电流的磁场的磁通量的变化，磁通量发生变化是原因，产生感应电流是结果，即“结果”阻碍“原因”。

2．“阻碍”的理解

3.“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，常见的情况有以下三种：

（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”（增缩减扩）。

[特别提醒]

（1）阻碍不是阻止，最终引起感应电流的磁通量还是发生了变化，是“阻而未止”。

（2）阻碍不是相反。

当引起感应电流的磁通量增大时，感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁通量方向相反；当引起感应电流的磁通量减少时，感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁通量方向相同。

（3）涉及相对运动时，阻碍的是导体与磁体的相对运动，而不是阻碍导体或磁体的运动。

[典例]　某磁场的磁感线如图212所示，有线圈自图示A位置落至B位置，在下落过程中，自上而下看，线圈中的感应电流方向是（　　）

图212

A．始终沿顺时针方向

B．始终沿逆时针方向

C．先沿顺时针再沿逆时针方向

D．先沿逆时针再沿顺时针方向

[思路点拨]

→→→

[解析]　线圈自图示A位置落至虚线位置过程中，磁场方向向上，向上的磁通量增加，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下，应用安培定则可以判断感应电流的方向为顺时针（俯视）。

同理可以判断：

线圈自图示虚线位置落至B位置过程中，向上的磁通量减小，由楞次定律可得：

线圈中将产生逆时针的感应电流（俯视），故选C。

[答案]　C

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）判断穿过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。

1．一水平放置的矩形闭合线圈abcd，在细长磁铁的N极附近竖直下落，由图213所示位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很靠近位置Ⅱ。

在这个过程中，线圈中感应电流（　　）

图213

A．沿abcd流动

B．沿dcba流动

C．从Ⅰ到Ⅱ是沿abcd流动，从Ⅱ到Ⅲ是沿dcba流动

D．从Ⅰ到Ⅱ是沿dcba流动，从Ⅱ到Ⅲ是沿abcd流动

解析：

选A　侧视图如图所示，从Ⅰ到Ⅱ向上的磁通量减少，据楞次定律的“增反减同”可知：

线圈中感应电流产生的磁场方向向上，用安培定则可以判断感应电流的方向为逆时针（俯视），即沿abcd流动。

同理可以判断：

从Ⅱ到Ⅲ向下磁通量增加，由楞次定律可得：

线圈中感应电流产生的磁场方向向上，感应电流的方向沿abcd流动，故选A。

2.如图214所示，当磁铁突然向铜环运动时，铜环的运动情况是（　　）

图214

A．向右摆动　　　　　　B．向左摆运

C．静止D．无法判定

解析：

选A　本题可由两种方法来解决：

方法一（电流元法）：

画出磁铁的磁感线分布，如图甲所示，当磁铁向铜环运动时，穿

过铜环的磁通量增加，由楞次定律判断出铜环中的感应电流方向如图甲所示。

分析铜环受安培力作用而运动时，可把铜环中的电流等效为多段直线电流元。

取上、下两小段电流元作为研究对象，由左手定则确定两段电流元的受力，由此可推断出整个铜环所受合力向右，故A正确。

方法二（等效法）：

磁铁向右运动，使铜环产生的感应电流可等效为图乙所示的条形磁铁，两磁铁有排斥作用，故A正确。

3.如图215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，在导轨上有两可自由滑动的导体ab和cd。

当载流直导线中的电流逐渐增强时，导体ab和cd的运动情况是（　　）

图215

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

解析：

选C　由于在闭合回路abdc中，ab和cd电流方向相反，所以两导体运动方向一定相反，排除A、B；当载流直导线中的电流逐渐增强时，穿过闭合回路的磁通量增大，根据楞次定律，感应电流总是阻碍穿过回路磁通量的变化，所以两导体相互靠近，减小面积，达到阻碍磁通量增大的目的，选项C正确。

右手定则的应用

1．楞次定律与右手定则的区别及联系

楞次定律

右手定则

区别

研究对象

整个闭合回路

闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动

适用范围

各种电磁感应现象

只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况

应用

用于磁通量变化而产生的电磁感应现象较方便

用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象较方便

联系

右手定则是楞次定律的特例

2．在电磁感应现象中判断电势高低（或电流方向）时，必须明确应用楞次定律和右手定则所判断的是电源内部的电流方向，在电源内部，电流是从电势低的地方流向电势高的地方，在电源的外部感应电流从电势高处向低处流动。

如果电路断路，无感应电流时，可假设电路闭合，先确定感应电流的方向，再确定电势的高低。

1．一个闭合金属线框的两边接有电阻R1、R2，框上垂直搁置一根金属棒，棒与框接触良好，整个装置放在匀强磁场中，如图216所示。

当用外力使ab棒右移时，下列判断中正确的是（　　）

图216

A．穿过线框的磁通量不变，框内没有感应电流

B．框内有感应电流，电流方向沿顺时针方向绕行

C．框内有感应电流，电流方向沿逆时针方向绕行

D．框内有感应电流，左半边逆时针方向绕行，右半边顺时针方向绕行

解析：

选D　由右手定则，ab切割磁感线，导体ab中感应电流方向为a→b。

故D正确。

2．如图217所示，ab为一金属杆，它处在垂直于纸面向里的匀强磁场中，可绕a点在纸面内转动；S是以a为圆心位于纸面内的金属圆环。

在杆转动过程中，杆的b端与金属环保持良好接触；为电流表，其一端与金属环相连，一端与a点良好接触。

当杆沿顺时针方向转动时，某时刻ab杆的位置如图所示，则此时刻（　　）

图217

A．有电流通过电流表，方向是c→d；作用于ab的安培力向右

B．有电流通过电流表，方向是c→d；作用于ab的安培力向左

C．有电流通过电流表，方向是d→c；作用于ab的安培力向右

D．有电流通过电流表，作用于ab的安培力为零

解析：

选A　由金属杆切割磁感线入手分析。

金属杆顺时针转动切割磁感线，由右手定则可知，产生由a到b的感应电流，电流由c到d流过电流表，再由左手定则知，此时ab杆受到的安培力向右，故A正确。

3．（多选）如图218所示为地磁场磁感线的示意图。

在北半球，地磁场的竖直分量向下，飞机在我国上空匀速巡航，机翼保持水平，飞行高度不变。

由于地磁场的作用，金属机翼上有电势差，设飞行员左方机翼末端处的电势为U1，右方机翼末端处的电势为U2，则（　　）

图218

A．若飞机从西往东飞，U1比U2高

B．若飞机从东往西飞，U2比U1高

C．若飞机从南往北飞，U1比U2高

D．若飞机从北往南飞，U2比U1高

解析：

选AC　我国地处北半球，地磁场有竖直向下的分量，用右手定则判知无论机翼向哪个水平方向切割磁感线，机翼中均产生自右向左的感应电动势，左侧电势高于右侧电势。

右手定则、左手定则、安培定则的比较

比较项目

右手定则

左手定则

安培定则

作用

判断感应电流方向

判断通电导体或运动电荷受力方向

判断磁场方向

已知条件

已知切割磁感线方向和磁场方向

已知电流方向和磁场方向

已知通电电流方向

图例

因果关系

运动→电流

电流→运动

电流→磁场

应用实例

发电机

电动机

－

[特别提醒]

（1）因电而生磁（I→B）→安培定则。

（2）因电而受力（I、B→F安）→左手定则。

（3）因动而生电（v、B→I）→右手定则。

可简记为“左力右电安磁”。

1．如图219所示，导轨间的磁场方向垂直于纸面向里。

圆形金属环B正对电磁铁A，当