楞次定律 教案.docx

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楞次定律教案

2.1楞次定律

〖教材分析〗

本节内容在感应电流的产生条件基础上来开展的，与前面的不同，本节是从感应电流的方向的角度来考虑问题。

楞次定律是本章的重点和难点，楞次定律是学习法拉第电磁感应现象的基础，也为下一章的交流电做铺垫，所以是重点。

它涉及的因素多（原磁场和感应电流的磁场方向，磁通量变化、原电流和感应电流方向等），关系复杂多变；规律比较隐蔽，抽象性和概括性很强，表述方法多样，因此是难点内容。

学习学习非常困难。

〖教学目标与核心素养〗

物理观念∶理解楞次定律的内容及实质.。

科学思维∶通过楞次定律和右手定则对电流方向的判断，体会物理模型在探索自然规律中的作用。

科学探究：

通过实验探究归纳判断感应电流方向的过程，体会科学探究在物理规律形成中的作用。

科学态度与责任∶通过楞次定律中能量转化分析，体会守恒思想的重要意义，感受科学家对规律的研究过程，学习他们对工作严肃认真不怕困难的科学态度。

〖教学重难点〗

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是感应电流的方向。

教学难点：

楞次定律的理解及其应用。

〖教学准备〗

多媒体课件、导线、线圈、电流计等。

〖教学过程〗

朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还两岸猿声啼不住，轻舟已过万重山。

这首人们耳熟能详的唐诗，曾给我们带来多少愉悦和幻想呀!

如今，诗人笔下的三峡，不仅风景秀丽依然，更在为祖国的建设作着巨大的贡献。

三峡水电站安装着32台巨型发电机，总装机容量2250万千瓦。

千年流淌的滚滚长江，正在焕发器青春。

这是三峡发电机组和发电量。

电厂里巨大的发电机怎么会发出这么多电来?

磁生电有什么规律呢?

这一章我们将进一步去认识电与磁的规律。

一、新课引入

线圈与电流表相连，把磁体的某一个磁极向线圈中插入、从线圈中抽出时，电流表的指针发生了偏转，但两种情况下偏转的方向不同，这说明感应电流的方向并不相同。

感应电流的方向与哪些因素有关?

（动图展示实验过程）

二、新课教学

（一）影响感应电流方向的因素

电流的方向，看不见摸不着，那怎么办呢？

对了，电流表指针的偏转方向通过它我们可以推断电流方向。

电流的方向可以看到了，下面来看实验。

课本实验：

探究影响感应电流方向的因素

电流的方向可以看到了，下面来看实验。

把器材都连接好，然后把条形磁铁的N极分别插入线圈和从线圈中拔出。

将磁铁翻转，然后把S极分别插入线圈和从线圈中拔出。

记下电流表的偏转方向，然后推算出电流方向。

问题1：

电流方向有了，它跟什么有关呢？

这要看电流是怎么产生的？

咱们知道感应电流是由磁通量变化引起的。

那电流方向应该也和:

它有关，具体是什么关系呢？

先把磁场找出来，条形磁铁磁感线外部是N到S，所以磁铁的磁场是这样的。

先看这两个，当磁铁靠近或插入线圈时穿过线圈的磁通量增大。

但是感应电流的方向却不是一样的，说明磁通量增加不能判断感应电流的方向。

同样当磁铁离开或从线圈中拔出时也一样。

说明磁通量的增减不能判定感应电流的方向，即

实验并不能直接显示出感应电流的方向与磁通量变化的关系。

问题2：

那该怎么判断感应电流的方向呢？

进一步分析可以想到，磁体周围存在磁场，感应电流也会产生磁场。

感应电流磁场的磁通量与磁体磁场的磁通量有没有联系呢?

由于线圈的横截面积是不变的，磁通量的变化可以用磁场的变化来体现。

感应电流的方向与磁场的方向有关，我们应该选择磁体的磁场和感应电流的磁场进行分析。

即：

通过中介：

感应电流的磁场来判断。

下面先看甲图的情况，为了更加清晰的说明问题，通过表格来比较图。

磁铁磁场的方向，条形磁铁磁感线外部是N到S，但是我们研究的是穿过线圈的那部分磁场，其它的不考虑，所以磁铁磁场的方向是向下的。

感应电流方向：

图中已经标出了感应电流的方向，俯视图，逆时针方向。

感应电流的磁场方向：

磁场方向我们用右手定则就好了，这个是一个通电螺线管，所以根据右手螺旋定则，四指电流环绕方向，拇指就是N极所指的方向。

感应电流的磁场方向是向下的。

同理乙图也是如此。

（为了更加清晰的展示这个过程使用动图展示）

线圈内磁通量增加情况

图号

磁铁磁场的方向

感应电流方向

感应电流的磁场方向

甲

向下

逆时针（俯视）

向上

乙

向上

顺时针（俯视）

向下

所以当磁铁靠近或插入线圈时穿过线圈的磁通量增大，感应电流产生的磁场和磁铁的磁场方向相反。

再来看这丙丁这个两个，穿过线圈的原磁场的方向是向下，感应电流方向是顺时针（俯视），感应电流的磁场方向是向下的。

丁也是穿过线圈的原磁场的方向是向上，感应电流方向是逆时针（俯视），感应电流的磁场方向是向上的。

线圈内磁通量增加情况

图号

磁铁磁场的方向

感应电流方向

感应电流的磁场方向

丙

向下

顺时针（俯视）

向下

丁

向上

逆时针（俯视）

向上

所以你会发现当磁铁离开或从线圈中拔出时穿过线圈的磁通量减小，感应电流产生的磁场和磁铁的磁场方向是相同的。

也就是说，甲乙线圈磁通量增加时，感应电流产生的磁场和磁铁的磁场方向是相反的。

丙丁线圈磁通量减少时，感应电流产生的磁场和磁铁的磁场方向是相同的。

可以概括为增反减同。

问题3：

这时感应磁场的方向，对磁通量的变化有何影响呢？

当穿过回路的磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，它会阻碍磁通量增大。

当穿过回路的磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，他会阻碍磁通量减小。

也就是说感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量变化，这就是楞次定律。

（二）楞次定律

感应电流具有这样的方向，即感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

用它来判断感应电流方向，但是它不能直接得到感应电流的方向，只是可以找到感应磁场的方向，再右手螺旋定则就可以得到感应电流的方向了。

它的整个过程是这样的原磁场（指穿过回路的磁场）引起闭合电路磁通量的变化，进而产生感应电流，根据奥斯特电流的磁效应，它会激发磁场。

我们称为感应电流磁场（增反减同），它反过来会阻碍闭合电路磁通量的变化，这个过程就是这样的。

1.理解阻碍

咱们已经学过了楞次定律，他的关键在于阻碍。

从不同的方向来理解：

①谁在阻碍？

感应电流产生的磁场。

②阻碍谁？

阻碍的是磁通量的变化，而不是磁通量本身。

不能简单的认为感应电流产生的磁场总是与原磁场方向相反。

③那怎么阻碍呢？

当穿过回路的磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，他会阻碍磁通量增大。

当穿过回路的磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，也就是增反减同。

④最后阻碍效果如何呢？

阻碍不是阻止，阻碍的结果是阻碍磁通量变化变得慢了，但最终还是要变。

所以阻碍不一定相反、阻碍不是阻止。

2.楞次定律与能量守恒。

先来看一个神奇的实验。

（动图展示磁铁通过铝管）

为什么磁铁下落得慢？

实验分析：

可以把实验简化成：

一块儿条形磁铁N极向下自由下落，穿过一个螺线管。

磁铁N极在下，所以穿过线圈的磁场是这样的。

当磁铁靠近线圈时，穿过线圈的磁通量增大。

根据增反减同感应电流的磁场应该是这样的，根据感应磁场的方向，可以将螺线管儿看做这样一个电磁铁。

同名磁极相互排斥，阻碍磁铁向下运动。

这是当磁铁靠近时，那当磁铁离开线圈时呢？

这时磁铁s极向上，所以穿过线圈的磁场是这样的。

磁极远离线圈，因此穿过线圈的磁通量减小。

根据增反减同，所以感应磁场的方向是这样的。

如果再把线圈儿看做一个电磁铁，电磁铁的下端为N极，这俩是同名磁极，相互吸引阻碍磁铁离开线圈。

上述现象可以概括为来拒去留，感应电流所产生的磁场总是阻碍磁铁的运动，从而阻碍磁通量变化。

这就可以解释思考与讨论的现象了。

思考讨论：

把磁铁靠近（远离）一个掉着的铝环，会有什么现象？

（实验演示）

①铝环产生感应电流，铝环中的感应电流产生了磁场从而产生相互排斥的现象。

②产生相互吸引的现象。

再回过来看磁铁，穿过线圈过程中的能量转化。

让磁铁自由下落高度h，此时的速度记为v，拿走线圈让磁铁下落相同的高度h，此时的速度记为v0。

没有线圈时：

EP减少→Ek0。

有线圈时：

EP减少→Ek0，还有电能。

因为无论是使磁铁接近或离开线圈儿都受到一个阻力的作用。

所以下落同样高度时，速度要比自由落体小。

下落高度一样，磁铁重力势能减少量是一样的，但有线圈时末速度小所以末动能小。

也就是说此时有一部分重力势能没有转变为磁铁的动能，丢失的重力势能去了哪里呢？

对了线圈中产生了感应电流，丢失的重力势能转变成电能啦。

由此可见楞次定律也遵循能量守恒定律，阻碍过程伴随着能量转化。

总结：

楞次定律也遵循能量守恒定律，它对相对运动的阻碍表现为来拒去留，在阻碍过程中伴随着能量转化。

3.楞次定律的应用

它的基本步骤是：

以右图为例。

一方向：

明确原磁场的方向。

条形磁铁的N极向下，根据磁铁的外部磁感线从N极到S即，所以穿过线圈的磁感方向向下（一定要注意是穿过要研究的线圈的磁场方向）。

二变化：

判断磁通量如何变化。

磁通量是在增加还是减少，磁铁向下运动，所以磁通量在增加。

三阻碍：

根据原磁场方向和磁通量变化，利用增反减同确定感应电流的磁场方向。

原磁场方向下在增多，所以感应电流的磁场方向向上。

四一抓：

根据感应磁场的方向，用右手螺旋定则确定感应电流的方向。

右手定则式子是这样的，弯曲的四指是电流方向，拇指是磁场方向。

所以电流方向是这样的。

总结：

一方向、二变化、三阻碍、四一抓。

以上讨论的例子里，他的磁通量变化是由于磁铁运动引起的，电路变化也能引起磁通量变化，这次咱们来看课本的例子。

课本例题

课本例题

例题1：

法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图所示，软铁环上绕有M、N两个线圈，当M线圈电路中的开关断开的瞬间，线圈N中的感应电流沿什么方向？

在这里先要了解一个只是，电流变化时会产生磁场（这是前面学习过的奥斯特的电流磁效应），这个磁场可以可以沿着铁心传递，即所谓的磁路。

解题提示：

办法一方向、二变化、三阻碍、四一抓。

按照步骤来看

一方向：

先找原磁场的方向。

没断开开关时，M中的电流方向是这样的，根据右手螺旋定则，磁场方向是这样的，因此N线圈中原磁场的方向是向下的。

二变化：

明确磁通量的变化。

开关断开的瞬间，铁环中的磁场迅速减弱，穿过线圈N中的磁通量减少。

三阻碍：

根据原磁场方向和磁能量变化，利用增反减同。

原磁场磁通量减小，感应磁场方向和原磁场方向一样，也朝下。

四一抓：

用右手螺旋定则确定感应电流的方向。

根据右手螺旋定则，拇指指感应磁场方向。

握一下，四指握的就是电流方向。

所以线圈中感应电流方向应该是这样的。

由此可见，电流方向的判断方法依然适用。

下面我们再看一个更加复杂一点儿的例子。

例题2：

在长直载流导线附近有一个矩形线圈ABCD，线圈与导线始终在同一个平面内。

线圈在导线的一侧左右平移时，其中产生了A-B-C-D-A方向的电流。

已知距离载流直导线较近的位置，磁场较强。

请判断：

线圈在向哪个方向移动?

解题提示：

按照步骤来看

一方向：

先找原磁场的方向。

导线中的电流方向是这样的，根据右手螺旋定则，磁场方向是这样的，左边是打点出来，右边是打叉进去。

二、变化：

明确磁通量的变化。

现在是不知道磁通量的变化，但是知道了感应电流的方向。

三、所以先看一抓，用右手螺旋定则确定感应电流的方向。

根据右手螺旋定则，拇指指感应磁场方向。

握一下，四指握的就是电流方向。

所以线圈中感应电流产生的磁场方向应该是这样的打点出来。

和原磁场方向相反，利用增反减同，说明穿过线圈的原磁场磁通量减小，题目中说距离载流直导线较近的位置，磁场较强。

所以是远离导线，即向右运动。

（三）右手定则

咱们知道导体切割磁感线也会产生感应电流，那怎么判断感应电流的方向呢？

用前面学的楞次定律当然可以，但还有更简单的方法。

先来看这样思考讨论的例子。

思考与讨论：

一根金属棒CD放在金属导轨上，当金属棒CD在磁场中向右运动时。

1.我们研究的是哪个闭合导体回路?

2.当导体棒CD向右运动时，穿过这个闭合导体回路的磁通量是増大还是减小?

（

3.感应电流的磁场应该是沿哪个方向的?

4.导体棒CD中的感应电流是沿哪个方向的?

解答：

1.组成的闭合回路只有CDEF，所以研究的是CDEF。

2.当金属棒向右运动时，磁感应强度不变，回路的面积增大所以穿过回路的磁通量增大。

3.根据增反减同所以感应磁场垂直纸面向外。

4.用右手螺旋定则，可以知道回路中的感应电流方向是逆时针的。

用楞次定律来判断，需要经过四步，逻辑性强，过程繁琐。

有这样一个更简单的方法：

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，这就是右手定则。

右手定则使用非常方便。

看这个例子：

U形磁铁N极在上金属棒向右运动，感应电流朝哪儿呢？

N极在上，所以磁感线是向下的。

磁感线穿掌心，右手掌心向上，大拇指指向运动方向，此时四指向里，因此感应电流的方向是向里的。

在刚才的例子中，磁感应强度必需与导线的运动方向和导线的感应电流方向两两垂直。

回到刚才的例子，使用右手定则来判断感应电流的方向，只需伸出右手即可。

问题1：

原来还学过左手定则，那什么时候用哪只手呢？

1.右手定则与左手定则

右手定则，用来来判断导体切割磁感线产生电流方向的，还有就判断电流磁效应产生的磁感线的方向。

左手定则，用来判断通电导线在磁场中所受安培力的方向或者运动电荷在磁场中所受洛伦兹力的方向。

可以简单概括：

“力”→“丿”向左边→左手，“电和线”→“し”都是向右边→右手。

联系：

“四指”和“手掌”的放法和意义是相同的，唯一不同的是拇指的意义。

四指都是指向电流方向，磁感线都是扎手心。

问题2：

咱已经学过了右手定则和楞次定律，他们都可以判断感应电流的方向，那两者之间是什么关系呢？

2.右手定则与楞次定律

楞次定律

右手定则

区别

研究对象

整个闭合回路

切割磁感线运动的导体

适用范围

各种电磁现象

只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况

应用

用于磁感强度随时间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

楞次定律的使用范围更广，右手定则可以看做楞次定律的一种特殊情况。

课堂练习

例1：

在图中，线圈M和线图P绕在同一个铁芯上。

（1）当闭合开关S的一瞬间，线圈P中感应电流的方向如何?

（2）当断开开关S的一瞬间，线圈P中感应电流的方向如何?

解：

按照步骤来看，一方向：

先找原磁场的方向。

开关闭合瞬间，M中的电流方向是这样的，根据右手螺旋定则，磁场方向是这样的向右，磁场可以沿着铁芯传递，因此P线圈中原磁场的方向是向右的。

二变化：

明确磁通量的变化。

开关闭合瞬间，P线圈中的磁场迅速增强，穿过线圈p中的磁通量增加。

三阻碍：

根据原磁场方向和磁能量变化，利用增反减同。

原磁场磁通量增加，感应磁场方向和原磁场方向相反，向左。

四一抓：

用右手螺旋定则确定感应电流的方向。

根据右手螺旋定则，拇指指感应磁场方向。

握一下，四指握的就是电流方向。

所以线圈p中感应电流方向应该是这样的：

从左过电流表到右。

开关断开与之相反。

例2：

在图中CDEF是金属框，框内存在着如图所示的匀强磁场。

当导体MN向右移动时，请用据次定律判断MNDC和MNEF两个电路中感应电流的方向。

解法一：

导体棒运动，直接用右手定则。

磁感线是向下的，磁感线穿掌心，右手掌心向上，大拇指指向运动方向，此时四指向由M到N，因此感应电流的方向是从M到N。

电流到达N节点后向两边分流，所以有MNDC中感应电流方向：

M→N→C→D→M，MNEF中感应电流方向：

M→N→F→E→M。

也可用楞次定律。

解法二：

按照步骤来看

一方向：

先找原磁场的方向。

先研究MNDC，MNDC磁场方向是垂直纸面向里。

二变化：

明确磁通量的变化。

MN向右移动，MNDC的面积减少，所以磁通量减少。

三阻碍：

根据原磁场方向和磁能量变化，利用增反减同。

原磁场磁通量减少，感应磁场方向和原磁场方向相同，垂直纸面向里。

四一抓：

用右手螺旋定则确定感应电流的方向。

根据右手螺旋定则，拇指指感应磁场方向。

握一下，四指握的就是电流方向。

所以线框MNDC中感应电流方向应该是这样的：

M→N→C→D→M（顺时针）。

反之，MNEF中感应电流方向：

M→N→F→E→M（逆时针）。

〖板书设计〗

2.1楞次定律

1.楞次定律

感应电流具有这样的方向，即感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。

2.楞次定律的两种描述∶增反减同，来拒去留。

3.楞次定律的应用步骤

①方向∶明确原磁场方向

②变化∶判断磁通量如何变化

③阻碍∶利用增反减同确定感应电流的磁场方向

④一抓∶利用安培右手定则判断感应电流方向

4.右手定则

〖教学反思〗

①楞次定律的内容比较多，如果全部都讲完，一节课不够，但是不讲学生的知识结构就不完整。

所以本课内容安排1.5个课时。

②教学中，着重理解好楞次定律中的阻碍，原磁场的方向、感应电流的磁场方向、磁通量的变化等这些概念。

具体解题应用上，给学生总结了一套解题的步骤。

但更多是的在理解的基础上灵活应用。

③学生对增反减同、来拒去留、增缩减扩的理解感到困难，以为是新的定理。

增反减同从磁场方向来理解，来拒去留是从相对运动阻力方向来理解，增缩减扩主要从安培力的合力来理解，但最终都是楞次定律中的“阻碍”。