新教科版第11章第1讲电磁感应现象实验探究影响感应电流方向的因素楞次定律课件（45张）

第1讲电磁感应现象实验：探究影响

感应电流方向的因素楞次定律第十一章内容索引0102强基础固本增分研考点精准突破课程标准1.收集资料,了解电磁感应现象的发现过程,体会科学探索中科学思想和科学态度的重要作用。2.通过实验,探究并了解感应电流产生的条件。探究影响感应电流方向的因素,理解楞次定律。3.理解法拉第电磁感应定律。通过实验,了解自感现象和涡流现象。能举例说明自感现象和涡流现象在生产生活中的应用。4.能分析电磁感应中的电路、动力学、能量、动量问题以及生产生活中的应用核心素养

试题情境生活实践类电磁炉、电子秤、电磁卡、电磁焊接术、磁电式速度传感器、真空管道超高速列车、磁悬浮列车、电磁轨道炮、电磁驱动、电磁阻尼等各种实际应用模型学习探索类杆轨模型问题,电磁感应与动力学、能量、动量结合问题,电磁感应的图像问题强基础固本增分一、磁通量1.概念:在磁感应强度为B的匀强磁场中,与磁场方向

垂直

的面积S与B的乘积。

2.公式:Φ=

BS

。

适用条件:

匀强

磁场。

3.S为

垂直

磁场的有效面积。

4.磁通量是标量。没有方向,但有正负5.磁通量的意义(1)磁通量可以理解为穿过某一面积的磁感线的条数。(2)同一线圈平面,当它跟磁场方向垂直时,磁通量

最大

;当它跟磁场方向平行时,磁通量为

零

;当正向穿过线圈平面的磁感线条数和反向穿过的磁感线条数一样多时,磁通量为

零

。

易错辨析·判一判(1)磁通量大小与线圈匝数有关。(

×

)(2)磁通量是标量,但有正负,正负只表示磁感线从闭合回路的哪个面穿过。(

√

)二、电磁感应现象1.电磁感应现象当穿过闭合电路的磁通量

发生变化

时,电路中产生

感应电流

的现象。

2.产生感应电流的条件(1)条件:穿过闭合电路的磁通量

发生变化

。

(2)特例:闭合电路的一部分导体在磁场内做

切割磁感线

运动。

3.能量转化发生电磁感应现象时,机械能或其他形式的能转化为

电能

。

三、感应电流方向的判定

易错辨析·判一判(3)穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中不一定有感应电流产生。(

×

)(4)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。(

√

)(5)当导体切割磁感线时,一定产生感应电动势。(

√

)(6)感应电流的磁场总是与原磁场方向相反。(

×

)(7)楞次定律和右手定则都可以判断感应电流的方向,二者没什么区别。(

×

)(8)感应电流的磁场一定阻止引起感应电流的磁场的磁通量的变化。(

×

)研考点精准突破考点一电磁感应现象的理解及判断(自主探究)常见的产生感应电流的三种情况

对点演练1.(2023北京石景山模拟)如图所示,将带铁芯的线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上,线圈B的两个接线柱连接到灵敏电流表上,把线圈A置于线圈B的内部。下列判断正确的是(

)A.开关闭合,向右移动滑动变阻器滑片的过程中,电流表指针不偏转B.开关闭合,向上拔出线圈A的过程中,线圈B对线圈A有排斥力C.开关闭合瞬间,电流表指针不偏转D.开关闭合瞬间,电流表指针偏转答案

D解析

开关闭合,向右移动滑动变阻器滑片的过程中,线圈A中的电流发生变化,则穿过线圈B的磁通量发生变化,会产生感应电流,即电流表指针偏转,选项A错误;开关闭合,向上拔出线圈A的过程中,根据“来拒去留”可知,线圈B对线圈A有吸引力,选项B错误;开关闭合瞬间,线圈A中的电流发生变化,则穿过线圈B的磁通量发生变化,会产生感应电流,电流表指针偏转,选项C错误,D正确。2.假如有一航天员登上火星后,利用手边的一只灵敏电流表和一个小线圈,想探测一下火星表面是否有磁场,则下列说法正确的是(

)A.直接将电流表放于火星表面,看是否有示数来判断磁场的有无B.将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈沿某一方向运动,如果电流表无示数,则可判断火星表面无磁场C.将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈沿某一方向运动,如果电流表有示数,则可判断火星表面有磁场D.将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈在某一平面内沿各个方向运动,如果电流表无示数,则可判断火星表面无磁场答案

C解析

穿过闭合回路的磁通量发生改变时,回路中有感应电流产生,若电流表没有接入电路,即使有一个恒定的磁场,电流表也不会有示数,A项错误;将电流表与线圈组成闭合回路,使线圈在某一个与磁场平行的平面内沿各个方向运动,也不会有示数,因此不能断定火星表面无磁场,B、D两项错误;电流表有示数则说明穿过线圈的磁通量发生变化,一定有磁场,C项正确。考点二实验:探究影响感应电流方向的因素(师生共研)一、实验目的探究影响感应电流方向的因素。二、实验思路只要改变穿过闭合回路的磁通量,就可以使闭合回路产生感应电流,感应电流的有无通过连接在回路中的电流表的指针是否偏转来判定。本实验应注意探究改变穿过闭合回路磁通量的多种方式。方案一

向线圈中插拔磁体,如图甲所示。方案二

模仿法拉第的实验,如图乙所示。三、进行实验1.按图连接电路,闭合开关,记录下灵敏电流表G中流入电流方向与其指针偏转方向的关系。2.记下线圈绕向,将线圈和灵敏电流表构成通路。3.把条形磁体N极(或S极)向下插入线圈中,并从线圈中拔出,记下灵敏电流表中指针偏转方向,然后根据步骤1的结论,判定出感应电流方向,从而可确定感应电流的磁场方向。4.以下面四种情况为例,将实验结果记录在表格中。

线圈内磁通量增加时的情况(表1)图号磁场方向感应电流的方向(俯视)感应电流的磁场方向甲磁场方向向下,磁通量增加逆时针向上乙磁场方向向上,磁通量增加顺时针向下线圈内磁通量减少时的情况(表2)

图号磁场方向感应电流的方向(俯视)感应电流的磁场方向丙磁场方向向下,磁通量减少顺时针向下丁磁场方向向上,磁通量减少逆时针向上四、数据分析表1说明:当线圈中磁通量增加时,感应电流的磁场方向跟线圈中的磁场方向相反。表2说明:当线圈中磁通量减少时,感应电流的磁场方向跟线圈中的磁场方向相同。五、注意1.灵敏电流表满偏电流很小,查明灵敏电流表指针的偏转方向和电流方向的关系时,应使用一节干电池。2.原、副线圈接入电路前应仔细观察导线绕向并画出草图。典例1.在探究电磁感应现象的实验中:(1)首先要确定电流表指针偏转方向与电流方向的关系,实验中所用电流表量程为100μA,电源电动势为1.5V,待选的保护电阻有三种R1=20kΩ,R2=1kΩ,R3=100Ω,应选用阻值为

的电阻。

(2)已测得电流表指针向右偏时,电流是由正接线柱流入。由于某种原因,螺线管线圈绕线标识丢失,通过实验查找绕线方向如图甲所示,当条形磁体N极插入线圈时,电流表指针向左偏,则线圈的绕线方向是图乙所示的

(选填“A”或“B”)。

(3)若将条形磁体S极放在下端,从螺线管中拔出,这时电流表的指针应向

(选填“左”或“右”)偏。

(4)若将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈C、线圈D、电流表及开关,按图丙连接。在开关闭合,线圈C放在线圈D中的情况下,某同学发现当他将滑动变阻器的滑片P向左加速滑动时,电流表指针向右偏转。由此可以推断,线圈C中铁芯向上拔出,能引起电流表指针向

(选填“左”或“右”)偏转。

答案

(1)20kΩ

(2)A

(3)左

(4)右

不会使电流表超过量程,起到保护的作用,因此应选阻值为20

kΩ的电阻。(2)已测得电流表指针向右偏时,电流是由正接线柱流入,当条形磁体N极插入螺线管时,根据楞次定律,感应电流的磁场阻碍磁通量的增加,螺线管上端应为N极,下端为S极,又电流表指针向左偏,可知电流方向是由电流表正接线柱流出至螺线管上端接线柱,由安培定则可判断螺线管的绕线方向如题图乙所示的A。(3)若将条形磁体S极在下端,从螺线管中拔出,感应电流磁场为阻碍磁通量的减少,螺线管上端应为N极,下端为S极,由螺线管的绕线方向可以判定电流是从电流表的负接线柱流入,故指针向左偏。(4)由题意可知当P向左加速滑动时,线圈C中的电流越来越小,则其磁场减弱,此时线圈D中产生的电流使指针向右偏转,由此可知,当线圈D中的磁通量减小时,电流表指针右偏;当将线圈C中铁芯向上拔出的过程中,穿过线圈D的磁通量减小,电流表指针向右偏转。对点演练3.在探究电磁感应的产生条件的实验中,先按如图甲所示连线,不通电时,灵敏电流表指针停在正中央,闭合开关S时,观察到灵敏电流表指针向左偏。然后按如图乙所示电路,将该灵敏电流表与线圈B连成一个闭合电路,将线圈A、电源、滑动变阻器和开关S串联成另一个闭合电路。(1)图甲电路中,串联定值电阻R的主要作用是

。

A.减小电源两端的电压,保护电源

B.增大电源两端的电压,保护开关C.减小电路中的电流,保护灵敏电流表

D.减小电路中的电流,保护开关(2)图乙中,S闭合后,在线圈A插入线圈B的过程中,灵敏电流表的指针将

(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。

(3)图乙中,S闭合后,线圈A放在线圈B中不动,在滑动变阻器的滑片P向左滑动的过程中,灵敏电流表指针将

(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。(4)图乙中,S闭合后,线圈A放在线圈B中不动,在突然断开S时,灵敏电流表指针将

(选填“向左”“向右”或“不”)偏转。

答案

(1)C

(2)向左

(3)向左

(4)向右解析

(1)电路中串联定值电阻,目的是减小电流,保护灵敏电流表,故本题答案为选项C。(2)由题知,当电流从灵敏电流表正接线柱流入时,指针向左偏转。S闭合后,将线圈A插入线圈B的过程中,穿过线圈B的磁场向下,磁通量变大,由楞次定律可知,感应电流从灵敏电流表正接线柱流入,则灵敏电流表的指针将向左偏转。(3)线圈A放在线圈B中不动,穿过线圈B的磁场向下,将滑动变阻器的滑片向左滑动时,穿过线圈B的磁通量增大,由楞次定律可知,感应电流从灵敏电流表正接线柱流入,则灵敏电流表的指针将向左偏转。(4)线圈A放在线圈B中不动,穿过线圈B的磁场向下,突然断开S时,穿过线圈B的磁通量减小,由楞次定律可知,感应电流从灵敏电流表负接线柱流入,则灵敏电流表的指针将向右偏转。4.做探究影响感应电流方向的因素实验时所用的电路如图所示。(1)闭合开关时发现灵敏电流表的指针向右偏转了一下,指针停止摆动后,开关保持闭合状态,将滑动变阻器的滑片迅速向右滑动,灵敏电流表指针将

;将线圈A从线圈B中迅速拔出时,灵敏电流表指针将

。(均选填“向左偏”“向右偏”或“不偏”)

(2)某同学在完成实验后未断开开关,也未把两个线圈A、B和铁芯分开放置,在拆除电路时突然被电击了一下,则被电击是在拆除线圈

(选填“A”或“B”)所在电路时发生的,分析可知,要避免电击发生,在拆除电路前应

(选填“断开开关”或“把A、B线圈分开放置”)。

答案

(1)向右偏

向左偏

(2)A

断开开关解析

(1)“闭合开关时发现灵敏电流表的指针向右偏转了一下”,说明穿过线圈B的磁通量增加时灵敏电流表的指针向右偏。将滑动变阻器的滑片迅速向右滑动,线圈A中的电流增大,产生的磁场增强,穿过线圈B的磁通量增加,故灵敏电流表的指针向右偏;将线圈A从线圈B中迅速拔出时,穿过线圈B的磁通量减少,根据楞次定律,线圈B中感应电流方向与前两次的感应电流方向相反,故灵敏电流表的指针向左偏。(2)在拆除线圈A时,线圈A中的电流快速减小,由于自感作用,线圈A会产生很大的自感电动势,导致该同学被电击一下;

要避免电击发生,应在拆除电路前先断开开关。考点三楞次定律的理解及应用(师生共研)楞次定律中“阻碍”的含义

典例2.如图所示,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直。金属杆PQ置于导轨上并与导轨形成闭合回路PQRS,一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面。现让金属杆PQ突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是(

)A.PQRS中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.PQRS中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向C.PQRS中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.PQRS中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向思维点拨

利用右手定则、楞次定律判断金属杆PQ感应电流的方向→PQRS中感应电流产生的磁场→T中的磁通量变化→T中产生感应电流。答案

D解析

金属杆从静止开始突然向右运动,产生感应电动势,感应电流从无到有,根据右手定则可知,感应电流的方向由Q指向P,PQRS中的电流沿逆时针方向;该感应电流在金属线框T中产生的磁通量向外,故穿过金属线框T向里的磁通量减小,根据楞次定律,T中感应电流沿顺时针方向,D正确。规律方法

1.判断感应电流方向的方法(1)楞次定律。(2)右手定则。2.“四步法”判断感应电流方向

对点演练5.(多选)(2022广东卷)如图所示,水平地面(xOy平面)下有一根平行于y轴且通有恒定电流I的长直导线。P、M和N为地面上的三点,P点位于导线正上方,MN平行于y轴,PN平行于x轴。一闭合的圆形金属线圈,圆心在P点,可沿不同方向以相同的速率做匀速直线运动,运动过程中线圈平面始终与地面平行。下列说法正确的有(

)A.N点与M点的磁感应强度大小相等,方向相同B.线圈沿PN方向运动时,穿过线圈的磁通量不变C.线圈从P点开始竖直向上运动时,线圈中无感应电流D.线圈从P点运动到M点产生的感应电动势与从P点运动到N点产生的感应电动势相等答案

AC解析

因为M、N两点连线与长直导线平行,两点与长直导线的距离相同,根据右手螺旋定则可知,通电长直导线在M、N两点产生的磁感应强度大小相等,方向相同,选项A正确。根据右手螺旋定则,线圈在P点时,穿进与穿出线圈的磁感线对称,磁通量为零;在向N点平移的过程中,穿进与穿出线圈的磁感线不再对称,线圈的磁通量会发生变化,选项B错误。根据右手螺旋定则,线圈从P点竖直向上运动的过程中,穿进与穿出线圈的磁感线对称,线圈的磁通量始终为零,没有发生变化,线圈中无感应电流,选项C正确。从P点运动到M点与从P点运动到N点,线圈的磁通量变化量相同,依题意从P点运动到M点所用时间较长,根据法拉第电磁感应定律可知,两次产生的感应电动势不相等,选项D错误。6.如图所示,螺线管与灵敏电流表相连,磁体从螺线管的正上方由静止释放,向下穿过螺线管。下列说法正确的是(

)A.电流表中的电流先由a到b,后由b到aB.a点的电势始终低于b点的电势C.磁体减少的重力势能等于回路中产生的热量D.磁体刚离开螺线管时的加速度小于重力加速度答案

D解析

由楞次定律可知,电流表中的电流先由b到a,后由a到b,A错误;a点的电势先比b点低,后比b点高,B错误;磁体减少的机械能等于回路中产生的热量,C错误;根据楞次定律,感应电流的磁场总是阻碍磁体与闭合回路间的相对运动,磁体刚离开螺线管时,受到向上的磁场力,加速度小于重力加速度,D正确。考点四“三个定则、一个定律”的综合应用(师生共研)1.规律比较

名称基本现象因果关系应用的定则或定律电流的磁效应运动电荷、电流产生磁场因电生磁安培定则洛伦兹力、安培力磁场对运动电荷、电流有作用力因电受力左手定则电磁感应部分导体做切割磁感线运动因动生电右手定则闭合回路磁通量变化因磁生电楞次定律2.相互联系(1)应用楞次定律时,一般要用到安培定则。(2)研究感应电流受到的安培力时,一般先用右手定则确定电流方向,再用左手定则确定安培力的方向,有时也可以直接应用楞次定律的推论确定。典例3.(多选)(2022山东潍坊模拟)如图所示,水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金