2024-2025学年新教材高中物理第2章电磁感应及其应用第1节科学探究：感应电流的方向第2课时学案鲁科版选择性必修2

PAGE10-第1节科学探究：感应电流的方向(第2课时)学习目标：1.[科学思维]理解楞次定律的内容，能运用楞次定律推断感应电流的方向。2.[科学看法与责任]理解楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。3.[科学思维]驾驭右手定则，并理解右手定则的实质。阅读本节教材，回答第29页“问题”并梳理必要学问点。教材P29问题提示：感应电流的方向与引起感应电流的磁场方向及磁通量的变更有关，可用楞次定律或右手定则推断感应电流的方向。一、楞次定律1．试验现象分析将螺线管与电流表组成闭合回路，分别将条形磁铁的任一极插入、抽出螺线管，如图所示，记录感应电流方向。(a)(b)图号磁场方向感应电流的方向感应电流的磁场方向归纳总结(a)向下逆时针向上感应电流的磁场阻碍磁通量的增加(b)向下顺时针向下感应电流的磁场阻碍磁通量的削减2.试验结论当穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当穿过螺线管的磁通量削减时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同。3．楞次定律感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变更。二、右手定则1．内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向，如图所示。2．适用范围：适用于闭合电路部分导体切割磁感线产生感应电流的状况。1．思索推断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)感应电流的磁场总是与引起感应电流的磁场方向相反。 (×)(2)楞次定律表明感应电流的效果总是与引起感应电流的缘由相对抗。 (√)(3)右手定则只适用于闭合电路中的部分导体切割磁感线产生感应电流的状况。 (√)(4)运用右手定则时必需让磁感线垂直穿过掌心。 (×)(5)任何感应电流方向的推断既可运用楞次定律，又可运用右手定则。 (×)2．依据楞次定律可知感应电流的磁场肯定()A．阻碍引起感应电流的磁通量B．与引起感应电流的磁场反向C．阻碍引起感应电流的磁通量的变更D．与引起感应电流的磁场方向相同C[感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变更，而不是阻碍磁通量，它和引起感应电流的磁场可以同向，也可以反向。]3．(多选)两根相互平行的金属导轨水平放置于如图所示的匀强磁场中，与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以在导轨上自由滑动，当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法正确的是()A．导体棒CD内有电流通过，方向是D→CB．导体棒CD内有电流通过，方向是C→DC．磁场对导体棒CD的作用力向左D．磁场对导体棒CD的作用力向右BD[AB棒向右运动时，由右手定则知，感应电流的方向由B→A，故在CD中电流由C→D，A错，B对；再由左手定则判CD所受安培力为向右，C错，D对。]楞次定律的理解(老师用书独具)教材P31“迷你试验室”答案提示：强磁体通过铝管时，会产生感应电流，感应电流的磁场阻碍强磁体的下落。如图所示，将一铜环悬挂在一水平光滑细杆上使其保持静止。用条形磁铁的任一极接近并插入铜环、拔出铜环时会产生什么现象？为什么会产生这种现象？提示：通过视察发觉，当用条形磁铁的任一极接近并插入铜环时，铜环会向远离该磁极的方向移动，当磁铁从中拔出时，则铜环随磁铁运动。因为感应电流的磁场总是要阻碍磁体和闭合导体间的相对运动。1．因果关系闭合导体回路中原磁通量的变更是产生感应电流的缘由，而感应电流的磁场的产生是感应电流存在的结果，即只有当闭合导体回路中的磁通量发生变更时，才会有感应电流的磁场出现。2．楞次定律中“阻碍”的含义3．“阻碍”的表现从能量守恒定律的角度，楞次定律可广义地表述为：感应电流的“效果”总是要抗拒(或阻碍)引起感应电流的缘由。常见的状况有三种：(1)阻碍原磁通量的变更(增反减同)。(2)阻碍导体的相对运动(来拒去留)。(3)通过变更线圈面积来“抗拒”(增缩减扩)。4．楞次定律的实质“阻碍”的结果，是实现了其他形式的能向电能转化，假如没有“阻碍”，将违反能量守恒定律，可以得出总能量增加的错误结论。所以楞次定律体现了在电磁感应现象中能的转化与守恒，能量守恒定律也要求感应电流的方向听从楞次定律。【例1】关于楞次定律，下列说法正确的是()A．感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变更B．闭合电路的一部分导体在磁场中运动时，必受磁场阻碍作用C．原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场同向D．感应电流的磁场总是跟原磁场反向，阻碍原磁场的变更A[感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变更，选项A正确；闭合电路的一部分导体在磁场中平行磁感线运动时，不受磁场阻碍作用，选项B错误；原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场反向，选项C错误；当原磁场增加时感应电流的磁场跟原磁场反向，当原磁场减弱时感应电流的磁场跟原磁场同向，选项D错误。]对阻碍的三点理解(1)阻碍不是阻挡，最终引起感应电流的磁通量还是发生了变更，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场方向相反；当引起感应电流的磁通量削减时，感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相同。(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。eq\o([跟进训练])1．关于感应电流，以下说法中正确的是()A．感应电流的方向总是与原电流的方向相反B．感应电流的方向总是与原电流的方向相同C．感应电流的磁场总是阻碍闭合电路内原磁场的磁通量的变更D．感应电流的磁场总是与原线圈内的磁场方向相反C[由楞次定律可知，感应电流的磁场总是阻碍闭合电路内部原磁场的磁通量的变更，故C正确；假如原磁场中的磁通量是增大的，则感应电流的磁场方向就与它相反，来阻碍它的增大，假如原磁场中的磁通量是减小的，则感应电流的磁场方向就与它相同，来阻碍它的减小，故A、B、D错误。]楞次定律的应用如图所示，视察开关闭合和断开的瞬间，电流表的指针偏转方向相同吗？为什么？提示：开关闭合和断开的瞬间，电流表的指针偏转方向不同，时而左偏，时而右偏。因为开关闭合和断开的瞬间穿过该线圈的磁通量变更状况不同，闭合时，穿过线圈的磁通量增加，断开时穿过线圈的磁通量削减。1．楞次定律应用四步曲(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更(增加还是削减)。(2)依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。2．磁通量变更比较困难时可以分段：把磁通量变更分成单调变更的区间来处理。【例2】如图所示，一水平放置的矩形线圈abcd，在瘦长的磁铁的N极旁边竖直下落，保持bc边在纸外，ad边在纸内，从图中的位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近Ⅱ。在这个过程中，线圈中感应电流()A．沿abcd流淌B．沿dcba流淌C．由Ⅰ到Ⅱ是沿abcd流淌，由Ⅱ到Ⅲ是沿dcba流淌D．由Ⅰ到Ⅱ是沿dcba流淌，由Ⅱ到Ⅲ是沿abcd流淌A[矩形线圈由位置Ⅰ到位置Ⅱ和由位置Ⅱ到位置Ⅲ两过程中，穿过线圈的磁感线方向相反。由条形磁铁的磁场可知，线圈在位置Ⅱ时穿过闭合线圈的磁通量最少(为零)，线圈从位置Ⅰ到位置Ⅱ，从下向上穿过线圈的磁通量在削减，线圈从位置Ⅱ到位置Ⅲ，从上向下穿过线圈的磁通量在增加，依据楞次定律可知感应电流的方向是abcd，A正确。]运用楞次定律判定感应电流方向的思路eq\o([跟进训练])2．如图所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摇摆。金属线框从右侧某一位置由静止起先释放，在摇摆到左侧最高点的过程中，细杆和金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面。则线框中感应电流的方向是()A．a→b→c→d→aB．d→c→b→a→dC．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→aD．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→dB[一起先由下向上的磁通量在削减，由楞次定律可知感应电流方向是d→c→b→a→d；越过竖直位置后，反向穿过的磁通量增加，由楞次定律可知，感应电流方向不变，B对。]右手定则的应用(1)如图所示，导体棒ab向右做切割磁感线运动。依据楞次定律推断导体棒ab中的电流方向？提示：导体棒ab向右运动，磁通量增大，由楞次定律可知，感应电流产生的磁场与原磁场方向相反，故感应电流的方向为b→a。(2)能否找到一种更简洁的方法来推断闭合回路中部分导体切割磁感线产生的电流的方向呢？提示：探讨电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向三者之间的关系满意右手定则。1．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。2．楞次定律与右手定则的区分及联系规律比较内容楞次定律右手定则区别探讨对象整个闭合回路闭合回路的一部分，即做切割磁感线运动的导体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状况应用用于磁感应强度B随时间变更而产生的电磁感应现象较便利用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象较便利联系右手定则是楞次定律的特例【例3】如图所示，在方向垂直于纸面对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，在运动起先的瞬间，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中沿顺时针方向思路点拨：(1)导体棒切割磁感线运动时，可由右手定则确定导体棒中的电流方向。(2)线圈T内感应电流的方向可由楞次定律推断。D[金属杆PQ向右切割磁感线，依据右手定则可知PQRS中感应电流沿逆时针方向；原来T中的磁场方向垂直于纸面对里，闭合回路PQRS中的感应电流产生的磁场方向垂直于纸面对外，使得穿过T的向里的磁通量减小，依据楞次定律可知T中产生顺时针方向的感应电流。综上所述，可知A、B、C项错误，D项正确。]右手定则应用的两点留意(1)右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的状况，导体和磁场没有相对运动不能应用。(2)右手定则判定导体切割磁感线产生的感应电动势时，四指的指向是由低电势指向高电势。eq\o([跟进训练])3．下列图中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景，导体ab上的感应电流方向为a→b的是()ABCDA[题中四图都属于闭合电路的一部分导体切割磁感线，应用右手定则推断可得：A中电流方向为a→b，B中电流方向为b→a，C中电流方向沿a→d→c→b→a，D中电流方向为b→a。故选A。]1．科学思维：楞次定律的理解及应用。2．科学思维：右手定则的应用。3．科学看法与责任：楞次定律与能量的转化与守恒。1．关于电磁感应现象，下列说法中正确的是()A．感应电流的磁场总是与原磁场方向相反B．闭合线圈放在变更的磁场中就肯定能产生感应电流C．闭合线圈放在匀强磁场中做切割磁感线运动时，肯定能产生感应电流D．感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的磁通量的变更D[电磁感应现象中，若磁通量减小，则感应电流的磁场与原磁场方向相同，选项A错误；若闭合线圈平面与磁场方向平行，则无论磁场强弱如何变更，穿过线圈的磁通量始终为零，不产生感应电流，选项B错误；若线圈切割磁感线时，穿过线圈的磁通量不发生变更，则不能产生感应电流，选项C错误；只有选项D正确。]2.(多选)如图所示，当磁铁运动时，流过电阻的电流由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．向左平移D．以上都不行能BC[此题可通过逆向思维应用楞次定律来判定。由感应电流方向A→R→B，应用安培定则知感应电流在线圈内产生的磁场方向应是从上指向下，由楞次定律推断得线圈内磁通量的变更应是向下减小或向上增加，由条形磁铁的磁感线分布知线圈内原磁场是向下的，故应是磁通量减小，即磁铁向上运动或向左、右平移，所以B、C正确。]3．(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，外接一电流表，当铜盘按图示匀速转动，则()A．Ⓖ中有a→b的电流B．Ⓖ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[将铜盘看作多数个轴向铜棒组成这些“铜棒”切割磁感线，由右手定则可判定选项B、D正确。]4．(多选)如图所示，在条形磁铁中心位置的正上方水平固定一铜质圆环。以下推断正确的是()A．释放圆环，环下落时产生感应电流B．释放圆环，环下落时无感应电流C．释放圆环，环下落时环的机械能守恒D．释放圆环，环下落时环的机械能不守恒BC[由条形磁铁磁场分布特点可知，穿过其中心位置正上方的圆环的合磁通量为零。所以，在环下落的过程中磁通量不变，没有感应电流，圆环只受重力作用，则环下落时机械能守恒，故A、D错误，B、C正确。]5．重为G的线圈系在