人教版(新教材)高中物理选择性必修2教学设计4：2 1 课时2 楞次定律教案

人教版(新教材)高中物理选择性必修第二册PAGEPAGE12.1课时2楞次定律〖教学目标〗1.理解楞次定律的内容及实质。2.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。3.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.利用右手定则判断感应电流的方向。〖教学难点〗楞次定律的理解及其应用。〖教学过程〗一、新课引入上节课我们一起探究了影响感应电流方向的因素。得出结论：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，它会阻碍磁通量减小。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。这节课我们一起深入学习楞次定律。二、新课教学（一）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，它的关键在于阻碍。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，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，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。（实验演示磁铁通过铝管）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，穿过线圈的磁场。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：以下图为例。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，它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知识，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。（二）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。我们研究的是哪个闭合导体回路?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?（感应电流的磁场应该是沿哪个方向的?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。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。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，它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，请用楞次定律判断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