高中物理 2.1　感應(yīng)電流的方向課件 魯科版選修32.ppt

第1節(jié)感應(yīng)電流的方向 課標(biāo)定位 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)得出楞次定律 體會(huì)實(shí)驗(yàn)樂(lè)趣 提高分析問(wèn)題的能力 2 理解楞次定律 體會(huì)認(rèn)識(shí)規(guī)律的過(guò)程 提高想象力和推理探究能力 3 掌握右手定則 并會(huì)用右手定則和楞次定律判定感應(yīng)電流的方向 重點(diǎn)難點(diǎn) 1 理解楞次定律 右手定則 2 利用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向 核心要點(diǎn)突破 課堂互動(dòng)講練 知能優(yōu)化訓(xùn)練 第1節(jié) 課前自主學(xué)案 課前自主學(xué)案 一 探究感應(yīng)電流的方向1 實(shí)驗(yàn)裝置圖2 1 1 2 探究感應(yīng)電流方向的實(shí)驗(yàn)記錄 向下 增加 自上而下 向下 向上 相同 相反 排斥 吸引 3 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問(wèn)題 1 實(shí)驗(yàn)前應(yīng)首先查明線圈中電流的流向與電流表指針偏轉(zhuǎn)方向之間的關(guān)系 2 感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向應(yīng)根據(jù) 定則和感應(yīng)電流方向判定 3 磁體間的相互作用 可以將產(chǎn)生感應(yīng)電流的線圈等效為條形磁鐵 則要據(jù)同名磁極相互 異名磁極相互 判斷 安培 排斥 吸引 4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論一是當(dāng)穿過(guò)線圈的磁通量增加時(shí) 感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)的方向 當(dāng)穿過(guò)線圈的磁通量減少時(shí) 感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)的方向 這種情況可由圖2 1 2表示 二是磁鐵靠近線圈時(shí) 兩者 當(dāng)磁鐵遠(yuǎn)離線圈時(shí) 兩者 相反 相同 相反 相同 圖2 1 2 思考感悟1 感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是與原磁場(chǎng)方向相同嗎 提示 不是 由上面的實(shí)驗(yàn)分析可知 當(dāng)磁通量增加時(shí) 感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相反 磁通量減少時(shí) 感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相同 二 楞次定律感應(yīng)電流具有這樣的方向 即感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要 引起感應(yīng)電流的磁通量的變化 阻礙 三 右手定則1 判定方法伸開(kāi)右手 讓拇指與其余四指在同一個(gè)平面內(nèi) 使拇指與并攏的四指 讓磁感線垂直穿入手心 使拇指指向 其余四指所指的方向就是 的方向 2 適用范圍適用于閉合電路部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況 垂直 導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的方向 感應(yīng)電流 思考感悟2 應(yīng)用右手定則判斷感應(yīng)電流方向時(shí) 四指所指的方向是高電勢(shì)端還是低電勢(shì)端 提示 高電勢(shì)端 因四指所指為電源內(nèi)部電流 故為高電勢(shì)端 核心要點(diǎn)突破 一 楞次定律的理解及應(yīng)用1 因果關(guān)系 楞次定律反映了電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的因果關(guān)系 磁通量發(fā)生變化是原因 產(chǎn)生感應(yīng)電流是結(jié)果 原因產(chǎn)生結(jié)果 結(jié)果反過(guò)來(lái)影響原因 2 阻礙 的理解 3 應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的思路 1 明確研究對(duì)象是哪一個(gè)閉合電路 2 明確原磁場(chǎng)的方向 3 判斷閉合回路內(nèi)原磁場(chǎng)的磁通量是增加還是減少 4 由楞次定律判斷感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向 5 由安培定則判斷感應(yīng)電流的方向 4 阻礙 的表現(xiàn)形式楞次定律中的 阻礙 的作用 正是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的反映 在克服 阻礙 的過(guò)程中 其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能 常見(jiàn)的情況有以下四種 1 阻礙原磁通量的變化 增反減同 2 阻礙導(dǎo)體的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 來(lái)拒去留 3 通過(guò)改變線圈面積來(lái) 反抗 擴(kuò)大或縮小 4 阻礙自身電流的變化 自感現(xiàn)象在下一節(jié)學(xué)習(xí) 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 1 根據(jù)楞次定律知 感應(yīng)電流的磁場(chǎng)一定是 a 阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量b 與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相反c 阻礙引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的磁通量的變化d 與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相同解析 選c 由楞次定律知 感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化 兩磁場(chǎng)方向關(guān)系滿足 增反減同 故選項(xiàng)c正確 二 楞次定律與右手定則的比較1 從研究對(duì)象來(lái)說(shuō) 楞次定律研究的是閉合回路 右手定則研究的是閉合回路的一部分 即切割磁感線的那一段導(dǎo)體 2 從應(yīng)用范圍來(lái)說(shuō) 楞次定律一般應(yīng)用于由磁通量變化產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象 包括導(dǎo)體切割磁感線的情況 而右手定則只適用于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象 3 從產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)來(lái)說(shuō) 由楞次定律得出的是 閉合回路相當(dāng)于電源 由右手定則得出的是 部分導(dǎo)體相當(dāng)于電源 特別提醒 1 在電磁感應(yīng)中 無(wú)論電路是否閉合 都可以假定電路是閉合的 則電路不閉合時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向 跟電路閉合時(shí)感應(yīng)電流的方向是相同的 即感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向就是感應(yīng)電流的方向 2 部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 是從低電勢(shì)指向高電勢(shì)的 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 2 一航天飛機(jī)下有一細(xì)金屬桿 桿指向地心 若僅考慮地磁場(chǎng)的影響 則當(dāng)航天飛機(jī)位于赤道上空 a 由東向西水平飛行時(shí) 金屬桿中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向一定由上向下b 由西向東水平飛行時(shí) 金屬桿中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向一定由上向下c 沿經(jīng)過(guò)地磁極的那條經(jīng)線由南向北水平飛行時(shí) 金屬桿中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向一定由下向上d 沿經(jīng)過(guò)地磁極的那條經(jīng)線由北向南水平飛行時(shí) 金屬桿中一定有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 解析 選a 地球赤道上空的地磁場(chǎng)分布如圖所示 俯視圖 飛機(jī)下的細(xì)金屬桿只能看到一個(gè)剖面 當(dāng)飛機(jī)由東向西飛行時(shí) 由右手定則可知 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由上向下 故a正確 b錯(cuò)誤 當(dāng)飛行方向由南向北 或由北向南 時(shí) 金屬桿不切割磁感線 故不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 故c d錯(cuò)誤 故選a 三 楞次定律與能量守恒1 電磁感應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化圖2 1 3電磁感應(yīng)現(xiàn)象中 感應(yīng)電流的能量 電能 不能無(wú)中生有 只能從其他形式的能量轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái) 外力克服磁場(chǎng)力做功 正是這個(gè)轉(zhuǎn)化的量度 如圖2 1 3所示 當(dāng)條形磁鐵靠近線圈時(shí) 線圈中產(chǎn)生圖示方向的電流 而這個(gè)感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)條形磁鐵產(chǎn)生斥力 阻礙條 形磁鐵的靠近 必須有外力克服這個(gè)斥力做功 它才能移近線圈 當(dāng)條形磁鐵離開(kāi)線圈時(shí) 感應(yīng)電流方向與圖中所示方向相反 感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)磁鐵產(chǎn)生引力 阻礙條形磁鐵的離開(kāi) 這里外力做功的過(guò)程就是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過(guò)程 2 電磁感應(yīng)中的能量守恒 阻礙 的結(jié)果 是實(shí)現(xiàn)了其他形式的能向電能轉(zhuǎn)化 如果沒(méi)有 阻礙 將違背能量守恒定律 可以得出總能量增加的錯(cuò)誤結(jié)論 所以楞次定律體現(xiàn)了在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中能的轉(zhuǎn)化與守恒 能量守恒定律也要求感應(yīng)電流的方向服從楞次定律 即時(shí)應(yīng)用 即時(shí)突破 小試牛刀 3 如圖2 1 4所示 用一根長(zhǎng)為l質(zhì)量不計(jì)的細(xì)桿與一個(gè)上弧長(zhǎng)為l0 下弧長(zhǎng)為d0的金屬線框的中點(diǎn)連接并懸掛于o點(diǎn) 懸點(diǎn)正下方存在一個(gè)上弧長(zhǎng)為2l0 下弧長(zhǎng)為2d0的方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng) 且d0 l 先將線框拉開(kāi)到如圖所示位置 松手后讓線框進(jìn)入磁場(chǎng) 忽略空氣阻力和摩擦力 下列說(shuō)法正確的是 圖2 1 4 a 金屬線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流的方向?yàn)閍 b c d ab 金屬線框離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí)感應(yīng)電流的方向?yàn)閍 d c b ac 金屬線框dc邊進(jìn)入磁場(chǎng)與ab邊離開(kāi)磁場(chǎng)的速度大小總是相等d 向左擺動(dòng)進(jìn)入或離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程中 所受安培力方向向右 向右擺動(dòng)進(jìn)入或離開(kāi)磁場(chǎng)的過(guò)程中 所受安培力方向向左 解析 選d 當(dāng)線框進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí) dc邊切割磁感線 由楞次定律可判斷 感應(yīng)電流的方向?yàn)?a d c b a 當(dāng)線框離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí) 同理可判其感應(yīng)電流的方向?yàn)?a b c d a 故a b選項(xiàng)錯(cuò) 線框dc邊 或ab邊 進(jìn)入磁場(chǎng)或離開(kāi)磁場(chǎng)時(shí) 都要切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 故dc邊進(jìn)入磁場(chǎng)與ab邊離開(kāi)磁場(chǎng)的速度大小不相等 c錯(cuò) 由 來(lái)拒去留 知 d對(duì) 課堂互動(dòng)講練 某實(shí)驗(yàn)小組用如圖2 1 5所示的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)驗(yàn)證楞次定律 當(dāng)條形磁鐵自上而下穿過(guò)固定的線圈時(shí) 通過(guò)電流計(jì)的感應(yīng)電流方向是 a a g bb 先a g b 后b g ac b g ad 先b g a 后a g b 楞次定律的應(yīng)用 圖2 1 5 精講精析 確定原磁場(chǎng)的方向 條形磁鐵在穿入線圈的過(guò)程中 磁場(chǎng)方向向下 明確回路中磁通量變化情況 向下的磁通量增加 由楞次定律的 增反減同 可知 線圈中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向向上 應(yīng)用安培定則可以判斷感應(yīng)電流的方向?yàn)槟鏁r(shí)針 俯視 即 從b g a 同理可以判斷 條形磁鐵穿出線圈過(guò)程中 向下的磁通量減小 由楞次定律可得 線圈中將產(chǎn)生順時(shí)針的感應(yīng)電流 俯視 電流從a g b 答案 d 規(guī)律總結(jié) 應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向 一般步驟也可概括為下列四句話 明確增減和方向 增反減同 切莫忘 安培定則來(lái)判斷 四指環(huán)繞是流向 如圖2 1 6所示 水平放置的平行光滑導(dǎo)軌 導(dǎo)軌間距離為l 1m 左端接有定值電阻r 2 金屬棒pq與導(dǎo)軌良好接觸 pq的電阻為r 0 5 導(dǎo)軌電阻不計(jì) 整個(gè)裝置處于磁感應(yīng)強(qiáng)度為b 1t 方向豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 現(xiàn)使pq在水平向右的恒力f 2n作用下運(yùn)動(dòng) 求 圖2 1 6 1 棒pq中感應(yīng)電流的方向 2 棒pq中哪端電勢(shì)高 3 棒pq所受安培力方向 4 棒pq的最大速度 精講精析 棒pq在恒力f作用下運(yùn)動(dòng) 產(chǎn)生感應(yīng)電流 因而受安培力作用 隨著速度的增大 安培力也增大 當(dāng)安培力大小與恒力f相等時(shí) 棒pq將做勻速運(yùn)動(dòng) 速度達(dá)到最大 1 由右手定則知感應(yīng)電流方向?yàn)閝 p 2 棒pq運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 相當(dāng)于電源 因電源內(nèi)部電流由低電勢(shì)流向高電勢(shì) 所以p端電勢(shì)高于q端電勢(shì) 答案 1 q p 2 p端 3 向左 4 5m s 規(guī)律總結(jié) 1 根據(jù)不同的條件 合理選擇適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)判斷感應(yīng)電流的方向 用右手定則判斷時(shí) 把切割磁感線的導(dǎo)體作為電源 在電源內(nèi)部 電流從低電勢(shì) 負(fù)極 流向高電勢(shì) 正極 2 導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流是磁通量發(fā)生變化引起感應(yīng)電流的特例 所以判定感應(yīng)電流方向的右手定則也是楞次定律的特例 用右手定則能判定的 一定也能用楞次定律來(lái)判定 只是不少情況下 不如用右手定則判定來(lái)得方便簡(jiǎn)單 類型三 電磁感應(yīng)中的圖象問(wèn)題 如圖2 1 7所示 由均勻電阻絲做成的正方形線框abcd邊長(zhǎng)為l 總電阻為r 現(xiàn)將線框以與ab邊垂直且以水平向右的速度v勻速穿過(guò)一寬度為2l 磁感應(yīng)強(qiáng)度為b的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域 整個(gè)過(guò)程中ab cd兩邊始終保持與磁場(chǎng)邊界平行 從cd邊剛與磁場(chǎng)左邊界重合時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí) 若規(guī)定電流沿abcda流動(dòng)的方向?yàn)檎较?試畫(huà)出線框中感應(yīng)電流隨時(shí)間變化的圖象 圖2 1 7 思路點(diǎn)撥 解答本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn) 1 先判斷感應(yīng)電流的方向 2 計(jì)算出每個(gè)時(shí)間段感應(yīng)電流的大小 答案 見(jiàn)自主解答 圖2 1 8 變式訓(xùn)練 2011年高考海南卷 如圖2 1 9 eof和e o f 為空間一勻強(qiáng)磁場(chǎng)的邊界 其中eo e o fo f o 且eo of oo 為 eof的角平分線 oo 間的距離為l 磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里 一邊長(zhǎng)為l的正方形導(dǎo)線框沿o o方向勻速通過(guò)磁場(chǎng) t 0時(shí)刻恰好位于圖示位置 規(guī)定導(dǎo)線框中感應(yīng)電流沿逆時(shí)針?lè)较驎r(shí)為正 則感應(yīng)電流i與時(shí)間t的關(guān)系圖線可能正確的是 圖2 1 9 圖2 1 10 解析 選b 當(dāng)線框左邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí) 線框上的電流方向?yàn)槟鏁r(shí)針 直至線框右邊完全進(jìn)入磁場(chǎng) 當(dāng)右邊一半進(jìn)入磁場(chǎng) 左邊一半開(kāi)始出磁場(chǎng) 此后線圈中的電流方向?yàn)轫槙r(shí)針 當(dāng)線框左邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí) 切割磁感線的有效長(zhǎng)