2024-2025學(xué)年新教材高中物理第2章電磁感應(yīng)及其應(yīng)用第1節(jié)科學(xué)探究：感應(yīng)電流的方向第2課時(shí)學(xué)案魯科版選擇性必修2

PAGE10-第1節(jié)科學(xué)探究：感應(yīng)電流的方向(第2課時(shí))學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[科學(xué)思維]理解楞次定律的內(nèi)容，能運(yùn)用楞次定律推斷感應(yīng)電流的方向。2.[科學(xué)看法與責(zé)任]理解楞次定律是能量守恒定律在電磁感應(yīng)現(xiàn)象中的體現(xiàn)。3.[科學(xué)思維]駕馭右手定則，并理解右手定則的實(shí)質(zhì)。閱讀本節(jié)教材，回答第29頁(yè)“問(wèn)題”并梳理必要學(xué)問(wèn)點(diǎn)。教材P29問(wèn)題提示：感應(yīng)電流的方向與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向及磁通量的變更有關(guān)，可用楞次定律或右手定則推斷感應(yīng)電流的方向。一、楞次定律1．試驗(yàn)現(xiàn)象分析將螺線管與電流表組成閉合回路，分別將條形磁鐵的任一極插入、抽出螺線管，如圖所示，記錄感應(yīng)電流方向。(a)(b)圖號(hào)磁場(chǎng)方向感應(yīng)電流的方向感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向歸納總結(jié)(a)向下逆時(shí)針向上感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙磁通量的增加(b)向下順時(shí)針向下感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙磁通量的削減2.試驗(yàn)結(jié)論當(dāng)穿過(guò)螺線管的磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)的方向相反；當(dāng)穿過(guò)螺線管的磁通量削減時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)的方向相同。3．楞次定律感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變更。二、右手定則1．內(nèi)容：伸開(kāi)右手，使拇指與其余四個(gè)手指垂直，并且都與手掌在同一個(gè)平面內(nèi)；讓磁感線從掌心進(jìn)入，并使拇指指向?qū)Ь€運(yùn)動(dòng)的方向，這時(shí)四指所指的方向就是感應(yīng)電流的方向，如圖所示。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)電流的狀況。1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相反。 (×)(2)楞次定律表明感應(yīng)電流的效果總是與引起感應(yīng)電流的緣由相對(duì)抗。 (√)(3)右手定則只適用于閉合電路中的部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的狀況。 (√)(4)運(yùn)用右手定則時(shí)必需讓磁感線垂直穿過(guò)掌心。 (×)(5)任何感應(yīng)電流方向的推斷既可運(yùn)用楞次定律，又可運(yùn)用右手定則。 (×)2．依據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的磁場(chǎng)肯定()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)反向C．阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變更D．與引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向相同C[感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變更，而不是阻礙磁通量，它和引起感應(yīng)電流的磁場(chǎng)可以同向，也可以反向。]3．(多選)兩根相互平行的金屬導(dǎo)軌水平放置于如圖所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，與導(dǎo)軌接觸良好的導(dǎo)體棒AB和CD可以在導(dǎo)軌上自由滑動(dòng)，當(dāng)AB在外力F作用下向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A．導(dǎo)體棒CD內(nèi)有電流通過(guò)，方向是D→CB．導(dǎo)體棒CD內(nèi)有電流通過(guò)，方向是C→DC．磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體棒CD的作用力向左D．磁場(chǎng)對(duì)導(dǎo)體棒CD的作用力向右BD[AB棒向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，由右手定則知，感應(yīng)電流的方向由B→A，故在CD中電流由C→D，A錯(cuò)，B對(duì)；再由左手定則判CD所受安培力為向右，C錯(cuò)，D對(duì)。]楞次定律的理解(老師用書(shū)獨(dú)具)教材P31“迷你試驗(yàn)室”答案提示：強(qiáng)磁體通過(guò)鋁管時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)阻礙強(qiáng)磁體的下落。如圖所示，將一銅環(huán)懸掛在一水平光滑細(xì)桿上使其保持靜止。用條形磁鐵的任一極接近并插入銅環(huán)、拔出銅環(huán)時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？為什么會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象？提示：通過(guò)視察發(fā)覺(jué)，當(dāng)用條形磁鐵的任一極接近并插入銅環(huán)時(shí)，銅環(huán)會(huì)向遠(yuǎn)離該磁極的方向移動(dòng)，當(dāng)磁鐵從中拔出時(shí)，則銅環(huán)隨磁鐵運(yùn)動(dòng)。因?yàn)楦袘?yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙磁體和閉合導(dǎo)體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。1．因果關(guān)系閉合導(dǎo)體回路中原磁通量的變更是產(chǎn)生感應(yīng)電流的緣由，而感應(yīng)電流的磁場(chǎng)的產(chǎn)生是感應(yīng)電流存在的結(jié)果，即只有當(dāng)閉合導(dǎo)體回路中的磁通量發(fā)生變更時(shí)，才會(huì)有感應(yīng)電流的磁場(chǎng)出現(xiàn)。2．楞次定律中“阻礙”的含義3．“阻礙”的表現(xiàn)從能量守恒定律的角度，楞次定律可廣義地表述為：感應(yīng)電流的“效果”總是要抗拒(或阻礙)引起感應(yīng)電流的緣由。常見(jiàn)的狀況有三種：(1)阻礙原磁通量的變更(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)變更線圈面積來(lái)“抗拒”(增縮減擴(kuò))。4．楞次定律的實(shí)質(zhì)“阻礙”的結(jié)果，是實(shí)現(xiàn)了其他形式的能向電能轉(zhuǎn)化，假如沒(méi)有“阻礙”，將違反能量守恒定律，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)電流的方向聽(tīng)從楞次定律?！纠?】關(guān)于楞次定律，下列說(shuō)法正確的是()A．感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變更B．閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，必受磁場(chǎng)阻礙作用C．原磁場(chǎng)穿過(guò)閉合回路的磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)同向D．感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是跟原磁場(chǎng)反向，阻礙原磁場(chǎng)的變更A[感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是要阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變更，選項(xiàng)A正確；閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中平行磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，不受磁場(chǎng)阻礙作用，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；原磁場(chǎng)穿過(guò)閉合回路的磁通量增加時(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)反向，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；當(dāng)原磁場(chǎng)增加時(shí)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)跟原磁場(chǎng)反向，當(dāng)原磁場(chǎng)減弱時(shí)感應(yīng)電流的磁場(chǎng)跟原磁場(chǎng)同向，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。]對(duì)阻礙的三點(diǎn)理解(1)阻礙不是阻擋，最終引起感應(yīng)電流的磁通量還是發(fā)生了變更，是“阻而未止”。(2)阻礙不是相反。當(dāng)引起感應(yīng)電流的磁通量增大時(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；當(dāng)引起感應(yīng)電流的磁通量削減時(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。(3)涉及相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，阻礙的是導(dǎo)體與磁體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而不是阻礙導(dǎo)體或磁體的運(yùn)動(dòng)。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．關(guān)于感應(yīng)電流，以下說(shuō)法中正確的是()A．感應(yīng)電流的方向總是與原電流的方向相反B．感應(yīng)電流的方向總是與原電流的方向相同C．感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙閉合電路內(nèi)原磁場(chǎng)的磁通量的變更D．感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是與原線圈內(nèi)的磁場(chǎng)方向相反C[由楞次定律可知，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙閉合電路內(nèi)部原磁場(chǎng)的磁通量的變更，故C正確；假如原磁場(chǎng)中的磁通量是增大的，則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向就與它相反，來(lái)阻礙它的增大，假如原磁場(chǎng)中的磁通量是減小的，則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向就與它相同，來(lái)阻礙它的減小，故A、B、D錯(cuò)誤。]楞次定律的應(yīng)用如圖所示，視察開(kāi)關(guān)閉合和斷開(kāi)的瞬間，電流表的指針偏轉(zhuǎn)方向相同嗎？為什么？提示：開(kāi)關(guān)閉合和斷開(kāi)的瞬間，電流表的指針偏轉(zhuǎn)方向不同，時(shí)而左偏，時(shí)而右偏。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)閉合和斷開(kāi)的瞬間穿過(guò)該線圈的磁通量變更狀況不同，閉合時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量增加，斷開(kāi)時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量削減。1．楞次定律應(yīng)用四步曲(1)確定原磁場(chǎng)的方向。(2)判定產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁通量如何變更(增加還是削減)。(2)依據(jù)楞次定律確定感應(yīng)電流的磁場(chǎng)方向(增反減同)。(4)判定感應(yīng)電流的方向。2．磁通量變更比較困難時(shí)可以分段：把磁通量變更分成單調(diào)變更的區(qū)間來(lái)處理。【例2】如圖所示，一水平放置的矩形線圈abcd，在瘦長(zhǎng)的磁鐵的N極旁邊豎直下落，保持bc邊在紙外，ad邊在紙內(nèi)，從圖中的位置Ⅰ經(jīng)過(guò)位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和Ⅲ都很靠近Ⅱ。在這個(gè)過(guò)程中，線圈中感應(yīng)電流()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[矩形線圈由位置Ⅰ到位置Ⅱ和由位置Ⅱ到位置Ⅲ兩過(guò)程中，穿過(guò)線圈的磁感線方向相反。由條形磁鐵的磁場(chǎng)可知，線圈在位置Ⅱ時(shí)穿過(guò)閉合線圈的磁通量最少(為零)，線圈從位置Ⅰ到位置Ⅱ，從下向上穿過(guò)線圈的磁通量在削減，線圈從位置Ⅱ到位置Ⅲ，從上向下穿過(guò)線圈的磁通量在增加，依據(jù)楞次定律可知感應(yīng)電流的方向是abcd，A正確。]運(yùn)用楞次定律判定感應(yīng)電流方向的思路eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．如圖所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一質(zhì)量為m、阻值為R的閉合矩形金屬線框abcd用絕緣輕質(zhì)細(xì)桿懸掛在O點(diǎn)，并可繞O點(diǎn)搖擺。金屬線框從右側(cè)某一位置由靜止起先釋放，在搖擺到左側(cè)最高點(diǎn)的過(guò)程中，細(xì)桿和金屬線框平面始終處于同一平面，且垂直紙面。則線框中感應(yīng)電流的方向是()A．a(chǎn)→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減，由楞次定律可知感應(yīng)電流方向是d→c→b→a→d；越過(guò)豎直位置后，反向穿過(guò)的磁通量增加，由楞次定律可知，感應(yīng)電流方向不變，B對(duì)。]右手定則的應(yīng)用(1)如圖所示，導(dǎo)體棒ab向右做切割磁感線運(yùn)動(dòng)。依據(jù)楞次定律推斷導(dǎo)體棒ab中的電流方向？提示：導(dǎo)體棒ab向右運(yùn)動(dòng)，磁通量增大，由楞次定律可知，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相反，故感應(yīng)電流的方向?yàn)閎→a。(2)能否找到一種更簡(jiǎn)潔的方法來(lái)推斷閉合回路中部分導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電流的方向呢？提示：探討電流I的方向、原磁場(chǎng)B的方向、導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)的速度v的方向三者之間的關(guān)系滿意右手定則。1．右手定則反映了磁場(chǎng)方向、導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)方向和電流方向三者之間的相互垂直關(guān)系。(1)大拇指的方向是導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)切割磁感線的運(yùn)動(dòng)方向，既可以是導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)而磁場(chǎng)未動(dòng)，也可以是導(dǎo)體未動(dòng)而磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，還可以是兩者以不同速度同時(shí)運(yùn)動(dòng)。(2)四指指向電流方向，切割磁感線的導(dǎo)體相當(dāng)于電源。2．楞次定律與右手定則的區(qū)分及聯(lián)系規(guī)律比較內(nèi)容楞次定律右手定則區(qū)別探討對(duì)象整個(gè)閉合回路閉合回路的一部分，即做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體適用范圍各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象只適用于導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的狀況應(yīng)用用于磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨時(shí)間變更而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象較便利用于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象較便利聯(lián)系右手定則是楞次定律的特例【例3】如圖所示，在方向垂直于紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一U形金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌平面與磁場(chǎng)垂直。金屬桿PQ置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌形成閉合回路PQRS，一圓環(huán)形金屬線框T位于回路圍成的區(qū)域內(nèi)，線框與導(dǎo)軌共面?，F(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)起先的瞬間，關(guān)于感應(yīng)電流的方向，下列說(shuō)法正確的是()A．PQRS中沿順時(shí)針?lè)较?，T中沿逆時(shí)針?lè)较駼．PQRS中沿順時(shí)針?lè)较颍琓中沿順時(shí)針?lè)较駽．PQRS中沿逆時(shí)針?lè)较?，T中沿逆時(shí)針?lè)较駾．PQRS中沿逆時(shí)針?lè)较颍琓中沿順時(shí)針?lè)较蛩悸伏c(diǎn)撥：(1)導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，可由右手定則確定導(dǎo)體棒中的電流方向。(2)線圈T內(nèi)感應(yīng)電流的方向可由楞次定律推斷。D[金屬桿PQ向右切割磁感線，依據(jù)右手定則可知PQRS中感應(yīng)電流沿逆時(shí)針?lè)较颍辉瓉?lái)T中的磁場(chǎng)方向垂直于紙面對(duì)里，閉合回路PQRS中的感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向垂直于紙面對(duì)外，使得穿過(guò)T的向里的磁通量減小，依據(jù)楞次定律可知T中產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻母袘?yīng)電流。綜上所述，可知A、B、C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。]右手定則應(yīng)用的兩點(diǎn)留意(1)右手定則只適用于一段導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的狀況，導(dǎo)體和磁場(chǎng)沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)不能應(yīng)用。(2)右手定則判定導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)時(shí)，四指的指向是由低電勢(shì)指向高電勢(shì)。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])3．下列圖中表示閉合電路中的一部分導(dǎo)體ab在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情景，導(dǎo)體ab上的感應(yīng)電流方向?yàn)閍→b的是()ABCDA[題中四圖都屬于閉合電路的一部分導(dǎo)體切割磁感線，應(yīng)用右手定則推斷可得：A中電流方向?yàn)閍→b，B中電流方向?yàn)閎→a，C中電流方向沿a→d→c→b→a，D中電流方向?yàn)閎→a。故選A。]1．科學(xué)思維：楞次定律的理解及應(yīng)用。2．科學(xué)思維：右手定則的應(yīng)用。3．科學(xué)看法與責(zé)任：楞次定律與能量的轉(zhuǎn)化與守恒。1．關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，下列說(shuō)法中正確的是()A．感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是與原磁場(chǎng)方向相反B．閉合線圈放在變更的磁場(chǎng)中就肯定能產(chǎn)生感應(yīng)電流C．閉合線圈放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，肯定能產(chǎn)生感應(yīng)電流D．感應(yīng)電流的磁場(chǎng)總是阻礙原來(lái)磁場(chǎng)的磁通量的變更D[電磁感應(yīng)現(xiàn)象中，若磁通量減小，則感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與原磁場(chǎng)方向相同，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；若閉合線圈平面與磁場(chǎng)方向平行，則無(wú)論磁場(chǎng)強(qiáng)弱如何變更，穿過(guò)線圈的磁通量始終為零，不產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；若線圈切割磁感線時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量不發(fā)生變更，則不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；只有選項(xiàng)D正確。]2.(多選)如圖所示，當(dāng)磁鐵運(yùn)動(dòng)時(shí)，流過(guò)電阻的電流由A經(jīng)R到B，則磁鐵的運(yùn)動(dòng)可能是()A．向下運(yùn)動(dòng)B．向上運(yùn)動(dòng)C．向左平移D．以上都不行能BC[此題可通過(guò)逆向思維應(yīng)用楞次定律來(lái)判定。由感應(yīng)電流方向A→R→B，應(yīng)用安培定則知感應(yīng)電流在線圈內(nèi)產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向應(yīng)是從上指向下，由楞次定律推斷得線圈內(nèi)磁通量的變更應(yīng)是向下減小或向上增加，由條形磁鐵的磁感線分布知線圈內(nèi)原磁場(chǎng)是向下的，故應(yīng)是磁通量減小，即磁鐵向上運(yùn)動(dòng)或向左、右平移，所以B、C正確。]3．(多選)如圖所示，豎直向下的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一個(gè)帶銅軸的銅盤，用銅刷把盤緣和軸連接，外接一電流表，當(dāng)銅盤按圖示勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則()A．?中有a→b的電流B．?中有b→a的電流C．盤面磁通量不變，不產(chǎn)生感應(yīng)電流D．有從盤緣向盤中心的電流BD[將銅盤看作多數(shù)個(gè)軸向銅棒組成這些“銅棒”切割磁感線，由右手定則可判定選項(xiàng)B、D正確。]4．(多選)如圖所示，在條形磁鐵中心位置的正上方水平固定一銅質(zhì)圓環(huán)。以下推斷正確的是()A．釋放圓環(huán)，環(huán)下落時(shí)產(chǎn)生感應(yīng)電流B．釋放圓環(huán)，環(huán)下落時(shí)無(wú)感應(yīng)電流C．釋放圓環(huán)，環(huán)下落時(shí)環(huán)的機(jī)械能守恒D．釋放圓環(huán)，環(huán)下落時(shí)環(huán)的機(jī)械能不守恒BC[由條形磁鐵磁場(chǎng)分布特點(diǎn)可知，穿過(guò)其中心位置正上方的圓環(huán)的合磁通量為零。所以，在環(huán)下落的過(guò)程中磁通量不變，沒(méi)有感應(yīng)電流，圓環(huán)只受重力作用，則環(huán)下落時(shí)機(jī)械能守恒，故A、D錯(cuò)誤，B、C正確。]5．重為G的線圈系在