人教版(新教材)高中物理選擇性必修2教學(xué)設(shè)計(jì)4：2 1 課時(shí)2 楞次定律教案

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊PAGEPAGE12.1課時(shí)2楞次定律〖教學(xué)目標(biāo)〗1.理解楞次定律的內(nèi)容及實(shí)質(zhì)。2.通過楞次定律和右手定則對電流方向的判斷，體會(huì)物理模型在探索自然規(guī)律中的作用。3.通過楞次定律中能量轉(zhuǎn)化分析，體會(huì)守恒思想的重要意義，感受科學(xué)家對規(guī)律的研究過程，學(xué)習(xí)他們對工作嚴(yán)肅認(rèn)真不怕困難的科學(xué)態(tài)度。〖教學(xué)重點(diǎn)〗1.楞次定律的獲得及理解。2.應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。3.利用右手定則判斷感應(yīng)電流的方向?！冀虒W(xué)難點(diǎn)〗楞次定律的理解及其應(yīng)用?！冀虒W(xué)過程〗一、新課引入上節(jié)課我們一起探究了影響感應(yīng)電流方向的因素。得出結(jié)論：當(dāng)穿過回路的磁通量增大時(shí)，感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相反，它會(huì)阻礙磁通量增大。當(dāng)穿過回路的磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相同，它會(huì)阻礙磁通量減小。也就是說感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量變化，這就是楞次定律。這節(jié)課我們一起深入學(xué)習(xí)楞次定律。二、新課教學(xué)（一）楞次定律感應(yīng)電流具有這樣的方向，即感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。用它來判斷感應(yīng)電流方向，但是它不能直接得到感應(yīng)電流的方向，只是可以找到感應(yīng)磁場的方向，再右手螺旋定則就可以得到感應(yīng)電流的方向了。它的整個(gè)過程是這樣的原磁場（指穿過回路的磁場）引起閉合電路磁通量的變化，進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，根據(jù)奧斯特電流的磁效應(yīng)，它會(huì)激發(fā)磁場。我們稱為感應(yīng)電流磁場（增反減同），它反過來會(huì)阻礙閉合電路磁通量的變化，這個(gè)過程就是這樣的。1.理解阻礙咱們已經(jīng)學(xué)過了楞次定律，它的關(guān)鍵在于阻礙。從不同的方向來理解：①誰在阻礙？感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場。②阻礙誰？阻礙的是磁通量的變化，而不是磁通量本身。不能簡單的認(rèn)為感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場總是與原磁場方向相反。③那怎么阻礙呢？當(dāng)穿過回路的磁通量增大時(shí)，感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相反，它會(huì)阻礙磁通量增大。當(dāng)穿過回路的磁通量減小時(shí)，感應(yīng)電流的磁場與原磁場方向相同，也就是增反減同。④最后阻礙效果如何呢？阻礙不是阻止，阻礙的結(jié)果是阻礙磁通量變化變得慢了，但最終還是要變。所以阻礙不一定相反、阻礙不是阻止。2.楞次定律與能量守恒。先來看一個(gè)神奇的實(shí)驗(yàn)。（實(shí)驗(yàn)演示磁鐵通過鋁管）為什么磁鐵下落得慢？實(shí)驗(yàn)分析：可以把實(shí)驗(yàn)簡化成：一塊兒條形磁鐵N極向下自由下落，穿過一個(gè)螺線管。磁鐵N極在下，穿過線圈的磁場。當(dāng)磁鐵靠近線圈時(shí)，穿過線圈的磁通量增大。根據(jù)增反減同感應(yīng)電流的磁場應(yīng)該是這樣的。根據(jù)感應(yīng)磁場的方向，可以將螺線管兒看做這樣一個(gè)電磁鐵。同名磁極相互排斥，阻礙磁鐵向下運(yùn)動(dòng)。這是當(dāng)磁鐵靠近時(shí)，那當(dāng)磁鐵離開線圈時(shí)呢？這時(shí)磁鐵S極向上，所以穿過線圈的磁場是這樣的。磁極遠(yuǎn)離線圈，因此穿過線圈的磁通量減小。根據(jù)增反減同，所以感應(yīng)磁場的方向是這樣的。如果再把線圈兒看做一個(gè)電磁鐵，電磁鐵的下端為N極，這倆是同名磁極，相互吸引阻礙磁鐵離開線圈。上述現(xiàn)象可以概括為來拒去留，感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場總是阻礙磁鐵的運(yùn)動(dòng)，從而阻礙磁通量變化。這就可以解釋思考與討論的現(xiàn)象了。思考討論：把磁鐵靠近（遠(yuǎn)離）一個(gè)掉著的鋁環(huán)，會(huì)有什么現(xiàn)象？（實(shí)驗(yàn)演示）①鋁環(huán)產(chǎn)生感應(yīng)電流，鋁環(huán)中的感應(yīng)電流產(chǎn)生了磁場從而產(chǎn)生相互排斥的現(xiàn)象。②產(chǎn)生相互吸引的現(xiàn)象。再回過來看磁鐵，穿過線圈過程中的能量轉(zhuǎn)化。讓磁鐵自由下落高度h，此時(shí)的速度記為v，拿走線圈讓磁鐵下落相同的高度h，此時(shí)的速度記為v0。沒有線圈時(shí)：Ep減少→Ek0。有線圈時(shí)：Ep減少→Ek0，還有電能。因?yàn)闊o論是使磁鐵接近或離開線圈兒都受到一個(gè)阻力的作用。所以下落同樣高度時(shí)，速度要比自由落體小。下落高度一樣，磁鐵重力勢能減少量是一樣的，但有線圈時(shí)末速度小所以末動(dòng)能小。也就是說此時(shí)有一部分重力勢能沒有轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F的動(dòng)能，丟失的重力勢能去了哪里呢？對了線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流，丟失的重力勢能轉(zhuǎn)變成電能啦。由此可見楞次定律也遵循能量守恒定律，阻礙過程伴隨著能量轉(zhuǎn)化?？偨Y(jié)：楞次定律也遵循能量守恒定律，它對相對運(yùn)動(dòng)的阻礙表現(xiàn)為來拒去留，在阻礙過程中伴隨著能量轉(zhuǎn)化。3.楞次定律的應(yīng)用它的基本步驟是：以下圖為例。一方向：明確原磁場的方向。條形磁鐵的N極向下，根據(jù)磁鐵的外部磁感線從N極到S即，所以穿過線圈的磁感方向向下（一定要注意是穿過要研究的線圈的磁場方向）。二變化：判斷磁通量如何變化。磁通量是在增加還是減少，磁鐵向下運(yùn)動(dòng)，所以磁通量在增加。三阻礙：根據(jù)原磁場方向和磁通量變化，利用增反減同確定感應(yīng)電流的磁場方向。原磁場方向下在增多，所以感應(yīng)電流的磁場方向向上。四一抓：根據(jù)感應(yīng)磁場的方向，用右手螺旋定則確定感應(yīng)電流的方向。右手定則式子是這樣的，彎曲的四指是電流方向，拇指是磁場方向。所以電流方向是這樣的?？偨Y(jié)：一方向、二變化、三阻礙、四一抓。以上討論的例子里，它的磁通量變化是由于磁鐵運(yùn)動(dòng)引起的，電路變化也能引起磁通量變化，這次咱們來看課本的例子。課本例題例題1：法拉第最初發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)如圖所示，軟鐵環(huán)上繞有M、N兩個(gè)線圈，當(dāng)M線圈電路中的開關(guān)斷開的瞬間，線圈N中的感應(yīng)電流沿什么方向？在這里先要了解一個(gè)知識(shí)，電流變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場（這是前面學(xué)習(xí)過的奧斯特的電流磁效應(yīng)），這個(gè)磁場可以沿著鐵心傳遞，即所謂的磁路。解題〖提*示〗：辦法一方向、二變化、三阻礙、四一抓。按照步驟來看一方向：先找原磁場的方向。沒斷開開關(guān)時(shí)，M中的電流方向是這樣的，根據(jù)右手螺旋定則，磁場方向是這樣的，因此N線圈中原磁場的方向是向下的。二變化：明確磁通量的變化。開關(guān)斷開的瞬間，鐵環(huán)中的磁場迅速減弱，穿過線圈N中的磁通量減少。三阻礙：根據(jù)原磁場方向和磁能量變化，利用增反減同。原磁場磁通量減小，感應(yīng)磁場方向和原磁場方向一樣，也朝下。四一抓：用右手螺旋定則確定感應(yīng)電流的方向。根據(jù)右手螺旋定則，拇指指感應(yīng)磁場方向。握一下，四指握的就是電流方向。所以線圈中感應(yīng)電流方向應(yīng)該是這樣的。由此可見，電流方向的判斷方法依然適用。（二）右手定則咱們知道導(dǎo)體切割磁感線也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，那怎么判斷感應(yīng)電流的方向呢？用前面學(xué)的楞次定律當(dāng)然可以，但還有更簡單的方法。先來看這樣思考討論的例子。思考與討論：一根金屬棒CD放在金屬導(dǎo)軌上，當(dāng)金屬棒CD在磁場中向右運(yùn)動(dòng)時(shí)。我們研究的是哪個(gè)閉合導(dǎo)體回路?當(dāng)導(dǎo)體棒CD向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過這個(gè)閉合導(dǎo)體回路的磁通量是増大還是減小?（感應(yīng)電流的磁場應(yīng)該是沿哪個(gè)方向的?導(dǎo)體棒CD中的感應(yīng)電流是沿哪個(gè)方向的?解答：1.組成的閉合回路只有CDEF，所以研究的是CDEF。當(dāng)金屬棒向右運(yùn)動(dòng)時(shí),磁感應(yīng)強(qiáng)度不變，回路的面積增大所以穿過回路的磁通量增大。根據(jù)增反減同所以感應(yīng)磁場垂直紙面向外。4.用右手螺旋定則，可以知道回路中的感應(yīng)電流方向是逆時(shí)針的。用楞次定律來判斷，需要經(jīng)過四步，邏輯性強(qiáng)，過程繁瑣。有這樣一個(gè)更簡單的方法：伸開右手讓拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線垂直從手心進(jìn)入，拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)的方向，其余四指指的就是感應(yīng)電流的方向，這就是右手定則。右手定則使用非常方便?？催@個(gè)例子：U形磁鐵N極在上金屬棒向右運(yùn)動(dòng)，感應(yīng)電流朝哪兒呢？N極在上，所以磁感線是向下的。磁感線穿掌心，右手掌心向上，大拇指指向運(yùn)動(dòng)方向，此時(shí)四指向里，因此感應(yīng)電流的方向是向里的。在剛才的例子中，磁感應(yīng)強(qiáng)度必需與導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)方向和導(dǎo)線的感應(yīng)電流方向兩兩垂直?；氐絼偛诺睦?，使用右手定則來判斷感應(yīng)電流的方向，只需伸出右手即可。問題1：原來還學(xué)過左手定則，那什么時(shí)候用哪只手呢？1.右手定則與左手定則右手定則，用來判斷導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生電流方向的，還有就判斷電流磁效應(yīng)產(chǎn)生的磁感線的方向。左手定則，用來判斷通電導(dǎo)線在磁場中所受安培力的方向或者運(yùn)動(dòng)電荷在磁場中所受洛倫茲力的方向?？梢院唵胃爬ǎ骸傲Α薄柏毕蜃筮叀笫?，“電和線”→“し”都是向右邊→右手。聯(lián)系：“四指”和“手掌”的放法和意義是相同的，唯一不同的是拇指的意義。四指都是指向電流方向，磁感線都是扎手心。問題2：咱已經(jīng)學(xué)過了右手定則和楞次定律，它們都可以判斷感應(yīng)電流的方向，那兩者之間是什么關(guān)系呢？2.右手定則與楞次定律楞次定律右手定則區(qū)別研究對象整個(gè)閉合回路切割磁感線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體適用范圍各種電磁現(xiàn)象只適用于一段導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)的情況應(yīng)用用于磁感強(qiáng)度隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象較方便用于導(dǎo)體切割磁感線產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象較方便聯(lián)系右手定則是楞次定律的特例楞次定律的使用范圍更廣，右手定則可以看做楞次定律的一種特殊情況。課堂練習(xí)例1：在圖中，線圈M和線圖P繞在同一個(gè)鐵芯上。(1)當(dāng)閉合開關(guān)S的一瞬間，線圈P中感應(yīng)電流的方向如何?(2)當(dāng)斷開開關(guān)S的一瞬間，線圈P中感應(yīng)電流的方向如何?解：按照步驟來看，一方向：先找原磁場的方向。開關(guān)閉合瞬間，M中的電流方向是這樣的，根據(jù)右手螺旋定則，磁場方向是這樣的向右，磁場可以沿著鐵芯傳遞，因此P線圈中原磁場的方向是向右的。二變化：明確磁通量的變化。開關(guān)閉合瞬間，P線圈中的磁場迅速增強(qiáng)，穿過線圈p中的磁通量增加。三阻礙：根據(jù)原磁場方向和磁能量變化，利用增反減同。原磁場磁通量增加，感應(yīng)磁場方向和原磁場方向相反，向左。四一抓：用右手螺旋定則確定感應(yīng)電流的方向。根據(jù)右手螺旋定則，拇指指感應(yīng)磁場方向。握一下，四指握的就是電流方向。所以線圈p中感應(yīng)電流方向應(yīng)該是這樣的：從左過電流表到右。開關(guān)斷開與之相反。例2：在圖中CDEF是金屬框，框內(nèi)存在著如圖所示的勻強(qiáng)磁場。當(dāng)導(dǎo)體MN向右移動(dòng)時(shí)，請用楞次定律判斷MNDC和MNEF兩個(gè)電路中感應(yīng)電流的方向。解法一：導(dǎo)體棒運(yùn)動(dòng)，直接用右手定則。磁感線是向下的，磁感線穿掌心，右手掌心向上，大拇指指向運(yùn)動(dòng)方向，此時(shí)四指向由M到N，因此感應(yīng)電流的方向是從M到N。電流到達(dá)N節(jié)點(diǎn)后向兩邊分流，所以有MNDC中感應(yīng)電流方向：M→N→C→D→M，MNEF中感應(yīng)電流方向：M→N→F→E→M。也可用楞次定律。解法二：按照步驟來看一方向：先找原磁場的方向。先研究MNDC，MNDC磁場方向是垂直紙面向里。二變化：明確磁通量的變化。MN向右移動(dòng)，MNDC的面積減少，所以磁通量減少。三阻礙：根據(jù)原磁場方向和磁能量變化，利用增反減同。原磁場磁通量減少，感應(yīng)磁場方向和原磁場方向相同，垂直紙面向里。四一抓：用右手螺旋定則確定感應(yīng)電流的方向。根據(jù)右手螺旋定則，拇指指感應(yīng)磁場方向。握一下，四指握的就是電流方向。所以線框MNDC中感應(yīng)