人教版高中物理 2.1 感应电流的方向 3课件 鲁科选修32.ppt

第第1节感感应电流的方向流的方向2021/8/9 星期一1课标课标定位定位学学习目目标：1.通通过探究探究实验得出楞次定律，体会得出楞次定律，体会实验乐趣，提高分析趣，提高分析问题的能力的能力2理解楞次定律，体会理解楞次定律，体会认识规律的律的过程，提高想象程，提高想象力和推理探究能力力和推理探究能力3掌握右手定掌握右手定则，并会用右手定，并会用右手定则和楞次定律判定和楞次定律判定感感应电流的方向流的方向重点重点难点：点：1.理解楞次定律、右手定理解楞次定律、右手定则2利用楞次定律判断感利用楞次定律判断感应电流的方向流的方向2021/8/9 星期一2 核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第第1 1节节课前自主学案课前自主学案2021/8/9 星期一3课前自主学案课前自主学案一、探究感一、探究感应电流的方向流的方向1实验装置装置图2112021/8/9 星期一42探究感探究感应电流方向的流方向的实验记录甲甲丙丙乙乙丁丁条形磁条形磁铁铁运运动动情况情况N极向下极向下插入插入线线圈圈N极向下极向下拔出拔出线线圈圈S极向下极向下插入插入线线圈圈S极向下拔极向下拔出出线线圈圈原磁原磁场场方向方向向下向下_向上向上向上向上穿穿过线过线圈的磁通量圈的磁通量变变化情况化情况增加增加减少减少_减少减少电电流表指流表指针针偏偏转转方向方向左偏左偏右偏右偏右偏右偏左偏左偏感感应电应电流在流在线线圈中的圈中的流向流向自下而上自下而上_自上而下自上而下自下而上自下而上感感应电应电流的磁流的磁场场方向方向向上向上_向下向下_原磁原磁场场与感与感应电应电流的流的磁磁场场方向关系方向关系相反相反_相同相同磁体磁体间间的作用情况的作用情况_吸引吸引排斥排斥_向下向下增加增加自上而下自上而下向下向下向上向上相同相同相反相反排斥排斥吸引吸引2021/8/9 星期一53.实验中中应注意的注意的问题(1)实验前前应首先首先查明明线圈中圈中电流的流向与流的流向与电流流表指表指针偏偏转方向之方向之间的关系的关系(2)感感应电流的磁流的磁场方向方向应根据根据_定定则和感和感应电流方向判定流方向判定(3)磁体磁体间的相互作用，可以将的相互作用，可以将产生感生感应电流的流的线圈等效圈等效为条形磁条形磁铁，则要据同名磁极相互要据同名磁极相互_异名磁极相互异名磁极相互_判断判断安培安培排斥排斥吸引吸引2021/8/9 星期一64实验结论一是当穿一是当穿过线圈的磁通量增加圈的磁通量增加时，感，感应电流流的磁的磁场与原磁与原磁场的方向的方向_；当穿；当穿过线圈的圈的磁通量减少磁通量减少时，感，感应电流的磁流的磁场与原磁与原磁场的的方向方向_，这种情况可由种情况可由图212表示表示 二是磁二是磁铁靠近靠近线圈圈时，两者，两者_，当磁，当磁铁远离离线圈圈时，两者，两者_相反相反相同相同相反相反相同相同2021/8/9 星期一7图2122021/8/9 星期一8思考感悟思考感悟1感感应电流的磁流的磁场总是与原磁是与原磁场方向相同方向相同吗？提示：不是，由上面的提示：不是，由上面的实验分析可知，当磁分析可知，当磁通量增加通量增加时，感，感应电流的磁流的磁场方向与引起感方向与引起感应电流的磁流的磁场方向相反；磁通量减少方向相反；磁通量减少时，感，感应电流的磁流的磁场方向与引起感方向与引起感应电流的磁流的磁场方方向相同向相同2021/8/9 星期一9二、楞次定律二、楞次定律感感应电流具有流具有这样的方向，即感的方向，即感应电流的磁流的磁场总要要_引起感引起感应电流的磁通量的流的磁通量的变化化阻碍阻碍2021/8/9 星期一10三、右手定三、右手定则1判定方法判定方法伸开右手，伸开右手，让拇指与其余四指在同一个平面内，拇指与其余四指在同一个平面内，使拇指与并使拇指与并拢的四指的四指_；让磁感磁感线垂直穿入垂直穿入手心，使拇指指向手心，使拇指指向_，其余四指，其余四指所指的方向就是所指的方向就是_的方向的方向2适用范适用范围适用于适用于闭合合电路部分路部分导体切割磁感体切割磁感线产生感生感应电流的情况流的情况垂直垂直导线运运动的方向的方向感感应电流流2021/8/9 星期一11思考感悟思考感悟2应用右手定用右手定则判断感判断感应电流方向流方向时，四指，四指所指的方向是高所指的方向是高电势端端还是低是低电势端？端？提示：高提示：高电势端，因四指所指端，因四指所指为电源内部源内部电流，流，故故为高高电势端端2021/8/9 星期一12核心要点突破核心要点突破一、楞次定律的理解及一、楞次定律的理解及应用用1因果关系：楞次定律反映了因果关系：楞次定律反映了电磁感磁感应现象中象中的因果关系，磁通量的因果关系，磁通量发生生变化是原因，化是原因，产生感生感应电流是流是结果，原因果，原因产生生结果，果，结果反果反过来影来影响原因响原因2021/8/9 星期一132“阻碍阻碍”的理解的理解2021/8/9 星期一143应用楞次定律判断感用楞次定律判断感应电流方向的思路流方向的思路(1)明确研究明确研究对象是哪一个象是哪一个闭合合电路路(2)明确原磁明确原磁场的方向的方向(3)判断判断闭合回路内原磁合回路内原磁场的磁通量是增加的磁通量是增加还是减少是减少(4)由楞次定律判断感由楞次定律判断感应电流的磁流的磁场方向方向(5)由安培定由安培定则判断感判断感应电流的方向流的方向2021/8/9 星期一154“阻碍阻碍”的表的表现形式形式楞次定律中的楞次定律中的“阻碍阻碍”的作用，正是能的的作用，正是能的转化和守化和守恒定律的反映，在克服恒定律的反映，在克服“阻碍阻碍”的的过程中，其他形程中，其他形式的能式的能转化化为电能，常能，常见的情况有以下四种：的情况有以下四种：(1)阻碍原磁通量的阻碍原磁通量的变化化(增反减同增反减同)；(2)阻碍阻碍导体的相体的相对运运动(来拒去留来拒去留)；(3)通通过改改变线圈面圈面积来来“反抗反抗”(扩大或大或缩小小)；(4)阻碍自身阻碍自身电流的流的变化化(自感自感现象在下一象在下一节学学习)2021/8/9 星期一16即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)1根据楞次定律知：感根据楞次定律知：感应电流的磁流的磁场一定是一定是()A阻碍引起感阻碍引起感应电流的磁通量流的磁通量B与引起感与引起感应电流的磁流的磁场方向相反方向相反C阻碍引起感阻碍引起感应电流的磁流的磁场的磁通量的的磁通量的变化化D与引起感与引起感应电流的磁流的磁场方向相同方向相同解析：解析：选C.由楞次定律知，感由楞次定律知，感应电流的磁流的磁场总是是阻碍引起感阻碍引起感应电流的磁通量的流的磁通量的变化，两磁化，两磁场方向方向关系关系满足足“增反减同增反减同”，故，故选项C正确正确2021/8/9 星期一17二、楞次定律与右手定二、楞次定律与右手定则的比的比较1从研究从研究对象来象来说：楞次定律研究的是：楞次定律研究的是闭合回路，合回路，右手定右手定则研究的是研究的是闭合回路的一部分，即切割磁合回路的一部分，即切割磁感感线的那一段的那一段导体体2从从应用范用范围来来说：楞次定律一般：楞次定律一般应用于由磁通用于由磁通量量变化化产生的生的电磁感磁感应现象象(包括包括导体切割磁感体切割磁感线的情况的情况)，而右手定，而右手定则只适用于只适用于导体切割磁感体切割磁感线产生的生的电磁感磁感应现象象3从从产生的生的电动势来来说：由楞次定律得出的是，：由楞次定律得出的是，闭合回路相当于合回路相当于电源；由右手定源；由右手定则得出的是，部得出的是，部分分导体相当于体相当于电源源2021/8/9 星期一18特特别提醒：提醒：(1)在在电磁感磁感应中，无中，无论电路是否路是否闭合，都可以假定合，都可以假定电路是路是闭合的，合的，则电路不路不闭合合时感感应电动势的方向，跟的方向，跟电路路闭合合时感感应电流流的方向是相同的即感的方向是相同的即感应电动势的方向就是感的方向就是感应电流的方向流的方向(2)部分部分导体切割磁感体切割磁感线产生的感生的感应电动势，是，是从低从低电势指向高指向高电势的的2021/8/9 星期一19即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)2一航天一航天飞机下有一机下有一细金属杆，杆指向地心若金属杆，杆指向地心若仅考考虑地磁地磁场的影响的影响则当航天当航天飞机位于赤道上机位于赤道上空空()A由由东向西水平向西水平飞行行时，金属杆中感，金属杆中感应电动势的方向一定由上向下的方向一定由上向下B由西向由西向东水平水平飞行行时，金属杆中感，金属杆中感应电动势的方向一定由上向下的方向一定由上向下C沿沿经过地磁极的那条地磁极的那条经线由南向北水平由南向北水平飞行行时，金属杆中感，金属杆中感应电动势的方向一定由下向上的方向一定由下向上D沿沿经过地磁极的那条地磁极的那条经线由北向南水平由北向南水平飞行行时，金属杆中一定有感，金属杆中一定有感应电动势2021/8/9 星期一20解解析析：选A.地地球球赤赤道道上上空空的的地地磁磁场分分布布如如图所所示示(俯俯视图)飞机机下下的的细金金属属杆杆只只能能看看到到一一个个剖剖面面，当当飞机机由由东向向西西飞行行时，由由右右手手定定则可可知知，感感应电动势的的方方向向由由上上向向下下，故故A正正确确，B错误；当当飞行行方方向向由由南南向向北北(或或由由北北向向南南)时，金金属属杆杆不不切切割割磁磁感感线，故故不不产生生感感应电动势，故故C、D错误，故，故选A.2021/8/9 星期一21三、楞次定律与能量守恒三、楞次定律与能量守恒1电磁感磁感应中的能量中的能量转化化图213电磁感磁感应现象中，感象中，感应电流的能量流的能量(电能能)不能无中不能无中生有，只能从其他形式的能量生有，只能从其他形式的能量转化化过来，外力克服来，外力克服磁磁场力做功，正是力做功，正是这个个转化的量度，如化的量度，如图213所示，当条形磁所示，当条形磁铁靠近靠近线圈圈时，线圈中圈中产生生图示方示方向的向的电流，而流，而这个感个感应电流流产生的磁生的磁场对条形磁条形磁铁产生斥力，阻碍条生斥力，阻碍条2021/8/9 星期一22形磁形磁铁的靠近，必的靠近，必须有外力克服有外力克服这个斥力做功，个斥力做功，它才能移近它才能移近线圈；当条形磁圈；当条形磁铁离开离开线圈圈时，感，感应电流方向与流方向与图中所示方向相反，感中所示方向相反，感应电流流产生的生的磁磁场对磁磁铁产生引力，阻碍条形磁生引力，阻碍条形磁铁的离开的离开这里外力做功的里外力做功的过程就是其他形式的能程就是其他形式的能转化化为电能能的的过程程2电磁感磁感应中的能量守恒中的能量守恒“阻碍阻碍”的的结果，是果，是实现了其他形式的能向了其他形式的能向电能能转化，如果没有化，如果没有“阻碍阻碍”，将，将违背能量守恒定律，可背能量守恒定律，可以得出以得出总能量增加的能量增加的错误结论所以楞次定律体所以楞次定律体现了在了在电磁感磁感应现象中能的象中能的转化与守恒，能量守化与守恒，能量守恒定律也要求感恒定律也要求感应电流的方向服从楞次定律流的方向服从楞次定律2021/8/9 星期一23即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)3.如如图214所示，用一根所示，用一根长为L质量不量不计的的细杆与一个上弧杆与一个上弧长为l0、下弧、下弧长为d0的金属的金属线框的中点框的中点连接并接并悬挂于挂于O点，点，悬点正下方存在点正下方存在一个上弧一个上弧长为2l0、下弧、下弧长为2d0的方向垂直的方向垂直纸面向里的匀面向里的匀强磁磁场，且，且d0L.先将先将线框拉开到框拉开到如如图所示位置，松手后所示位置，松手后让线框框进入磁入磁场，忽略，忽略空气阻力和摩擦力下列空气阻力和摩擦力下列说法正确的是法正确的是()2021/8/9 星期一24图2142021/8/9 星期一25A金属金属线框框进入磁入磁场时感感应电流的方向流的方向为abcdaB金属金属线框离开磁框离开磁场时感感应电流的方向流的方向为adcbaC金属金属线框框dc边进入磁入磁场与与ab边离开磁离开磁场的的速度大小速度大小总是相等是相等D向左向左摆动进入或离开磁入或离开磁场的的过程中，所受程中，所受安培力方向向右；向右安培力方向向右；向右摆动进入或离开磁入或离开磁场的的过程中，所受安培力方向向左程中，所受安培力方向向左2021/8/9 星期一26解解析析：选D.当当线框框进入入磁磁场时，dc边切切割割磁磁感感线，由由楞楞次次定定律律可可判判断断，感感应电流流的的方方向向为：adcba；当当线框框离离开开磁磁场时，同同理理可可判判其其感感应电流流的的方方向向为：abcda，故故A、B选项错；线框框dc边(或或ab边)进入入磁磁场或或离离开开磁磁场时，都都要要切切割割磁磁感感线产生生感感应电流流，机机械械能能转化化为电能能，故故dc边进入入磁磁场与与ab边离离开开磁磁场的的速速度度大大小小不不相相等等，C错；由由“来来拒拒去去留留”知知，D对2021/8/9 星期一27课堂互动讲练课堂互动讲练类型一类型一 某某实验小小组用如用如图215所示的所示的实验装置来装置来验证楞次定律当条形磁楞次定律当条形磁铁自上而下穿自上而下穿过固定的固定的线圈圈时，通，通过电流流计的感的感应电流方向是流方向是()AaGbB先先aGb，后，后bGaCbGaD先先bGa，后，后aGb例例例例1 1楞次定律的楞次定律的应用用图2152021/8/9 星期一28【精精讲精析精析】确定原磁确定原磁场的方向：条形磁的方向：条形磁铁在穿入在穿入线圈的圈的过程中，磁程中，磁场方向向下方向向下明确回路中磁通量明确回路中磁通量变化情况：向下的磁通量化情况：向下的磁通量增加增加由楞次定律的由楞次定律的“增反减同增反减同”可知：可知：线圈中感圈中感应电流流产生的磁生的磁场方向向上方向向上应用安培定用安培定则可以判断感可以判断感应电流的方向流的方向为逆逆时针(俯俯视)，即：从，即：从bGa.同理可以判断：条形磁同理可以判断：条形磁铁穿出穿出线圈圈过程中，向程中，向下的磁通量减小，由楞次定律可得：下的磁通量减小，由楞次定律可得：线圈中将圈中将产生生顺时针的感的感应电流流(俯俯视)，电流从流从aGb.2021/8/9 星期一29【答案答案】D【规律律总结】应用楞次定律判断感用楞次定律判断感应电流的流的方向，一般步方向，一般步骤也可概括也可概括为下列四句下列四句话：“明明确增减和方向，确增减和方向，增反减同增反减同切莫忘，安培定切莫忘，安培定则来判断，四指来判断，四指环绕是流向是流向”2021/8/9 星期一30 如如图216所示，水平放置的平行光滑所示，水平放置的平行光滑导轨，导轨间距离距离为L1 m，左端接有定，左端接有定值电阻阻R2.金属棒金属棒PQ与与导轨良好接触，良好接触，PQ的的电阻阻为r0.5，导轨电阻不阻不计，整个装置，整个装置处于磁感于磁感应强度度为B1 T，方向，方向竖直向下的匀直向下的匀强磁磁场中，中，现使使PQ在水平向在水平向右的恒力右的恒力F2 N作用下运作用下运动求：求：类型二类型二右手定右手定则的的应用用例例例例2 2图2162021/8/9 星期一31(1)棒棒PQ中感中感应电流的方向；流的方向；(2)棒棒PQ中哪端中哪端电势高；高；(3)棒棒PQ所受安培力方向；所受安培力方向；(4)棒棒PQ的最大速度的最大速度【精精讲精析精析】棒棒PQ在恒力在恒力F作用下运作用下运动，产生感生感应电流，因而受安培力作用，随着速度的流，因而受安培力作用，随着速度的增大，安培力也增大，当安培力大小与恒力增大，安培力也增大，当安培力大小与恒力F相相等等时，棒，棒PQ将做匀速运将做匀速运动，速度达到最大，速度达到最大(1)由右手定由右手定则知感知感应电流方向流方向为QP.(2)棒棒PQ运运动产生感生感应电动势，相当于，相当于电源，因源，因电源内部源内部电流由低流由低电势流向高流向高电势，所以，所以P端端电势高于高于Q端端电势2021/8/9 星期一322021/8/9 星期一33【答案答案】(1)QP(2)P端端(3)向左向左(4)5 m/s【规律律总结】(1)根据不同的条件，合理根据不同的条件，合理选择适适当的方法来判断感当的方法来判断感应电流的方向用右手定流的方向用右手定则判判断断时，把切割磁感，把切割磁感线的的导体作体作为电源，在源，在电源内源内部，部，电流从低流从低电势(负极极)流向高流向高电势(正极正极)(2)导体运体运动切割磁感切割磁感线产生感生感应电流是磁通量流是磁通量发生生变化引起感化引起感应电流的特例，所以判定感流的特例，所以判定感应电流流方向的右手定方向的右手定则也是楞次定律的特例用右手定也是楞次定律的特例用右手定则能判定的，一定也能用楞次定律来判定只是能判定的，一定也能用楞次定律来判定只是不少情况下，不如用右手定不少情况下，不如用右手定则判定来得方便判定来得方便简单2021/8/9 星期一34类型三类型三电磁感磁感应中的中的图象象问题 如如图217所示，由均匀所示，由均匀电阻阻丝做成的正做成的正方形方形线框框abcd边长为L，总电阻阻为R，现将将线框框以与以与ab边垂直且以水平向右的速度垂直且以水平向右的速度v匀速穿匀速穿过一一宽度度为2L、磁感、磁感应强度度为B的匀的匀强磁磁场区域，整区域，整个个过程中程中ab、cd两两边始始终保持与磁保持与磁场边界平行界平行从从cd边刚与磁与磁场左左边界重合界重合时开始开始计时，若，若规定定电流沿流沿abcda流流动的方向的方向为正方向，正方向，试画出画出线框中感框中感应电流随流随时间变化的化的图象象例例例例3 32021/8/9 星期一35图217【思路点思路点拨】解答本解答本题时应把握以下两点：把握以下两点：(1)先判断感先判断感应电流的方向流的方向(2)计算出每个算出每个时间段感段感应电流的大小流的大小2021/8/9 星期一362021/8/9 星期一37【答案答案】见自主解答自主解答2021/8/9 星期一38图2182021/8/9 星期一39变式式训练(2020年年高高考考海海南南卷卷)如如图219，EOF和和EOF为空空间一一匀匀强磁磁场的的边界界，其其中中EOEO，FOFO，且且EOOF；OO为EOF的的角角平平分分线，OO间的的距距离离为l；磁磁场方方向向垂垂直直于于纸面面向向里里一一边长为l的的正正方方形形导线框框沿沿OO方方向向匀匀速速通通过磁磁场，t0时刻刻恰恰好好位位于于图示示位位置置规定定导线框框中中感感应电流流沿沿逆逆时针方方向向时为正正，则感感应电流流i与与时间t的的关关系系图线可能正确的是可能正确的是()2021/8/9 星期一40图219图21102021/8/9 星期一41解解析析：选B.当当线框框左左边进入入磁磁场时，线框框上上的的电流流方方向向为逆逆时针，直直至至线框框右右边完完全全进入入磁磁场；当当右右边一一半半进入入磁磁场，左左边一一半半开开始始出出磁磁场，此此后后线圈圈中中的的电流流方方向向为顺时针当当线框框左左边进入入磁磁场时，切切割割磁磁感感线的的有有效效长度度均均匀匀增增加加，故故感感应电动势、感感应电流流均均匀匀增增加加，当当左左边完完全全进入入磁磁场，右右边还没没有有进入入时，感感应电动势、感感应电流流达达最最大大，且且直直到到右右边将将要要进入入磁磁场这一一段段时间内内均均不不变，当当右右边进入入磁磁场时，左左边开开始始出出磁磁场，这时切切割割磁磁感感线的的有有效效长度度均均匀匀减减小小，感感应电动势、感感应电流流均均减减小小，且且左左、右右两两边在在磁磁场中中长度度相相等等时为零零，之之后后再再反反向向均均匀匀增增加加至至左左边完完全全出出来来，到到右右边到到达达左左边界界时电流流最最大大且且不不变，直直到再次减小故到再次减小故B正确正确2021/8/9 星期一42知能优化训练知能优化训练2021/8/9 星期一43本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此点此进进入入课课件目件目录录按按ESC键键退出全屏播放退出全屏播放谢谢谢谢使用使用2021/8/9 星期一442021/8/9 星期一45