第1节 第1课时 实验探究影响感应电流方向的因素（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版2019 福建专版）

第2章 电磁感应 及其应用 科学探究:感应电流的方向 第 1 节 课标要求 学习目标 理解楞次定律。 1.能理解楞次定律的内涵。 2.能从能量的角度分析解释楞次定律。 3.能完成“探究影响感应电流方向的因素”等物理实验,并得到结论。 4.有较强的动手操作实验的能力,能体会楞次定律的物理之美。 1 实验准备——原理、器材和装置 2 实验操作——过程、细节和反思 CONTENTS 目录 3 实验考法——基础、变通和创新 4 训练评价——巩固、迁移和发展 实验:探究影响感应电流方向的因素 (实验课—基于经典科学探究) 第1课时 实验准备——原理、器材和装置 一、实验装置 二、实验原理 将磁铁的不同磁极插入、拔出螺线管,观察感应电流方向的变化。通过分析感应电流的方向与磁铁的磁场方向、通过线圈的磁通量的变化之间的关系,探究影响感应电流方向的因素。 实验操作——过程、细节和反思 一、实验步骤 　 1.明确电流计指针的偏转方向和通过电流计的电流流向的关系。 (1)将电流计、电池组、开关和导线连接成电路。 (2)通过试触法得到电流计指针的偏转方向和 通过电流计的电流流向之间的关系。如图所示,得 到结论左进左偏、右进右偏。 2.观察螺线管上漆包线的绕向。 (1)通过相同方向感应电流时,漆包线的绕向不同,感应电流产生的磁场方向不同,如图所示。 (2)通过观察螺线管的漆包线的绕向,便可确定感应电流产生的磁场方向。如图所示。 3.记录电流计指针的偏转情况。 (1)把条形磁铁的N极插入螺线管,稍作停留,再从螺线管中拔出,如图1、2组所示。记录电流计指针的偏转方向与N极插入、拔出之间的关系,填入表格。 (2)把条形磁铁的S极插入螺线管,稍作停留,再从螺线管中拔出,如图3、4组所示。记录电流计指针的偏转方向与S极插入、拔出之间的关系,填入表格。 二、数据处理 1.数据收集记录 条形磁铁运动情况 N极插入 N极拔出 S极插入 S极拔出 穿过螺线管的磁通量的变化         感应电流的方向         感应电流的磁场方向与条形磁铁的磁场方向比较         2.实验结论 (1)当穿过线圈的磁通量增加时,感应电流的磁场的方向与原磁场的方向相反。 (2)当穿过线圈的磁通量减少时,感应电流的磁场的方向与原磁场的方向相同。 1.实验过程中应注意哪些操作安全问题? 提示:①使用电流计时,不要超过它的量程,以免损坏电流计。 ②磁铁要轻拿轻放,以免摔断。 关键点反思 2.判断感应电流方向与哪些因素有关时,利用线圈绕向(即感应电流的方向)方便还是利用感应电流产生的磁场方向方便? 提示:利用感应电流产生的磁场方向判断感应电流方向的影响因素更方便。 3.若磁铁不动、螺线管动,实验结果如何? 提示:磁铁不动、螺线管动,会产生和螺线管不动、磁铁动相同的结论。 实验考法——基础、变通和创新 [例1]　(2024·成都高二联考)某同学用如图所示的电路探究影响感应电流方向的因素,G为灵敏电流计(已知电流由“+”接线柱流入,指针向右偏转;电流由“-”接线柱流入,指针向左偏转),采用如下步骤完成实验: 考法(一)　实验基本操作 (1)如图(a),将条形磁铁的N极向下插入线圈的过程中,该同学发现灵敏电流计的指针　　　　　(填“向左偏转”“向右偏转”或“不偏转”)。  [解析]　将条形磁铁的N极向下插入线圈的过程中,穿过线圈的磁通量增大,感应电流的磁场与条形磁铁在线圈内产生的磁场方向相反,即感应电流的磁场方向向上,根据右手螺旋定则可知,感应电流从灵敏电流计的“-”接线柱流入,指针向左偏转。 向左偏转 (2)如图(b),将条形磁铁的S极向上抽出线圈的过程中,该同学发现灵敏电流计的指针　　　　　(填“向左偏转”“向右偏转”或“不偏转”)。  [解析]　将条形磁铁的S极向上抽出线圈的过程中,穿过线圈的磁通量减小,感应电流的磁场与条形磁铁在线圈内产生的磁场方向相同,即感应电流的磁场方向向上,根据右手螺旋定则可知,感应电流从灵敏电流计的“-”接线柱流入,指针向左偏转。 向左偏转 (3)经过多次实验操作,得出结论:当穿过线圈的磁通量增大时,感应电流的磁场方向与条形磁铁在线圈内产生的磁场方向　　　　　(填“相同”“相反”或“没有关系”);当穿过线圈的磁通量减小时,感应电流的磁场方向与条形磁铁在线圈内产生的磁场方向　　　　(填“相同”“相反”或“没有关系”)。  相反　 相同 [解析]　经过多次实验操作,可总结结论:当穿过线圈的磁通量增大时,感应电流的磁场方向与条形磁铁在线圈内产生的磁场方向相反;当穿过线圈的磁通量减小时,感应电流的磁场方向与条形磁铁在线圈内产生的磁场方向相同。 考法(二)　实验器材的考查 [例2]　在“探究影响感应电流方向的因素”的实验中, (1)提供了如图甲所示的实验器材,用笔画线代替导线,将实验仪器连接成完整的实验电路。 [解析]　电路图如图所示。 (2)为了能明确感应电流的具体方向,有一个如图乙所示的重要实验步骤: 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　 　　　　　　。  该步骤实验所用电阻R的取值中比较合理的是　　　　。 A.1 Ω　　　　　　　　 B.50 Ω C.100 Ω D.5 kΩ 查明灵敏电流计指针偏转方向和电流方向间的关系 D [解析]　为了能明确感应电流的具体方向,有一个题图乙所示的重要实验步骤,是查明灵敏电流计指针偏转方向和电流方向间的关系。由于题图甲实验中产生的感应电流很小,则选用的灵敏电流计的量程也很小,为保护灵敏电流计,则题图乙实验所用电阻R要取相对比较大的电阻,故选D。 (3)闭合图甲开关的瞬间观察到电流计指针向右偏转,那么在将线圈L1拔出线圈L2的过程中,灵敏电流计将向　　　　(选填“左”或“右”)偏转。  [解析]　由于闭合题图甲开关的瞬间观察到电流计指针向右偏转,说明穿过L2的磁通量增大时,电流计指针向右偏转;将线圈L1拔出线圈L2的过程中,穿过L2的磁通量减小,指针将向左偏。 左 考法(三)　源于经典实验的创新考查 [例3]　某兴趣小组在探究感应电流的产生条件和影响感应电流方向的因素。 (1)图a中,将条形磁铁从图示位置先向上后向下移动一小段距离,出现的现象是　　　。  A.灯泡A、B均不发光 B.灯泡A、B交替短暂发光 C.灯泡A短暂发光、灯泡B不发光 D.灯泡A不发光、灯泡B短暂发光 √ [解析]　条形磁铁向上移动一小段距离,穿过螺线管的磁感线减少,向下移动一小段距离,穿过螺线管的磁感线增加,移动方向不同,产生的感应电流方向不同,根据二极管具有单向导电性可知灯泡A、B交替短暂发光,A、C、D错误,B正确。 (2)通过实验得知:当电流从图b中电流计的正接线柱流入时指针向右偏转;则当磁体　　　　(选填“向上”或“向下”)运动时,电流计指针向右偏转。  [解析]　当磁体向上运动时,穿过螺线管的磁通量为竖直向下减少,根据楞次定律,可知线圈中的感应电流产生的磁场竖直向下,根据右手螺旋定则可知电流从正接线柱流入,指针向右偏;故磁体向上运动。 向上 (3)为进一步探究影响感应电流方向的因素,该小组设计了如图c的电路,请用实线完成其余部分电路的连接。 [解析]　根据感应电流产生的条件可知,要想进一步探究影响感应电流方向的因素,需要组成一个闭合回路,还需要一个含有电源的电路形成一个电磁铁,电路连接如图所示: (4)若图c电路连接正确,在闭合开关前,滑动变阻器滑片应移至最　　(选填“左”或“右”)端。  [解析]　闭合开关瞬间,电路中电流增多,电磁铁的磁性增强,穿过螺线管的磁感线增多,会产生感应电流,为了防止产生的感应电流过大烧坏电流表,闭合开关前需要将滑动变阻器的滑片移到最左端。 左 (5)若图c电路连接正确,开关闭合瞬间,指针向左偏转,则将铁芯从线圈P中快速抽出时,观察到电流计指针　　　　。  A.不偏转　　B.向左偏转　　C.向右偏转 √ [解析]　开关闭合瞬间,穿过螺线管的磁通量增多,根据题意可知指针向左偏转,所以将铁芯从线圈P中快速抽出时,穿过螺线管的磁通量减少,观察到电流计指针向右偏转。故A、B错误,C正确。 [创新分析] (1)利用二极管单向导电性与电磁感应原理判断灯泡是否发光。 (2)根据电流计指针偏转方向判断磁体运动方向。 训练评价——巩固、迁移和发展 1.一灵敏电流计,当电流从它的正接线柱流入时,指针向正接线柱一侧偏转,现把它与一个线圈串联,将磁铁从线圈上方插入或拔出,请完成下列填空。 (1)图(a)中灵敏电流计指针的偏转方向为　　　　　(选填“偏向正极”或“偏向负极”)。  答案偏向正极 解析:磁铁向下运动,穿过线圈的磁通量增加,原磁场方向向下,根据楞次定律可知,感应电流方向俯视为逆时针方向,从正接线柱流入电流计,指针偏向正极。 (2)图(b)中磁铁下方的极性是　　　　(选填“N极”或“S极”)。  答案:S极 解析:由题图(b)可知,电流从负接线柱流入电流计,根据安培定则,感应电流的磁场方向向下,磁铁向下运动,磁通量增加,根据楞次定律可知,磁铁下方为S极。 (3)图(c)中磁铁的运动方向是　　　　(选填“向上”或“向下”)。  答案:向上 解析:磁场方向向下,电流从负接线柱流入电流计,根据安培定则,感应电流的磁场方向向下,根据楞次定律可知,磁通量减小,磁铁向上运动。 (4)图(d)中线圈从上向下看的电流方向是　　　　(选填“顺时针”或“逆时针”)。  答案:顺时针 解析:题图(d)中磁铁向下运动,穿过线圈的磁通量增加,原磁场方向向上,根据楞次定律判断,感应电流方向俯视为顺时针方向。 2.为判断线圈绕向,可将灵敏电流计G与线圈L连接,如图所示。已知线圈由a端开始绕至b端,当电流从电流计G右端流入时,指针向右偏转。将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时,发现指针向右偏转。 (1)在图中L上画上几匝线圈,以便能看清线圈绕向。 答案:见解析图　 解析:将磁铁N极向下从线圈上方竖直插入L时,穿过L的磁场向下,磁通量增大,由楞次定律可知,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反,感应电流磁场方向应该向上,电流计指针向右偏转,电流从电流计右端流入,由安培定则可知,俯视线圈,线圈绕向为逆时针,如图所示。 (2)当条形磁铁穿过线圈L后,向下远离L时,指针将指向　　　　。(选填“左侧”“右侧”或“中央”)  答案:左侧　 解析:当条形磁铁穿过线圈L后,向下远离L时,穿过L的磁通量向下减小,感应电流磁场方向应向下,由安培定则可知,感应电流方向为顺时针(俯视线圈),指针将向左偏转。 (3)当条形磁铁从图中的虚线位置向右远离L时,指针将指向　　。(选填“左侧”“右侧”或“中央”)  答案:右侧 解析:当条形磁铁从题图中虚线位置向右远离L时,穿过L的磁通量向上减小,感应电流磁场方向向上,由安培定则可知,感应电流方向为逆时针(俯视线圈),电流计指针向右偏转。 3.(2024·广东东莞高二检测)甲、乙两位同学利用如图所示装置探究影响感应电流方向的因素。 (1)如图a,请补齐连线。补齐线后,甲同学在断开开关时发现灵敏电流计指针向右偏转,下列操作中同样能使指针向右偏转的有　　　　。  A.闭合开关 B.开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动 C.开关闭合时将B线圈从A线圈中拔出 D.开关闭合时将B线圈倒置再重新插入A线圈中 答案:见解析图　CD 解析:将电源、开关、滑动变阻器、小螺线管串联成一个回路,再将电流计与大螺线管串联成另一个回路,实物连接如图所示: 断开开关时,B线圈中电流迅速减小,则A线圈中磁通量减小,出现感应电流,使灵敏电流计指针向右偏转;为了同样使指针向右偏转,应减小A线圈中的磁通量或增加A线圈中反向的磁通量;闭合开关,B线圈中的电流突然增大,则A线圈中的磁通量增大,故A错误;开关闭合时将滑动变阻器的滑片向左滑动,B线圈中的电流增大,则A线圈中的磁通量增大,故B错误;开关闭合时将B线圈从A线圈中拔出,则A线圈中的磁通量减小,故C正确;开关闭合时将B线圈倒置,再重新插入A线圈中,则A线圈中反向的磁通量增加,故D正确。 (2)为确切判断A线圈中的感应电流方向,应在实验前先查明灵敏电流计指针偏转方向与　　　的关系。  答案:电流方向　 解析:判断感应电流具体流向,应先查明灵敏电流计指针偏转方向与电流方向的关系。 (3)乙同学设计了如图b所示的装置来判断感应电流的方向。他先使用多用电表的欧姆挡对二极管正负极进行确认,某次测量时发现多用电表指针几乎没有偏转,说明此时黑表笔接触的是二极管的　　　　(选填“正极”或“负极”)。实验操作时将磁铁插入线圈时,只有灯　　　　(选填“C”或“D”)短暂亮起。  答案:负极　C 解析:多用电表指针没有偏转时,说明二极管的负极与多用电表内电源正极相连,根据多用电表红进黑出的操作原则,此时黑表笔接触的是二极管的负极。当磁铁插入线圈时,可判断线圈中产生逆时针方向(从上往下看)的感应电流,根据线圈绕向可知,灯C所在电路接通,灯C短暂亮起。 4.(2024·上海高二月考)某实验小组在“探究影响感应电流方向的因素”实验中,从实验室器材柜中发现除导线之外还有以下8种器材可选用。请回答以下问题: (1)确定灵敏电流计指针偏转方向与电流流向的关系时,需要选用的实验仪器是　　　;  答案:ACDG　 解析:灵敏电流计的量程较小,允许通过的电流较小,因此可以将电池、20 kΩ定值电阻、开关与灵敏电流计构成回路,通过电池的正负极确定电路中电流方向,从而确定电流进入灵敏电流计的方向与指针偏转方向之间的关系,因此需要选用的实验仪器是A、C、D、G。 (2)进行实验探究时,需要选用的实验仪器是　　　;  答案:AEF　 解析:由于实验目的是“探究影响感应电流方向的因素”,需要有磁场与闭合回路,根据给出的器材,磁场由条形磁铁产生,回路由灵敏电流计与线圈组成,因此进行实验探究时,需要选用的实验仪器是A、E、F。 (3)实验中,除了需要确定灵敏电流计指针偏转方向与电流流向的关系之外,还需要确定　　　;  答案:线圈绕行方向 解析:根据上述,通过灵敏电流计的偏转方向可以确定感应电流的方向,实验还需要确定线圈中感应电流产生的磁场方向与条形磁铁产生的磁场方向的关系,因此实验时还需要确定线圈的绕行方向。 (4)正确连接好实验电路,当N极插入线圈时,电流计的指针向右偏转,则条形磁铁的S极插入线圈的过程中,电流计的指针向　　　偏转(选填“左”或“右”)。  答案:左 解析:当N极插入线圈时,电流计的指针向右偏转,表明穿过线圈的磁通量向下增大时,电流计的指针向右偏转。当条形磁铁的S极插入线圈的过程中,穿过线圈的磁通量向上增大,可知电流计的指针向左偏转。 5.(1)在探究影响感应电流方向的因素实验中,除需要已知绕向的螺线管、条形磁铁外,还要用到一个电表,请从下列电表中选择　　　　。  A.量程为0~3 V的电压表 B.量程为0~3 A的电流表 C.量程为0~0.6 A的电流表 D.零刻度在中间的灵敏电流计 答案:D 解析:在探究楞次定律的实验中,除需要已知绕向的螺线管、条形磁铁外,还要用到一个零刻度在中间的灵敏电流计,故选D; (2)某同学按下列步骤进行实验: ①将已知绕向的螺线管与电表连接; ②设计表格,记录将磁铁N、S极插入或抽出过程中引起感应电流的磁场方向、磁通量的变化、感应电流的方向、感应电流的磁场方向; ③分析实验结果,得出结论。 上述实验中,漏掉的实验步骤是要查明　　　　　　　　　的关系。  答案:电表指针偏转方向与电流流入电表方向　 解析:依据以上操作,实验中,漏掉的实验步骤是要查明灵敏电流计指针偏转方向与电流流入灵敏电流计的方向的关系; (3)图甲为某实验小组利用微电流传感器做验证楞次定律实验时,在计算机屏幕上得到的波形。横坐标为时间t,纵坐标为电流I,根据图线分析知道:将条形磁铁的N极插入圆形闭合线圈时得到图甲中①所示图线。如图乙所示,现用该磁铁从很远处按原方向沿圆形线圈的轴线匀速运动,并穿过线圈向远处而去,则能较正确地反映线圈中电流I与时间t关系的图像是　　　　　。  答案:B 解析:条形磁铁的N极迅速插入感应线圈时,得到题图甲中①所示图线,现有如题图乙所示磁铁自远处匀速沿圆形线圈的轴线运动,并穿过线圈向远处而去,当磁铁靠近感应线圈时,感应电流方向为正方向;当磁铁远离感应线圈时,则感应电流方向为负方向,故选B。 $$