第1节 感应电流的方向（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（粤教版2019）

第二章　电磁感应 第一节　感应电流的方向 核心素养导学 物理观念 (1)理解楞次定律，知道楞次定律是能量守恒的反映。 (2)理解右手定则，知道右手定则是楞次定律的一种具体形式。 科学思维 (1)会用楞次定律判断感应电流的方向。 (2)会用右手定则判断感应电流的方向。 (3)经历推理分析得出楞次定律的过程。 科学探究 能撰写规范的实验报告，能根据实验中的问题提出改进措施。 科学态度与责任 体会在楞次定律探究过程中归纳推理的方法。 一、影响感应电流方向的因素 1．探究过程 将线圈与电流表组成闭合导体回路，分别将条形磁体的N极、S极插入、抽出线圈，如图1所示，记录感应电流方向如图2所示。 2．实验结论 (1)当原磁通量减小时，感应电流产生的磁场的方向与原磁场的方向_______，______磁通量的减小。 (2)当原磁通量增大时，感应电流产生的磁场的方向与原磁场的方向_______，______磁通量的增大。 穿过闭合回路的磁通量发生变化时产生感应电流，感应电流的磁场反过来阻碍原磁场磁通量的变化。　　 相同 阻碍 相反 阻碍 二、楞次定律 1．内容 闭合回路中感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要______引起感应电流的_______的变化。 2．理解 (1)电磁感应现象中各物理量之间的逻辑关系： 阻碍 磁通量 (2)对“阻碍”的理解：当引起感应电流的磁通量增加时，感应电流产生的磁场的方向与原磁场方向______，它的作用只是阻碍了磁通量的增加，并没有把磁通量增加这种行为_______，即“阻碍”并不是“阻断”。 3．能量观点 (1)产生感应电流的过程是其他形式的能量转化为线圈中的电能，电能再转化为回路中的_____的过程。 (2)楞次定律是__________定律在电磁感应现象中的体现。 相反 阻断 内能 能量守恒 三、右手定则 1．内容 伸开右手，使拇指与其余四个手指______，并且都与手掌在同 一个平面内。让_______垂直穿入手心，______指向导体运动的方 向，这时其余四指所指的方向就是感应电流的方向。 2．适用范围 适用于闭合电路部分导体_____________产生感应电流的情况。 (1)“阻碍”的理解：①阻碍不是相反；②阻碍不是阻止。 (2)右手定则是楞次定律的一种具体表现形式。　　 垂直 磁感线 拇指 切割磁感线 1．应用如图所示的装置探究感应电流的方向，判断下列说法是否正确。 (1)感应电流的磁场总是与原磁场方向相反。 ( ) (2)感应电流的磁场可以与原磁场方向相同。 ( ) (3)感应电流的磁场一定阻碍原磁场磁通量的变化。 ( ) × √ √ 2．如图所示的电路中，闭合开关时，灵敏电流计的指针向右偏转一下。 (1)闭合开关电路稳定后，灵敏电流计指针指向何位置？ (2)断开开关时，灵敏电流计指针向哪个方向偏转？ (3)滑动变阻器滑片迅速向右滑动，灵敏电流计的指针向哪个方向偏转？ 提示：(1)零刻度　(2)左　(3)左 3．在通电直导线附近有一闭合线圈abcd，如图所示。当直导线中的电流强度I逐渐减小时，试判断线圈中感应电流的磁场方向。 提示：垂直纸面向里。 [重点释解] 1．因果关系 闭合导体回路中原磁通量的变化是产生感应电流的原因，而感应电流的磁场的产生是感应电流存在的结果，即只有当闭合导体回路中的磁通量发生变化时，才会有感应电流的磁场出现。 2．楞次定律中“阻碍”的含义 [典例体验] [典例]　如图所示电路，若将滑动变阻器滑片向上移动，则a、b环中感应电流的方向是 (　 ) A．a环顺时针，b环顺时针 B．a环顺时针，b环逆时针 C．a环逆时针，b环顺时针 D．a环逆时针，b环逆时针 [解析]　电路中电流的方向为逆时针方向，由安培定则可知，在a处的磁场方向垂直于纸面向外，在b处的磁场的方向垂直于纸面向里；当滑动变阻器滑片向上移动时，接入电路中的电阻值增大，所以电路中的电流减小，则向外穿过a 的磁通量减小，由楞次定律可知，a环产生的感应电流的方向为逆时针方向；同时向里穿过b的磁通量也减小，由楞次定律可知，b环产生的感应电流的方向为顺时针方向，A、B、D错误，C正确。 [答案]　C /方法技巧/ 使用楞次定律的一般解题步骤 [针对训练] 1．下列选项是某同学记录的演示楞次定律的实验笔记，经检查，不符合实验事实的是 (　 ) 解析：条形磁铁靠近线圈，原磁场方向向下，导致线圈中磁通量增加，由楞次定律可知感应电流的磁场方向向上，根据安培定则即可以确定电流的流向，且线圈与条形磁铁相互排斥，A符合实验事实；条形磁铁离开线圈，原磁场方向向下，导致线圈中磁通量减少，由楞次定律可知感应电流的磁场方向向下，根据安培定则即可以确定电流的流向，且线圈与条形磁铁相互吸引，B符合实验事实；条形磁铁靠近线圈，原磁场方向向上，导致线圈中磁通量增加，由楞次定律可知感应电流的磁场方向向下，根据安培定则即可以确定电流的流向标错，C不符合实验事实；条形磁铁离开线圈，原磁场方向向上，导致线圈中磁通量减少，由楞次定律可知感应电流的磁场方向向上，根据安培定则即可以确定电流的流向，且线圈与条形磁铁相互吸引，D符合实验事实。 答案：C　 2．如图所示，两匀强磁场的磁感应强度B1和B2大小相等、方向相 反。金属圆环的直径与两磁场的边界重合。下列变化会在环中 产生顺时针方向感应电流的是 (　 ) A．同时增大B1减小B2 B．同时减小B1增大B2 C．同时以相同的变化率增大B1和B2 D．同时以相同的变化率减小B1和B2 解析：当同时增大B1减小B2时，通过金属圆环的总磁通量增加，且方向垂直纸面向里，根据楞次定律知，感应电流产生的磁场方向应为垂直纸面向外，根据右手螺旋定则知，此时金属圆环中产生逆时针方向的感应电流，A项错误；同理当同时减小B1增大B2时，金属圆环中产生顺时针方向的感应电流，B项正确；当同时以相同的变化率增大或减小B1和B2时，金属圆环中的总磁通量没有变化，仍然为0，金属圆环中无感应电流产生，C、D项均错误。 答案：B　 提示：将圆盘看作是由无数条沿半径方向的辐条组成的，圆盘转动时，辐条做切割磁感线运动，产生感应电流；由右手定则可以判断，流过电阻R的电流方向为由b→a。　　　　 [重点释解] 1．当切割磁感线时四指的指向就是感应电流的方向，即感应电动势的方向(注意等效电源内部感应电流方向由负极指向正极)。 2．楞次定律与右手定则的区别及联系 比较项目 楞次定律 右手定则 区别 研究对象 整个闭合回路 闭合回路的一部分，即做切割磁感线运动的导体 适用范围 各种电磁感应现象 只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况 联系 右手定则是楞次定律的特例 [典例体验] [典例]　(多选)如图所示，光滑平行金属导轨PP′和QQ′ 处于同一水平面内，P和Q之间连接一电阻R，整个装置处于竖 直向下的匀强磁场中。现垂直于导轨放置一根导体棒MN，用 一水平向右的力F拉动导体棒MN，下列关于导体棒MN中感应电流的方向和它所受安培力的方向的说法正确的是 (　 ) A．感应电流的方向是N→M B．感应电流的方向是M→N C．安培力水平向左 D．安培力水平向右 [解析]　以导体棒为研究对象，导体棒所处位置磁场的方向竖直向下，运动方向水平向右，根据右手定则可知，导体棒中感应电流的方向是N→M，再根据左手定则可知，导体棒所受安培力的方向水平向左，A、C正确。 [答案]　AC [变式拓展]　下图表示闭合电路中的一部分导体ab在磁场中做切割磁感线运动的情景，其中能产生由a到b的感应电流的是 (　 ) [解析]　由右手定则判断可知，A中感应电流方向为a→b，B、C、D中均为b→a。 [答案]　A /方法技巧/ 右手定则的应用技巧 (1)如果回路中的一部分导线做切割磁感线运动产生感应电流，用右手定则判断较为简便，用楞次定律也能进行判断，但较为麻烦。 (2)如果导线不动，而磁场相对导线运动，此时仍可用右手定则判断感应电流的方向，但是右手定则中拇指所指的方向不是磁场运动的方向，而是磁场运动的反方向，即仍然是导线相对磁场做切割磁感线运动的方向。　 解析：根据右手定则，由题意可知，当导线向右运动时，产生的感应电流方向由N端经过导线到M端，因此电路中有逆时针方向的感应电流，A、D错误，B正确；由上分析可知，电源内部的电流方向由负极到正极，因此N端相当于电源的负极，C错误。 答案：B　 2．如图所示，匀强磁场与圆形导体环平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时 (　 ) A．圆环中磁通量不变，环上无感应电流产生 B．整个环中有顺时针方向的电流 C．整个环中有逆时针方向的电流 D．环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流 解析：由右手定则知ef上的电流方向由e→f，故环的右侧的电流方向为逆时针，环的左侧的电流方向为顺时针，D正确。 答案：D 实验方案 操作思路 操作难点 方案一：利用螺线管、磁铁、灵敏电流计实施探究 如图，将磁铁插入螺线管或从螺线管中拔出，将磁通量的变化和电流方向相联系 (1)插拔磁铁要迅速 (2)电流计指针摆动是瞬时的 方案二：利用小螺线管电路中电流变化实施探究 如图，通过开关通断电和滑片滑动进行探究实验 (1)电路连接比较复杂 (2)需要准确判断因果关系 续表 [针对训练] 1．(2024·北京高考)用如图1所示的实验装置探究影响感应电流 方向的因素。如图2所示，分别把条形磁体的N极或S极插入、拔出 螺线管，观察并标记感应电流的方向。 关于本实验，下列说法正确的是________(填选项前的字母)。 A．需要记录感应电流的大小 B．通过观察电流表指针的偏转方向确定感应电流的方向 C．图2中甲和乙表明，感应电流的方向与条形磁体的插入端是N极还是S极有关 解析：本实验探究影响感应电流方向的因素，故不需要记录感应电流的大小，故A错误；本实验通过观察电流表指针的偏转方向确定感应电流的方向，故B正确；由题图2甲和乙知，条形磁体插入N极和S极时，电流方向不同，故感应电流的方向与条形磁体的插入端是N极还是S极有关，故C正确。 答案：BC 2.用如图所示的装置做“影响感应电流方向的因素”实验，磁体从靠近 线圈的上方静止下落。 当磁体运动到如图所示的位置时，流过线圈的感应电流方向为_____ (填“从a到b”或“从b到a”)。当磁体完全进入线圈内时，穿过线圈 的磁通量________(填“变化”或“不变”)，______(填“能”或“不 能”)产生电流。 解析：磁体从靠近线圈的上方静止下落，当磁体运动到如题图所示的位置时，依据楞次定律，感应磁场方向向下，根据安培定则，则感应电流方向盘旋而上，即流过线圈的感应电流方向为从b到a；当磁体完全进入线圈内时，穿过线圈的磁通量不变，则不会产生感应电流。 答案：从b到a　不变　不能 [解析]　可以假设磁铁的下端为N极，当条形磁铁插入回路之间时，穿过回路的磁通量增大，根据楞次定律判断出回路中产生感应电流的方向为逆时针方向(俯视)，再依据左手定则判断出a杆受到安培力将向右运动，b杆受到安培力将向左运动，可知a、b两杆将分别向O点靠近。然后再假设磁铁的下端为S极，用同样的方法判断可知a、b两杆也分别向O点靠近。本题也可根据楞次定律中“阻碍”的表现形式——“增缩减扩”，可知当条形磁铁插入回路时，穿过回路的磁通量增大，a、b两杆将分别向O点靠近。 [答案]　C [系统归纳] 1．楞次定律的一般表述 感应电流的“效果”总是要阻碍 (或反抗)引起感应电流的“原因”。 2．“阻碍”的表现形式 楞次定律中的“阻碍”作用，正是能量转化和能量守恒定律的反映，在克服“阻碍”的过程中，其他形式的能转化为电能，常见的情况有以下四种： (1)阻碍原磁通量的变化(增反减同)。 (2)阻碍导线的相对运动(来拒去留)。 (3)通过改变线圈面积来“阻碍”(增缩减扩)。 (4)阻碍自身电流的变化(自感现象将在后面学习到)。 [针对训练] 1．如图所示，平行导体滑轨MM′、NN′放置于同一水平面上， 固定在竖直向下的匀强磁场中，导体棒AB、CD横放在滑轨上 且静止，形成一个闭合电路。当AB向右滑动的瞬间，电路中感应电流的方向及CD受到的安培力方向分别为 (　 ) A．电流方向沿ABCD，安培力方向向右 B．电流方向沿ADCB，安培力方向向右 C．电流方向沿ABCD，安培力方向向左 D．电流方向沿ADCB，安培力方向向左 解析：由右手定则可知，当AB向右运动时电流由B到A，故电流方向沿ADCB；则再由左手定则可得CD受力向右，B正确，A、C、D错误。 答案：B 2．如图所示，圆形闭合线圈a平放在绝缘水平桌面上，在a的中心静止放置一条形磁铁。把条形磁铁竖直向上移走的过程中，下列说法正确的是 (　 ) A．穿过线圈a的磁通量增加 B．线圈a中不会产生感应电流 C．线圈a中将产生从上往下看顺时针方向的感应电流 D．线圈a对水平桌面的压力小于其重力 解析：线圈a中磁感应强度方向向上，当把条形磁铁竖直向上移走时，线圈a内的磁通量减小，根据楞次定律及右手螺旋定则可知，线圈a中一定产生从上往下看逆时针方向的感应电流，线圈a有扩张的趋势，同时有向上靠近磁铁的趋势，则线圈a对桌面的压力减小，压力小于其重力，D正确。 答案：D 解析：磁铁穿过线圈的过程中，线圈中的磁通量先向下增加，后向下减小，根据楞次定律，可知D正确。 答案：D 科学思维——楞次定律的综合应用 2．(选自人教版新教材课后练习)如图中的A和B都是铝环，A环是闭合的，B环是断开的，横梁可以绕中间的支点转动。某人在实验时，用磁体的任意一极移近A环，A环都会被推斥，把磁体远离A环，A环又会被磁体吸引。但磁体移近或远离B环时，却没有发现与A环相同的现象。这是为什么？ 提示：用磁体的任一极(如N极)接近A环时，穿过A环中的磁通量增加，根据楞次定律，A环中将产生感应电流，阻碍磁体与A环接近，A环将会被磁体排斥；同理，当磁体远离A环时，A环中产生感应电流的方向将阻碍A环与磁体远离，A环将会被磁体吸引。 由于B环是断开的，无论磁体移近或远离B环，都不会在B环中形成感应电流，所以B环将不移动。 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1．研究人员发现一种具有独特属性的新型合金，只要略微提高其温度， 这种合金就会变成强磁性合金，从而使它旁边的线圈中产生感应电 流。如图所示，一圆形线圈放在圆柱形该合金材料下方，现对该合 金材料进行加热，则 (　 ) A．线圈中将产生逆时针方向的电流 B．线圈中将产生顺时针方向的电流 C．线圈将有收缩的趋势 D．线圈将有扩张的趋势 解析：对该合金材料进行加热，这种合金会从非磁性合金变成强磁性合金，穿过线圈的磁通量增大，从而在线圈中产生感应电流，由于磁场的方向未知，所以不能判断出感应电流的方向，A、B错误；当合金材料的磁场增大时，穿过线圈的磁通量增大，则线圈产生的感应电流将阻碍磁通量的增大，线圈面积有缩小的趋势，C正确，D错误。 答案：C　 2．如图所示是某研究性学习小组的同学设计的电梯坠落的应急安 全装置，在电梯轿厢上安装永久磁铁，并在电梯的井壁上铺设 线圈，这样可以在电梯突然坠落时减小对人员的伤害，关于该 装置，下列说法正确的是 (　 ) A．当电梯突然坠落时，该安全装置可使电梯停在空中 B．当电梯坠落磁铁到达图示位置时，闭合线圈A、B中的电流方向相反 C．当电梯坠落磁铁到达图示位置时，只有闭合线圈A在阻碍电梯下落 D．当电梯坠落磁铁到达图示位置时，只有闭合线圈B在阻碍电梯下落 解析：若电梯突然坠落，线圈中会产生感应电流，感应电流会阻碍电梯与井壁的相对运动，可起到应急避险作用，但不能使电梯停在空中，A错误；当电梯坠落磁铁到达题图所示位置时，闭合线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从上向下看是逆时针方向，闭合线圈B中向上的磁场增强，感应电流的方向从上向下看是顺时针方向，可知闭合线圈A、B中感应电流方向相反，B正确；结合B项的分析可知，当电梯坠落磁铁到达题图所示位置时，闭合线圈A、B都在阻碍电梯下落，C、D错误。 答案：B 新知学习(一) [任务驱动] 如图表示一对同轴螺线管，图中螺线管A中的电流方向用“·”和“×”表示，请画出螺线管A的磁感线；如果螺线管A中的电流增大，则螺线管B中的感应电流是什么方向？ 提示：螺线管A产生的磁场方向如图所示；如果螺线管A中的电流增大，则螺线管B中产生的电流的方向上边垂直纸面向里，下边垂直纸面向外。　　　　 新知学习(二) [任务驱动] 法拉第圆盘发电机如图所示。半径为r的导体圆盘绕竖直轴以角速度ω旋转，匀强磁场B竖直向上，两电刷分别与圆盘中心轴和边缘接触，电刷间接有阻值为R的电阻。分析该发电机的工作原理，并确定流过电阻的电流方向。 [针对训练] 1．如图所示，磁场中有一导线MN与“”形光滑的金属框组成闭合电路，当导线向右运动时，下列说法正确的是 (　 ) A．电路中有顺时针方向的电流 B．电路中有逆时针方向的电流 C．导线的N端相当于电源的正极 D．电路中无电流产生 新知学习(三) 新知学习(四) [典例体验] [典例]　四根同样光滑的细铝杆a、b、c、d放在同一水平桌面上，其中c、d固定，a、b静止地放在c、d杆上，接触良好，O点为回路中心，如图所示，当条形磁铁的一端从O点正上方迅速插向回路时，a、b两杆将 (　 ) A．保持不动 B．分别远离O点 C．分别向O点靠近 D．因不知磁极的极性，故无法判断 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 物理观念——应用楞次定律判断电流方向 1．(选自沪科版新教材课后练习)某实验小组用如图所示的实验装置来验证楞次定律。当条形磁铁自上而下穿过固定的导电线圈时，通过电流计的感应电流的方向是 (　 ) A．a→→b B．先a→→b，后b→→a C．b→→a D．先b→→a，后a→→b $$