2.1 科学探究：感应电流的方向（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第二册（鲁科版2019）

第1节　科学探究：感应电流的方向 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 栏目索引 必备知识 自主学习 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 必备知识 自主学习 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 √ × √ 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 阻碍 磁通量 垂直 四指 切割磁感线 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 × √ √ 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 关键能力 互动探究 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 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高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 谢谢观看！ 返回导航 高中物理 选择性必修 第二册 （L） 第2章　电磁感应及其应用 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 理解磁感应强度、磁通量的变化、感应电流的磁场等物理概念。 1.理解楞次定律的内容。 2．能从能量守恒的角度来理解楞次定律。 3．初步掌握利用楞次定律判断感应电流方向的方法。 4．从楞次定律不同的表述形式，培养学生多角度认识问题的能力和高度概括的能力。 通过科学探究，明确影响感应电流方向的因素。 通过对楞次定律的学习，理解能量守恒定律在电磁感应现象中的具体表现。 知识点一 探究影响感应电流方向的因素 1.实验目的 (1)探究感应电流方向与那些因素有关。 (2)学习利用电流计判断感应电流方向的方法。 2．实验器材 电流计、干电池、开关、保护电阻、导线、螺线管、条形磁铁。 3．实验原理与设计 如图所示，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。 4．实验步骤 (1)先明确电流计指针的偏转方向与通过电流计的电流方向的关系。 (2)观察螺线管上漆包线的绕向。 (3)将电流计与螺线管按上图连接好，依次完成以下实验操作，记录观察到的电流计指针偏转情况❶，填入表中。 项目 磁铁运动及电流方向 相对运动情况 感应电流在线圈中的方向(从上向下看) 逆时针 顺时针 逆时针 顺时针 5.注意事项 (1)确定电流方向与电流表指针偏转方向的关系时，要用试触法并注意减小电流强度，防止电流过大或通电时间过长损坏电流表。 (2)电流表选用零刻度在中间的灵敏电流计。 (3)实验前设计好表格，并明确线圈的绕线方向。 (4)按照控制变量的思想进行实验。 1．若磁铁不动、螺线管动，电流计指针发生偏转。(　 　) 2．若磁铁与螺线管一起运动，并保持相对静止，电流计指针发生偏转。(　 　) 3．感应电流的磁场方向可能与原磁场的方向相同。(　 　) 知识点二 楞次定律　右手定则 1.楞次定律❷：感应电流的磁场总要______引起感应电流的_________的变化。 2.右手定则 (1)内容：伸开右手，让拇指与其余四指垂直，且都与手掌处于同一平面内，让磁感线______穿过手心，使拇指指向导线运动的方向，其余______所指的方向就是感应电流的方向，如图所示。 (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．感应电流的磁场方向总是与原磁场方向相反。(　 　) 2．感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化。(　 　) 3．右手定则中拇指指向为导线运动的方向。(　 　) 批注❶：(1)实验现象分析 将螺线管与电流表组成闭合回路，分别将条形磁铁的任一极插入、抽出螺线管，如图所示，记录感应电流方向。 INCLUDEPICTURE "WLXB2247A.TIF" 图号 (a) (b) 磁场方向 向下 向下 感应电流的方向(从上向下看) 逆时针 顺时针 感应电流的磁场方向 向上 向下 归纳总结 感应电流的磁场阻碍磁通量的增加 感应电流的磁场阻碍磁通量的减少 (2)实验结论 当穿过螺线管的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当穿过螺线管的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同。 批注❷：楞次定律理解 (1)条形磁铁靠近闭合线圈时，两者相斥(来者拒)；条形磁铁远离闭合线圈时，两者相吸(去者留)。 (2)从能量转化和守恒的角度来看，把磁体移近闭合线圈时，外力要克服磁体和线圈之间的排斥力做功，使外界其他形式的能量转化为电能；磁体离开闭合线圈时，外力则要克服磁体和线圈之间的吸引力做功，也使外界其他形式的能量转化为电能。在这两种情况下，总能量都是守恒的。 探究点一　探究影响感应电流方向的因素　(科学探究之结论) (2021·重庆第二外国语学校高二月考)(1)如图所示是“研究电磁感应现象”的实验装置： ①如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下，那么合上开关后，将A线圈迅速插入B线圈中，电流计指针将______偏转(选填“向左”“向右”或 “不”)； ②连好电路后，并将A线圈插入B线圈中后，若要使灵敏电流计的指针向左偏转，可采取的操作是________； A．插入铁芯 B．拔出A线圈 C．变阻器的滑片向左滑动 D．断开开关S (2)G为指针零刻度在中央的灵敏电流表，连接在直流电路中时的偏转情况如图甲所示，即电流从电流表G的左接线柱进时，指针也从中央向左偏。今把它与一线圈串联进行电磁感应实验，则图乙中条形磁体的运动方向是向____(填“上”或“下”)；图丁中条形磁体的下端为______极(填“N”或“S”)。 答案：(1)①向右　②BD　(2)下　S 解析：(1)①已知闭合开关瞬间，A线圈中的磁通量增加，产生的感应电流使灵敏电流计的指针向右偏转，可知磁通量增加时，灵敏电流计的指针向右偏转；当开关闭合后，将A线圈迅速插入B线圈中时，B线圈中的磁通量增加，所以产生的感应电流也应使灵敏电流计的指针向右偏转。 ②要使灵敏电流计的指针向左偏转，根据感应电流的磁场阻碍磁通量的变化可知，磁通量应减小。插入铁芯时，B线圈中的磁通量增大，A错误；拔出A线圈时，B线圈中的磁通量减小，B正确；变阻器的滑片向左滑动时，电流增大，B线圈中的磁通量增大，C错误；断开开关S的瞬间，电流减小，B线圈中的磁通量减小，D正确。 (2)图乙中指针向左偏，可知感应电流的方向是顺时针(俯视)，感应电流的磁场方向向下，条形磁体的磁场方向向上，由感应电流的磁场阻碍磁通量的变化可知，磁通量增大，条形磁体向下插入；图丁中指针向右偏，则感应电流的方向是逆时针(俯视)，由安培定则可知，感应电流的磁场方向向上，条形磁体向上拔出，即磁通量减小，由感应电流的磁场阻碍磁通量的变化可知，条形磁体的磁场方向应该向上，所以条形磁体上端为N极，下端为S极。 [练1] (2021·重庆朝阳中学高二月考)如图甲所示为“研究电磁感应现象”的实验装置，部分导线已连接。 (1)用笔画线代替导线将图中未完成的电路连接好； (2)如果在闭合开关时发现灵敏电流表的指针向右偏了一下，那么闭合开关后，将原线圈迅速插入副线圈的过程中，电流表指针将向________；原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器的滑片迅速向右滑动时，电流表指针将向________(均选填“左偏”“右偏”或“不偏”)； (3)如图乙所示，R为光敏电阻，其阻值随着光照强度的加强而减小。金属环A用轻绳悬挂，与长直螺线管共轴，并位于其左侧。当光照减弱时，从左向右看，金属环A中的电流沿________(选填“顺时针”或“逆时针”)方向，金属环A将向________(选填“左”或“右”)运动，并有________________(选填“收缩”或“扩张”)的趋势。 答案：(1)见解析　(2)右偏　左偏 (3)顺时针　右　扩张 解析：(1)将电源、开关、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，注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱，电路图如图所示： (2)闭合开关时，穿过大螺线管的磁通量增大，灵敏电流表的指针向右偏；闭合开关后，将原线圈迅速插入副线圈的过程中，磁场方向不变，磁通量变大，电流表指针向右偏转；原线圈插入副线圈后，将滑动变阻器滑片迅速向右滑动时，电路的阻值变大，电路电流变小，穿过大螺线管的磁通量变小，磁场方向不变，则电流表指针向左偏转。 (3)当光照减弱时，电阻增大，导致线圈中的电流减小，依据右手螺旋定则与楞次定律，从左向右看，金属环A中的电流沿顺时针方向。因穿过A环的磁通量减小，根据楞次定律，感应电流的磁场方向与原电流的磁场方向相同，故相互吸引，则金属环A将向右运动，且金属环A有扩张趋势。 探究点二　楞次定律的理解与应用　(科学思维之提升) ►情境探究 如图所示，水平桌面上放一圆形金属导体环，从导体环中心的上方释放一条形磁铁，在条形磁铁向下靠近导体环的过程中： (1)从上向下看导体环中的电流方向是逆时针还是顺时针？ (2)导体环内部感应电流的磁感线方向与磁铁磁场的方向相同还是相反？ (3)磁铁受到导体环的作用力沿哪个方向？ (4)导体环有收缩的趋势还是扩张的趋势？ (5)导体环对桌面的压力比重力大还是小？ (6)磁铁下落过程能量是如何转化的？ 提示：(1)逆时针　(2)相反　(3)向上　(4)收缩　(5)比重力大　(6)重力势能一部分转化为磁铁的动能，一部分转化为电能 ►探究归纳 1．楞次定律的两层意义 (1)因果关系。闭合电路中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出现是感应电流存在的结果，简要地说，只有当闭合电路中的磁通量发生变化时，才会有感应电流的磁场出现。 (2)符合能量守恒定律。感应电流的磁场对闭合电路中磁通量的变化起阻碍作用，这种作用正是能量守恒这一普遍规律在电磁感应现象中的体现。 2．楞次定律中“阻碍”的含义 3．楞次定律的推广含义 楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为：感应电流的效果总是阻碍引起感应电流的原因，具体说明如下： 内容 图示 释义 阻碍原磁通量变化——“增反减同” 磁铁靠近线圈，B感与B原反向 内容 图示 释义 阻碍相对运动——“来拒去留” 磁铁靠近，是斥力 阻碍相对运动——“来拒去留” 磁铁远离，是引力 内容 图示 释义 使回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩” P、Q是光滑固定导轨，a、b是可动金属棒，磁铁下移， a、b靠近 ►对点例练 (2021·四川遂宁高二期末)条形磁铁位于线圈L的正上方，灵敏电流计G、电容C与线圈L连成如图所示的电路。现使磁铁从静止开始加速下落，在S极接近线圈上端的过程中，流过电流计G的电流方向和电容器极板的带电情况，下列说法正确的是 (　　) A．电流方向a→G→b，电容器的下极板带正电 B．电流方向a→G→b，电容器的上极板带正电 C．电流方向b→G→a，电容器的下极板带正电 D．电流方向b→G→a，电容器的上极板带正电 B　解析：磁铁向下运动，则穿过线圈的磁通量向上增加，根据楞次定律可知，线圈中感应电流的磁场向下，则产生的感应电流方向为a→G→b，电容器上极板电势高，即上极板带正电，B正确。 [练2] (2021·广东广州第五中学高二期末)如图所示，一个闭合金属圆环用绝缘细线挂于O点，将圆环拉离平衡位置并由静止释放，圆环摆动过程中经过有界的水平方向的匀强磁场区域，A、B为该磁场的竖直边界，磁场方向垂直于圆环所在平面向里，若不计空气阻力，则(　　) A．圆环向右穿过磁场后，还能摆到释放位置 B．圆环离开磁场时具有收缩的趋势 C．圆环将在磁场中不停地摆动 D．圆环在磁场中运动时均有感应电流 C　解析：当圆环进入或离开磁场区域时磁通量发生变化，会产生电流，机械能向电能转化，所以机械能不守恒，因此环向右穿过磁场后，不能摆到释放位置，A错误；圆环离开磁场时磁通量减少，由楞次定律(增缩减扩)可知，圆环离开磁场时具有扩张的趋势，B错误；在圆环不断经过磁场，机械能不断损耗的过程中圆环越摆越低，最后整个圆环只会在磁场区域来回摆动，因为在此区域内没有磁通量的变化(一直是最大值)，所以机械能守恒，即圆环最后的运动状态为在磁场区域来回摆动，而不是静止在平衡位置，C正确；圆环在磁场中运动时，因穿过其磁通量不变，不会产生感应电流，D错误。 [练3] (2021·重庆清华中学高二月考)圆形导体线圈a平放在水平桌面上，在a的正上方固定一竖直螺线管b，二者轴线重合，螺线管与电源和滑动变阻器连接成如图所示的电路。若将滑动变阻器的滑片P向下滑动，下列表述正确的是(　　) A．线圈a中将产生俯视顺时针方向的感应电流 B．穿过线圈a的磁通量变小 C．线圈a对水平桌面的压力FN将增大 D．线圈a有扩大的趋势 C　解析：当滑动触头P向下移动时电阻减小，由闭合电路欧姆定律可知，通过线圈b的电流增大，从而判断出穿过线圈a的磁通量增加且方向向下，根据楞次定律即可判断出线圈a中感应电流方向俯视应为逆时针方向， A、B错误；开始时线圈a对桌面的压力等于线圈a的重力，当滑动触头向下滑动时，可以用“等效法”，即将线圈a和b看作两个条形磁铁，不难判断此时两磁铁的N极相对，互相排斥，故线圈a对水平桌面的压力将增大，C正确；再根据微元法将线圈a无限分割，根据左手定则不难判断出线圈a应有收缩的趋势，或直接根据楞次定律的第二种描述“感应电流产生的效果总是阻碍引起感应电流的原因”，因为滑动触头向下滑动导致穿过线圈a的磁通量增加，故只有线圈面积减少时才能阻碍磁通量的增加，故线圈a应有收缩的趋势，D错误。 楞次定律的使用步骤 探究点三　右手定则的理解与应用　(科学思维之提升) ►情境探究 如图所示，导体棒ab向右做切割磁感线运动。 (1)请用楞次定律和左手定则分别判断感应电流的磁场方向是怎样的？ (2)回路中哪一部分相当于电源？导体棒ab中电流的流向是什么？ (3)导体棒ab受安培力吗？若受安培力，请判断方向；若不受安培力，请说明理由。 提示：(1)垂直纸面向外 (2)导体棒ab　由b流向a (3)受向左的安培力 ►探究归纳 1．楞次定律与右手定则的比较 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，即切割磁感线的导体 适用范围 各种电磁感应现象 只适用于部分导体在磁场中做切割磁感线运动的情况 应用 用于磁感应强度B随时间变化而产生的电磁感应现象 用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象 联系 右手定则是楞次定律的特例 2.右手定则与左手定则的比较 右手定则 左手定则 作用 判断感应电流方向 判断通电导体所受安培力的方向 已知条件 已知导体运动方向和磁场方向 已知电流方向和磁场方向 图例 因果关系 运动→电流 电流→运动 应用实例 发电机 电动机 ►对点例练 (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 AC　解析：以导体棒为研究对象，导体棒所处位置磁场的方向向下，运动方向向右，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。 [练4] (2021·山西永济中学高二期末)如图所示，Ⅰ和Ⅱ是一对异名磁极，ab为放在其间的金属棒。ab和cd用导线连成一个闭合回路。当ab棒向左运动时，cd导线受到向下的安培力。由此可知(　　) A．b点电势高于a点电势 B．I是S极 C．cd中电流的方向是由d到c D．当ab棒向左运动时，ab棒受到向左的安培力 B　解析：对cd导线，根据左手定则，可知电流方向是由c到d；对ab棒，根据右手定则，可知I是S极，a点为等效电源正极，所以b点电势低于a点电势，根据左手定则，可知ab棒受到向右的安培力，B正确。 右手定则应用的两点注意 (1)右手定则只适用于一段导体在磁场中做切割磁感线运动的情况，导体和磁场没有相对运动时并不适用。 (2)右手定则判定导体切割磁感线产生的感应电动势时，四指的指向是由低电势指向高电势 eq \o(。,\s\do4(　,)) 探究点四　解决实际问题　(科学态度与责任之落实) [练5] (生活情境)(2021·北京高考真题)某同学搬运如图所示的磁电式电流表时，发现表针晃动剧烈且不易停止。按照老师建议，该同学在两接线柱间接一根导线后再次搬运，发现表针晃动明显减弱且能很快停止。下列说法正确的是(　　) A．未接导线时，表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势 B．未接导线时，表针晃动剧烈是因为表内线圈受到安培力的作用 C．接上导线后，表针晃动过程中表内线圈不产生感应电动势 D．接上导线后，表针晃动减弱是因为表内线圈受到安培力的作用 D　解析：未接导线时，表针晃动过程中切割地磁场磁感线，表内线圈产生感应电动势，A错误；未接导线时，虽然表内线圈产生感应电动势，但表内线圈不构成闭合回路，表内线圈不受到安培力的作用，B错误；接上导线后，表针晃动过程中切割地磁场磁感线，表内线圈产生感应电动势，C错误；接上导线后，表内线圈和外接导线构成回路，表内线圈受到安培力的作用，阻碍表针的晃动，使得表针晃动减弱，D正确。 [练6] (科技情境)(多选)(2021·山东聊城高二期末)随着科技的不断发展，无线充电已经进入人们的视线。小到手表手机，大到电脑、电动汽车，都已经实现了无线充电从理论研究到实际应用的转化。如图所示为某无线充电手机利用电磁感应方式充电的原理图。关于无线充电，下列说法正确的是(　　) INCLUDEPICTURE "WLXB2270.TIF" 　 A．从上往下看，发射线圈中电流逆时针增大时，接收线圈中的电流沿逆时针方向 B．从上往下看，发射线圈中电流顺时针减小时，接收线圈中的电流沿顺时针方向 C．从上往下看，发射线圈中电流顺时针增大时，接收线圈所受安培力的方向竖直向上 D．从上往下看，发射线圈中电流逆时针减小时，接收线圈所受安培力的方向竖直向上 BC　解析：从上往下看，发射线圈中电流逆时针增大时，根据楞次定律知接收线圈中电流方向沿顺时针方向，发射线圈中电流顺时针减小时，接收线圈中电流方向沿顺时针方向，A错误，B正确；从上往下看，发射线圈中电流顺时针增大时，根据楞次定律、左手定则和安培定则知，接收线圈所受安培力的方向竖直向上，同理发射线圈中电流逆时针减小时，接收线圈所受安培力的方向竖直向下，C正确，D错误。 [练7] (科技情境)航母上舰载机电磁弹射的驱动原理如图所示，当闭合开关S，固定线圈中突然通过直流电流时，线圈左侧的金属环被弹射出去，则(　　) A．闭合开关S的瞬间，从左侧看金属环中的感应电流沿逆时针方向 B．若将电池正负极调换后，金属环弹射方向将改变 C．若将金属环置于线圈的右侧，金属环将向左弹射 D．若将金属环置于线圈的右侧，金属环将向右弹射 D　解析：闭合开关S的瞬间，电流从线圈右侧流入，产生的磁场方向向左，由楞次定律可知，金属环中的感应电流方向由左侧看为顺时针方向，A错误；电池正负极调换后，根据“楞次定律的推广含义”可得，金属环仍将向左弹出，B错误；若将金属环放在线圈右侧，根据“楞次定律的推广含义”可得，金属环将向右运动，C错误，D正确。 $$