第1节 科学探究：感应电流的方向（导学案）物理鲁科版选择性必修第二册

1. 科学探究：感应电流的方向 导学案 物理观念 能理解感应电流的产生条件，掌握楞次定律的内容，建立“磁通量变化→感应电流→磁场阻碍变化”的相互作用认知。 科学思维 能通过分析实验现象归纳楞次定律，运用楞次定律判断不同情境下感应电流的方向，提升归纳推理与逻辑判断能力。 科学探究 能设计“探究感应电流方向与磁通量变化关系”的实验，规范操作、记录数据，分析实验现象并总结规律，培养实验探究能力。 科学态度 与责任 通过实验探究感受物理规律的客观性，认识楞次定律在电磁感应技术中的应用价值，增强探索自然规律的科学热情。 重点：通过实验探究归纳楞次定律，掌握用楞次定律判断感应电流方向的方法。 难点：理解楞次定律中 “阻碍磁通量变化” 的内涵及在复杂情境中的应用。 【知识回顾】 一、磁通量 1．磁通量(1)定义：磁感应强度B与面积S的乘积，称为穿过这个平面的磁通量。 (2)计算公式 Φ＝BS，此公式的适用条件： ① 磁场；②磁感线与平面 。 (3)单位：在国际单位制中是 ，简称 ，符号是 ，1 Wb＝1 T·m2。 (4)磁通量是一个只用大小就能描述的物理量，是 。 2．磁通密度 磁感应强度又称磁通密度， ，其中Sn为垂直于磁场方向的面积，表示磁感应强度在数值上等于穿过垂直磁感线的 面积的磁通量。 二、电磁感应现象 1．电磁感应现象：因闭合回路的磁通量变化而产生电流的现象称为 。 2．感应电流：由电磁感应产生的电流称为 。 【自主预习】 一、影响感应电流方向的因素　楞次定律 1．产生感应电流的条件： 。 2．探究影响感应电流方向的因素 (1)实验器材：条形磁铁、电流表、线圈、导线、一节干电池(用来查明线圈中电流的流向与电流表中指针偏转方向的关系)、电阻(10 kΩ)。 (2)实验现象：如图所示，在四种情况下，将实验结果填入下表。 (3)实验分析 ①线圈内磁通量增大时的情况 图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 甲 逆时针(俯视) 乙 顺时针(俯视) ②线圈内磁通量减小时的情况 图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 丙 顺时针(俯视) 丁 逆时针(俯视) (4)实验结论 表述一：当穿过线圈的磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场的方向 ；当穿过线圈的磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场的方向 。 表述二：当磁铁靠近线圈时，两者 ；当磁铁远离线圈时，两者 。 3．楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 二、右手定则 1．内容 伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从 进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时 所指的方向就是感应电流的方向，如图所示。 2．适用范围： 。 【思考交流1】 1.青藏高原的脉搏正在被改写，一条蜿蜒在世界屋脊的能源巨龙开始苏醒。2025年7月19日上午，西藏林芝的雅鲁藏布江畔，酝酿了16年的超级工程终于破土动工。中共中央政治局常委、国务院总理李强亲临现场，宣布这项总投资约1.2万亿元的雅鲁藏布江下游水电工程正式启动。你知道水是如何发出电来的吗？ 2.演示：你可以解释这些神奇的物理现象吗? 【问题体验1】影响感应电流方向的因素 演示一：楞次环 1.观察任务：当条形磁铁靠近或者远离铝环时，观察铝环的运动。 2.操作过程：N极靠近铝环，N极远离铝环，S极靠近铝环，S极远离铝环。 3.原理分析： 【问题1】铝环向后退或者向前追，说明了什么？ 【问题2】根据之前所学知识，铝环中发生了什么？铝环受到了谁施加给它的什么力？ 【问题3】你能得出的初步规律是什么？ 演示二：深入探究 【问题】填写下表，你由此得出感应电流规律？ 甲 乙 丙 丁 条形磁体运动的情况 N极插入 S极插入 N极拔出 S极拔出 原磁场方向 (“向上”或“向下”) 穿过线圈的磁通量变化情况 (“增加”或“减少”) 感应电流的方向 (俯视看，“顺时针”或“逆时针”) 感应电流的磁场方向 (“向上”或“向下”) 感应电流磁场与原磁场方向的关系 (“相同”或“相反”) 再次总结规律： (1)磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向 ；（填“相同”或“相反”） (2)磁通量减小时,感应电流的磁场与原磁场方向 。（填“相同”或“相反”） 【问题体验2】楞次定律 【任务一：得出楞次定律】 楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要 引起感应电流的磁通量的变化。 【任务二：深入理解楞次定律中的“阻碍”】 谁阻碍谁？ 阻碍什么？ 如何阻碍？ 能否阻止？ 为何阻碍？ 【任务三：掌握应用楞次定律判断感应电流方向的方法】 【问题体验3】右手定则 思考：在下图中，假定导体棒CD 向右运动。 1.我们研究的是哪个闭合导体回路？ 2.当导体棒CD向右运动时，穿过这个闭合导体回路的磁通量是增大还是减小？ 3.感应电流的磁场应该是沿哪个方向的？ 4.导体棒CD中的感应电流是沿哪个方向的？ 【归纳总结1】右手定则与楞次定律 楞次定律 右手定则 区 别 研究对象 适用范围 应用 联系 1.如图所示，已知电流从正极流入电流计时，电流计指针右偏，则当磁铁的极向下运动插入线圈时，可以观察到电流计指针 （填“左偏”或“右偏”）。 2.如图所示，A、O、B是一块水平放置的玻璃板上同一直线上的三个点，O点正下方附近放有一块强磁铁，N极向上，A、B两点均在强磁铁附近。现一闭合圆形铜线圈以某一速度从A点沿直线滑至B点的过程中，下列说法正确的是（　　） A．从上往下看线圈中产生的感应电流方向一直沿顺时针 B．从上往下看线圈中产生的感应电流方向先顺时针后逆时针 C．线圈所受的安培力先做正功后做负功 D．线圈所受的安培力先做负功后做正功 3.迈斯纳效应是超导体从一般状态转变至超导态的过程中对磁场的排斥现象。如图所示，超导平板位于平面内，x轴正上方d处有一根无限长直导线平行x轴方向放置。当导线中通以电流I（方向沿x轴正方向）时，由于迈斯纳效应，超导体表面出现感应电流，从而使得超导体内部磁场为零，即超导体会排斥体内的磁场。则超导体表面感应电流的方向应（　　） A．沿x轴负方向 B．沿x轴正方向 C．沿y轴负方向 D．沿y轴正方向 4.如图所示，长直导线与心形金属线框放在光滑绝缘的水平面上，且长直导线与心形线框的对称轴MN垂直。当长直导线中通以图示方向的电流I，且电流增大时，下列关于心形线框的说法正确的是（　　） A．线框有面积扩大的趋势 B．线框中产生逆时针方向的感应电流 C．线框在水平面内沿逆时针方向旋转 D．线框沿垂直于直导线方向向右平动 5.同学设想的减小电梯坠落时造成伤害的一种应急安全装置如图所示，在电梯轿厢底部安装永久强磁铁，磁铁N极朝上，电梯井道内壁上铺设若干金属线圈，线圈在电梯轿厢坠落时能自动闭合，从而减小对厢内人员的伤害。当电梯轿厢坠落到图示位置时，下列说法正确的是（　　） A．从上往下看，金属线圈A中的感应电流沿顺时针方向 B．从上往下看，金属线圈B中的感应电流沿逆时针方向 C．电梯轿厢在金属线圈AB的阻碍作用下，速度越来越小最终可以使轿厢停在图示位置 D．金属线圈B有收缩的趋势，A有扩张的趋势 6.同学们在学习了感应电流产生的条件后，想通过实验探究影响感应电流方向的因素，实验过程如下： （1）按照图1所示电路连接器材，闭合电键，电流表指针向右偏转，对调电源正负极，重复以上操作。该步骤目的是获得电流表指针偏转方向与 方向的对应关系； （2）按照图2所示电路连接器材，查明线圈中导线的绕向，以确定感应电流产生的磁场方向； （3）分别改变磁体磁场的方向和磁体运动方向，观察指针偏转方向，使用表格中记录数据；根据第1步探究的对应关系，表中实验4中标有“▲”空格应填 （选填“向上”、“向下”、“向左”或“向右”）： 实验序号 磁体磁场的方向（正视） 磁体运动情况 指针偏转情况 感应电流的磁场方向（正视） 1 向下 插入线圈 向左 向上 2 向下 拔出线圈 向右 向下 3 向上 插入线圈 向右 向下 4 向上 拔出线圈 向左 ▲ （4）根据表中所记录数据，进行如下分析： ①由实验1和 （填实验序号）可得出结论：感应电流方向与磁体运动情况有关。 ②由实验2、4得出的结论：穿过闭合回路的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向 （选填“相同”、“相反”或“无关”）。 （5）经过进一步讨论和学习，同学们掌握了影响感应电流方向的因素及其结论，为电磁感应定律的学习打下了基础。 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 1. 科学探究：感应电流的方向 导学案 物理观念 能理解感应电流的产生条件，掌握楞次定律的内容，建立“磁通量变化→感应电流→磁场阻碍变化”的相互作用认知。 科学思维 能通过分析实验现象归纳楞次定律，运用楞次定律判断不同情境下感应电流的方向，提升归纳推理与逻辑判断能力。 科学探究 能设计“探究感应电流方向与磁通量变化关系”的实验，规范操作、记录数据，分析实验现象并总结规律，培养实验探究能力。 科学态度 与责任 通过实验探究感受物理规律的客观性，认识楞次定律在电磁感应技术中的应用价值，增强探索自然规律的科学热情。 重点：通过实验探究归纳楞次定律，掌握用楞次定律判断感应电流方向的方法。 难点：理解楞次定律中 “阻碍磁通量变化” 的内涵及在复杂情境中的应用。 【知识回顾】 一、磁通量 1．磁通量(1)定义：磁感应强度B与面积S的乘积，称为穿过这个平面的磁通量。 (2)计算公式 Φ＝BS，此公式的适用条件： ①匀强磁场；②磁感线与平面垂直。 (3)单位：在国际单位制中是韦伯，简称韦，符号是Wb，1 Wb＝1 T·m2。 (4)磁通量是一个只用大小就能描述的物理量，是标量。 2．磁通密度 磁感应强度又称磁通密度，B＝，其中Sn为垂直于磁场方向的面积，表示磁感应强度在数值上等于穿过垂直磁感线的单位面积的磁通量。 二、电磁感应现象 1．电磁感应现象：因闭合回路的磁通量变化而产生电流的现象称为电磁感应。 2．感应电流：由电磁感应产生的电流称为感应电流。 【自主预习】 一、影响感应电流方向的因素　楞次定律 1．产生感应电流的条件：穿过闭合回路的磁通量发生变化。 2．探究影响感应电流方向的因素 (1)实验器材：条形磁铁、电流表、线圈、导线、一节干电池(用来查明线圈中电流的流向与电流表中指针偏转方向的关系)、电阻(10 kΩ)。 (2)实验现象：如图所示，在四种情况下，将实验结果填入下表。 (3)实验分析 ①线圈内磁通量增大时的情况 图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 甲 向下 逆时针(俯视) 向上 乙 向上 顺时针(俯视) 向下 ②线圈内磁通量减小时的情况 图号 磁场方向 感应电流的方向 感应电流的磁场方向 丙 向下 顺时针(俯视) 向下 丁 向上 逆时针(俯视) 向上 (4)实验结论 表述一：当穿过线圈的磁通量增大时，感应电流的磁场与原磁场的方向相反；当穿过线圈的磁通量减小时，感应电流的磁场与原磁场的方向相同。 表述二：当磁铁靠近线圈时，两者相斥；当磁铁远离线圈时，两者相吸。 3．楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 二、右手定则 1．内容 伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指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切割磁感线产生感应电流的情况。 【思考交流1】 1.青藏高原的脉搏正在被改写，一条蜿蜒在世界屋脊的能源巨龙开始苏醒。2025年7月19日上午，西藏林芝的雅鲁藏布江畔，酝酿了16年的超级工程终于破土动工。中共中央政治局常委、国务院总理李强亲临现场，宣布这项总投资约1.2万亿元的雅鲁藏布江下游水电工程正式启动。你知道水是如何发出电来的吗？ 2.演示：你可以解释这些神奇的物理现象吗? 【问题体验1】影响感应电流方向的因素 演示一：楞次环 1.观察任务：当条形磁铁靠近或者远离铝环时，观察铝环的运动。 2.操作过程：N极靠近铝环，N极远离铝环，S极靠近铝环，S极远离铝环。 3.原理分析： 【问题1】铝环向后退或者向前追，说明了什么？ 铝环受到了力 【问题2】根据之前所学知识，铝环中发生了什么？铝环受到了谁施加给它的什么力？ 回答自己的猜想 【问题3】你能得出的初步规律是什么？ 磁通量增加，B原与B感相反，磁通量减少，B原与B感相同。 演示二：深入探究 【问题】填写下表，你由此得出感应电流规律？ 甲 乙 丙 丁 条形磁体运动的情况 N极插入 S极插入 N极拔出 S极拔出 原磁场方向 (“向上”或“向下”) 穿过线圈的磁通量变化情况 (“增加”或“减少”) 感应电流的方向 (俯视看，“顺时针”或“逆时针”) 感应电流的磁场方向 (“向上”或“向下”) 感应电流磁场与原磁场方向的关系 (“相同”或“相反”) 再次总结规律： (1)磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向 ；（填“相同”或“相反”） (2)磁通量减小时,感应电流的磁场与原磁场方向 。（填“相同”或“相反”） 【问题体验2】楞次定律 【任务一：得出楞次定律】 楞次定律：感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要 引起感应电流的磁通量的变化。 【任务二：深入理解楞次定律中的“阻碍”】 谁阻碍谁？ 阻碍什么？ 如何阻碍？ 能否阻止？ 为何阻碍？ 【任务三：掌握应用楞次定律判断感应电流方向的方法】 1.原场方向先认准 2.磁通增减须弄清 3.增异减同方向定 4.安培定则判电流 【问题体验3】右手定则 思考：在下图中，假定导体棒CD 向右运动。 1.我们研究的是哪个闭合导体回路？回路CDEF 2.当导体棒CD向右运动时，穿过这个闭合导体回路的磁通量是增大还是减小？增大 3.感应电流的磁场应该是沿哪个方向的？逆时针 4.导体棒CD中的感应电流是沿哪个方向的？C-D 【归纳总结1】右手定则与楞次定律 楞次定律 右手定则 区 别 研究对象 整个闭合回路的导体 闭合回路的一部分导体，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 应用 用于磁感应强度随时间变化而产生的电磁感应现象较方便 用于导体切割磁感线产生的电磁感应现象较方便 联系 右手定则是楞次定律的特例 1.如图所示，已知电流从正极流入电流计时，电流计指针右偏，则当磁铁的极向下运动插入线圈时，可以观察到电流计指针 （填“左偏”或“右偏”）。 【答案】左偏 【详解】则当磁铁的极向下运动插入线圈时，穿过线圈的磁场向下增大，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，感应电流磁场应该向上，根据安培定则可知，感应电流的方向为俯视线圈，线圈绕向为逆时针，即感应电流从电流表负极流入电流表，故指针左偏。 2.如图所示，A、O、B是一块水平放置的玻璃板上同一直线上的三个点，O点正下方附近放有一块强磁铁，N极向上，A、B两点均在强磁铁附近。现一闭合圆形铜线圈以某一速度从A点沿直线滑至B点的过程中，下列说法正确的是（　　） A．从上往下看线圈中产生的感应电流方向一直沿顺时针 B．从上往下看线圈中产生的感应电流方向先顺时针后逆时针 C．线圈所受的安培力先做正功后做负功 D．线圈所受的安培力先做负功后做正功 【答案】B 【详解】AB．由于磁体N极朝上，在A、O、B位置磁场方向向上，O点处磁感应强度最强，当线圈从A点沿直线滑至B点的过程中，穿过线圈的磁通量先增大后减小，又由楞次定律得出，从上往下看线圈中产生的感应电流方向先顺时针后逆时针，故A错误，B正确。 CD．根据楞次定律的推论可知，线圈所受安培力总是阻碍线圈相对于磁体的运动，所以整个过程中线圈所受安培力一直做负功，故CD错误。 故选B。 3.迈斯纳效应是超导体从一般状态转变至超导态的过程中对磁场的排斥现象。如图所示，超导平板位于平面内，x轴正上方d处有一根无限长直导线平行x轴方向放置。当导线中通以电流I（方向沿x轴正方向）时，由于迈斯纳效应，超导体表面出现感应电流，从而使得超导体内部磁场为零，即超导体会排斥体内的磁场。则超导体表面感应电流的方向应（　　） A．沿x轴负方向 B．沿x轴正方向 C．沿y轴负方向 D．沿y轴正方向 【答案】A 【详解】导线中通以电流I（方向沿x轴正方向）时，产生垂直于超导平板的逆时针磁场，由于迈斯纳效应，可知超导平板中产生直于超导平板的顺时针磁场，则超导体表面感应电流的方向应沿x轴负方向。故选A。 4.如图所示，长直导线与心形金属线框放在光滑绝缘的水平面上，且长直导线与心形线框的对称轴MN垂直。当长直导线中通以图示方向的电流I，且电流增大时，下列关于心形线框的说法正确的是（　　） A．线框有面积扩大的趋势 B．线框中产生逆时针方向的感应电流 C．线框在水平面内沿逆时针方向旋转 D．线框沿垂直于直导线方向向右平动 【答案】BD 【详解】AB．直导线中的电流增大，导线框中向里的磁通量增大，由楞次定律知，线框有面积缩小的趋势，线框中产生逆时针方向的感应电流，故A错误，B正确； CD．由对称性知，线框对称轴MN上、下两部分受到平行于直导线方向上安培力的合力为零，导线框受到安培力沿对称轴向右，线框沿垂直于直导线方向向右平动，故C错误，D正确。故选BD。 5.同学设想的减小电梯坠落时造成伤害的一种应急安全装置如图所示，在电梯轿厢底部安装永久强磁铁，磁铁N极朝上，电梯井道内壁上铺设若干金属线圈，线圈在电梯轿厢坠落时能自动闭合，从而减小对厢内人员的伤害。当电梯轿厢坠落到图示位置时，下列说法正确的是（　　） A．从上往下看，金属线圈A中的感应电流沿顺时针方向 B．从上往下看，金属线圈B中的感应电流沿逆时针方向 C．电梯轿厢在金属线圈AB的阻碍作用下，速度越来越小最终可以使轿厢停在图示位置 D．金属线圈B有收缩的趋势，A有扩张的趋势 【答案】D 【详解】AB．当电梯坠落至题图位置时，闭合线圈A中向上的磁场减弱，感应电流的方向从上往下看是逆时针方向，B中向上的磁场增强，感应电流的方向从上往下看是顺时针方向，故AB错误； C．电梯轿厢在金属线圈AB的阻碍作用下速度逐渐减小，加速度也在减小，等到加速度减为零开始匀速下降，不能阻止磁铁的运动，故轿厢最终不能停在图示位置，故C错误； D．闭合线圈A中向上的磁场减弱，B中向上的磁场增强，根据楞次定律可知，线圈B有收缩的趋势，A有扩张的趋势，故D正确。故选D。 6.同学们在学习了感应电流产生的条件后，想通过实验探究影响感应电流方向的因素，实验过程如下： （1）按照图1所示电路连接器材，闭合电键，电流表指针向右偏转，对调电源正负极，重复以上操作。该步骤目的是获得电流表指针偏转方向与 方向的对应关系； （2）按照图2所示电路连接器材，查明线圈中导线的绕向，以确定感应电流产生的磁场方向； （3）分别改变磁体磁场的方向和磁体运动方向，观察指针偏转方向，使用表格中记录数据；根据第1步探究的对应关系，表中实验4中标有“▲”空格应填 （选填“向上”、“向下”、“向左”或“向右”）： 实验序号 磁体磁场的方向（正视） 磁体运动情况 指针偏转情况 感应电流的磁场方向（正视） 1 向下 插入线圈 向左 向上 2 向下 拔出线圈 向右 向下 3 向上 插入线圈 向右 向下 4 向上 拔出线圈 向左 ▲ （4）根据表中所记录数据，进行如下分析： ①由实验1和 （填实验序号）可得出结论：感应电流方向与磁体运动情况有关。 ②由实验2、4得出的结论：穿过闭合回路的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向 （选填“相同”、“相反”或“无关”）。 （5）经过进一步讨论和学习，同学们掌握了影响感应电流方向的因素及其结论，为电磁感应定律的学习打下了基础。 【答案】 电流 向上 2 相同 【详解】（1）[1]电流流向不同，对应指针偏转方向不同，所以该步骤目的是获得电流表指针偏转方向与电流方向的对应关系。 （3）[2]磁体磁场的方向向上，拔出线圈，根据安培定则可知，感应电流的磁场方向向上。 （4）①[3]要探究感应电流方向与磁体运动情况，需保证磁体磁场的方向和指针偏转情况相同，故由实验1和2可得出结论。 ②[4]由实验2、4得出的结论：穿过闭合回路的磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向相同。 知识梳理与关联 方法与能力提升 疑问与拓展 自我评估 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $