2.1科学探究：感应电流的方向 课件-2025-2026学年高二下学期物理鲁科版选择性必修第二册

第一节　科学探究感应电流的方向 第2章 学习目标 1.通过实验,探究影响感应电流方向的因素。(科学探究) 2.理解楞次定律的内容,会用能量的观点解释楞次定律。(物理观念) 3.理解楞次定律是能量守恒定律在电磁感应现象中的体现。(科学思维) 4.理解右手定则的内容,会判断感应电流的方向。(物理观念) 思维导图 【必备知识】 一、探究影响感应电流方向的因素 1.实验探究 将螺线管与电流表组成闭合回路,分别将N极、S极插入、抽出线圈,如图所示,记录感应电流方向如下。 实验装置 2.实验分析 (1)线圈内磁通量增加时的情况:(表内选填“向上”或“向下”) 图序 磁场方向 感应电流的方向(俯视) 感应电流的磁场方向 甲 ①向下 逆时针 ②向上 乙 ③向上 顺时针 ④向下 (2)线圈内磁通量减少时的情况:(表内选填“向上”或“向下”) 图序 磁场方向 感应电流的方向(俯视) 感应电流的磁场方向 丙 ⑤向下 顺时针 ⑥向下 丁 ⑦向上 逆时针 ⑧向上 3.实验结论 (1)当线圈内磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相反,阻碍磁通量的增加。 (2)当线圈内磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向相同,阻碍磁通量的减少。 想一想感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相反吗? 提示 不一定 二、楞次定律 1.内容:感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 2.理解:当磁铁靠近导体线圈上端时,穿过线圈的磁通量增加,感应电流的磁场与原磁场的方向相反,由于同名磁极相互排斥,阻碍磁铁相对线圈向下运动;当磁铁远离线圈上端时,穿过线圈的磁通量减少,感应电流的磁场与原磁场的方向相同,由于异名磁极相互吸引,阻碍磁铁相对线圈向上运动。 3.适用范围:一切电磁感应现象。 想一想如图所示,两轻质闭合金属圆环,穿挂在一根光滑水平绝缘直杆上,原来处于静止状态。当条形磁铁的N极自右向左插入圆环时,两环怎样运动? 提示 将条形磁铁向左插入金属圆环的过程中,两个环中均产生感应电流。根据楞次定律,感应电流的效果是阻碍环与磁铁间的相对运动,所以两环均向左运动。靠近磁铁的环所受的安培力大于另一个,可知两环间距变小。 三、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,让磁感线垂直穿过手心,使拇指指向导体运动的方向,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切割磁感线产生感应电流的情况。 想一想左手定则和右手定则中“四指所指的方向”表示的物理意义一样吗? 提示 不一样。左手定则中“四指所指的方向”为已知电流的方向,右手定则中“四指所指的方向”表示感应电流的方向。 【自我检测】 1.正误判断(判定结果为错误的小题请写出原因) (1)感应电流的磁场一定阻碍引起感应电流的磁通量。(　　) 解析 感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化,而不是阻碍磁通量。 答案 × (2)只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生。(　　) 解析 只有在闭合回路中磁通量发生变化,才能形成电流。 答案 × (3)线框不闭合时,即使穿过线框的磁通量发生变化,线框中也没有感应电流产生。(　　) 答案 √ (4)感应电流的磁场一定与引起感应电流的磁场方向相同。(　　) 解析 感应电流的磁场和引起感应电流的磁场可以反向。 答案 × 2.(多选)如图所示,当磁铁运动时,流过电阻的电流是由A经R到B,则磁铁的运动可能是(　　) A.向下运动 B.向上运动 C.向左运动 D.以上都不可能 解析 由感应电流方向A→R→B,应用安培定则得知感应电流在螺线管内产生的磁场方向应是从上指向下;运用楞次定律判得螺线管内磁通量的变化应是向下减少或向上增大;由条形磁铁的磁感线分布知,螺线管内原磁场是向下的,故应是磁通量减少,即磁铁向上运动或向左、向右平移,所以B、C正确。 答案 BC 3.(多选)(2020四川简阳月考)如图所示,光滑平行金属导轨PP'和QQ'都处于同一水平面内,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,现在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,以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是(　　) A.感应电流方向是N→M B.感应电流方向是M→N C.安培力水平向左 D.安培力水平向右 解析 磁场方向向下,导体棒MN的运动方向向右,由右手定则知,感应电流方向是N→M,再由左手定则可知,安培力水平向左,所以A、C正确。 答案 AC 问题一 探究影响感应电流方向的因素 【情境探究】 如图所示是“探究影响感应电流方向的因素”的实验装置。如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下。 (1)若闭合开关后,将线圈L1迅速插入线圈L2中,灵敏电流计的指针将怎样偏转? (2)若线圈L1插入线圈L2后,将滑动变阻器的滑片迅速向右移动时,灵敏电流计的指针将怎样偏转? 要点提示 (1)已知闭合开关瞬间,线圈L2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。当开关闭合后,将线圈L1迅速插入线圈L2中时,线圈L2中的磁通量增加,由已知条件可知产生的感应电流也应使灵敏电流计的指针向右偏转。(2)滑动变阻器的滑片迅速向右移动,线圈L1中的电流变小,线圈L2中的磁场方向不变,磁通量减少,则灵敏电流计的指针向左偏转。 【知识点拨】 在上面“探究影响感应电流方向的因素”的实验中,电源与线圈构成一回路,而另一线圈与灵敏电流计又构成一个回路。当上方线圈中的磁通量发生变化时,导致下方线圈的磁通量也跟着变化,从而出现感应电流,由灵敏电流计的指针偏转方向,可探究影响感应电流方向的因素。结论如下: (1)当线圈内磁通量增加时,感应电流的磁场与原磁场方向相反,阻碍磁通量的增加。 (2)当线圈内磁通量减少时,感应电流的磁场与原磁场方向相同,阻碍磁通量的减少。 【典例剖析】 例1(河北保定期中)某同学用如图所示装置探究感应电流的方向与引起感应电流的磁场的关系。已知电流从a接线柱流入电流表时,电流表指针右偏。实验时,磁场方向、磁铁运动情况及电流表指针偏转情况都记录在下表中。 实验序号 磁场方向 磁铁运动情况 指针偏转情况 1 向下 插入 右偏 2 向下 拔出 左偏 3 向上 插入 左偏 4 向上 拔出 右偏 (1)由实验1、3得出的结论是 　。  (2)由实验2、4得出的结论是 　。  (3)由实验1、2、3、4得出的结论是 　。  解析 (1)由表中信息可知,在实验1、3中,磁铁插入线圈,穿过线圈的磁通量增加,而穿过线圈的磁场方向相反,感应电流方向相反,感应电流磁场方向与原磁场方向相反,由此可知:穿过闭合回路的磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反。(2)由表中实验信息可知,在实验2、4中,穿过线圈的磁通量减少,磁场方向相反,感应电流方向相反,感应电流磁场方向与原磁场方向相同,由此可知:穿过闭合回路的磁通量减少时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。(3)综合分析4次实验可知:感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。 答案 (1)穿过闭合电路的磁通量增加时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相反 (2)穿过闭合电路的磁通量减小时,感应电流的磁场方向与原磁场方向相同 (3)感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化 变式训练1如图是探究感应电流方向与哪些因素有关的实验示意图。比较其中的甲、乙两图可以得出感应电流的方向跟　　　　　　方向有关的结论;比较甲、丙两图可以得出感应电流的方向跟　　　　　　方向有关的结论。  解析 甲、乙两图,导体的运动方向是相同的,磁场方向不同(磁极对调了),感应电流的方向不同(灵敏电流表的指针偏转方向不同),从而得出:感应电流的方向跟磁场方向有关。甲、丙两图,磁场的方向是相同的,导体的运动方向不同,感应电流的方向不同,从而得出:感应电流的方向跟导体的运动方向有关。 答案 磁场　导体运动的方向 问题二 楞次定律 【情境探究】 将螺线管与电流表组成闭合回路,分别将条形磁铁插入、抽出螺线管。 甲　　　　　　　　　　乙 (1)如图甲磁铁插入线圈时,线圈中磁通量怎样变化?有感应电流吗? (2)如图乙磁铁拔出线圈时,线圈中磁通量怎样变化?两次感应电流方向相同还是相反? 要点提示 (1)磁通量增加,有。(2)磁通量减少,相反。 【知识点拨】 1.楞次定律中“阻碍”的含义 阻碍不是阻止　 2.应用楞次定律的四个步骤 (1)确定原磁场的方向; (2)判定产生感应电流的磁通量如何变化(增加还是减少); (3)根据楞次定律确定感应电流的磁场方向(增反减同); (4)判定感应电流的方向。 画龙点睛 楞次定律应用步骤也可以简单地描述为“一原二变三感四螺旋”,一原——确定原磁场的方向;二变——确定磁通量是增加还是减少;三感——判断感应电流的磁场方向;四螺旋——用右手螺旋定则判断感应电流的方向。 【典例剖析】 例2(2020安徽芜湖一中期末)电阻R、电容C与一线圈连成闭合电路,条形磁铁静止于线圈的正上方,N极朝下,如图所示。现使磁铁开始自由下落,在N极接近线圈上端的过程中,流过R的电流方向和电容器极板的带电情况是(　　) A.从a到b,上极板带正电 B.从a到b,下极板带正电 C.从b到a,上极板带正电 D.从b到a,下极板带正电 解析 在磁铁自由下落,N极接近线圈上端的过程中,通过线圈的磁通量方向向下且在增大,根据楞次定律可判断出线圈中感应电流的磁场方向向上,利用安培定则可判知线圈中感应电流方向为逆时针方向(由上向下看),流过R的电流方向从b到a,电容器下极板带正电。选项D正确。 答案 D 变式训练2(安徽阜阳三中调研)如图所示,导线框abcd与直导线在同一平面内,直导线通有恒定电流I,在线框由左向右匀速通过直导线的过程中,线框中感应电流的方向是(　　) A.先abcd,后dcba,再abcd B.先abcd,后dcba C.始终dcba D.先dcba,后abcd,再dcba 解析 线框在直导线左侧时,随着线框向右运动,磁通量增加,根据楞次定律线框中感应电流的方向为dcba。在线框的cd边跨过直导线后,如图所示,根据楞次定律可知,感应电流的方向为abcd。线框全部跨过直导线后,随着向右运动,磁通量减少,根据楞次定律知线框中感应电流的方向为dcba。故选项D正确。 答案 D 问题三 右手定则 【情境探究】 如图所示,导体棒ab向右做切割磁感线运动。 (1)请用楞次定律判断感应电流的方向。 (2)感应电流I的方向、原磁场B的方向、导体棒运动的速度v的方向三者之间什么关系?根据右手定则,自己试着做一做。 要点提示 (1)感应电流的方向为a→d→c→b→a。 (2)满足右手定则。 【知识点拨】 1.右手定则主要用于闭合电路的部分导体做切割磁感线运动时,产生的感应电动势与感应电流的方向判定。 2.右手定则仅在导体切割磁感线时使用,应用时要注意磁场方向、导体运动的方向、感应电流的方向三者互相垂直。 3.当导体的运动方向与磁场方向不垂直时,拇指应指向切割磁感线的分速度方向。 4.若形成闭合电路,四指指向感应电流方向;若未形成闭合电路,四指指向高电势点。 5.应用时要特别注意:四指指向是电源内部电流的方向,也是电势升高的方向,即四指指向正极。　 由负极到正极 画龙点睛 左、右手定则的区分方法 (1)区分左手定则和右手定则的根本是抓住“因果关系”:“因电而动”——用左手,“因动生电”——用右手。 (2)使用中左手定则和右手定则很容易混淆,为了便于记忆,可把两个定则简单地总结为通电受力,“力”的最后一笔“丿”向左,用左手;运动生电,“电”的最后一笔“乚”向右,用右手。 【典例剖析】 例3(江西上饶高二月考)下列图中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境,导体ab上的感应电流方向为a→b的是(　　) 解析 题中四图都属于闭合电路的一部分导体切割磁感线,应用右手定则判断可得:A中电流方向为a→b,B中电流方向为b→a,C中电流方向为a→d→c→b→a,D中电流方向为b→a。故选A。 答案 A 规律方法 对右手定则的理解 1.右手定则适用范围:闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流方向的判断。 2.右手定则反映了磁场方向、导体运动方向和电流方向三者之间的相互垂直关系。 (1)大拇指的方向是导体相对磁场切割磁感线的运动方向,既可以是导体运动而磁场未动,也可以是导体未动而磁场运动,还可以是两者以不同速度同时运动。 (2)四指指向电流方向,切割磁感线的导体相当于电源。 闭合导体回路的一部分导体做切割磁感线运动时,可用右手定则判断感应电流的方向。 变式训练3(多选)(山东枣庄八中期中)如图所示,金属导轨上的导体棒ab在匀强磁场中沿导轨做下列哪种运动时,铜制线圈c中将有感应电流产生且被螺线管吸引(　　) A.向右做匀速运动 B.向左做减速运动 C.向右做减速运动 D.向右做加速运动 解析 当导体棒向右匀速运动时产生恒定的电流,线圈中的磁通量恒定不变,无感应电流出现,A错误;当导体棒向左减速运动时,由右手定则可判定回路中出现从b→a的感应电流且减小,由安培定则知,螺线管中感应电流的磁场向左在减弱,由楞次定律知c中出现顺时针感应电流(从右向左看)且被螺线管吸引,B正确;同理C正确,D错误。 答案 BC 随堂检测 1.(多选)如图所示,竖直向下的匀强磁场中,有一个带铜轴的铜盘,用铜刷把盘缘和轴连接,外接一灵敏电流计,当铜盘按图示匀速转动,则(　　) A.灵敏电流计中有a→b的电流 B.灵敏电流计中有b→a的电流 C.盘面磁通量不变,不产生感应电流 D.有从盘缘向盘中心的电流 解析 沿铜盘半径方向的“铜棒”切割磁感线,由右手定则可判定选项B、D正确。 答案 BD 2.(多选)下列各图是探究影响感应电流方向的因素实验的示意图,竖直放置的线圈固定不动,将条形磁铁从线圈上方插入或拔出,线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流。各图中分别标出了条形磁铁的极性、条形磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况,其中正确的是(　　) 解析 根据楞次定律可确定感应电流的方向:以选项C为例,当条形磁铁向下运动时,线圈原磁场的方向向上,穿过线圈的磁通量增加,感应电流产生的磁场方向向下,利用安培定则判断感应电流的方向与图中箭头方向相同,线圈的上端为S极,条形磁铁与线圈相互排斥。运用以上分析方法可知,选项C、D正确,选项A、B错误。 答案 CD 3.如图所示,通电螺线管N置于闭合金属环M的轴线上,当N中的电流突然减小时,则(　　) A.金属环M有缩小的趋势,螺线管N有伸长的趋势 B.金属环M有扩张的趋势,螺线管N有缩短的趋势 C.金属环M有缩小的趋势,螺线管N有缩短的趋势 D.金属环M有扩张的趋势,螺线管N有伸长的趋势 解析 对通电螺线管,当通入的电流突然减小时,螺线管每匝间的相互吸引力也减小,所以匝间距有增大趋势;对金属环M,穿过的磁通量也随之减少,由于它包围内外磁场,只有减小面积才能阻碍磁通量的减少,金属环M有缩小的趋势。选项A正确。 答案 A 4.(河北邯郸大名一中月考)如图所示,在载流直导线旁固定有两平行光滑导轨A、B,导轨与直导线平行且在同一水平面内,在导轨上有两条可自由滑动的导体棒ab和cd。载流直导线中的电流逐渐增强时,导体棒ab和cd的运动情况是(　　) A.一起向左运动 B.一起向右运动 C.ab和cd相向运动,相互靠近 D.ab和cd相背运动,相互远离 解析 方法一:电流增强时,电流在abdc回路中产生的垂直向里的磁场增强,回路磁通量增大,根据楞次定律可知,回路产生逆时针方向电流;ab边电流方向向下,所受安培力向右,cd边电流方向向上,所受安培力向左,故ab和cd相向运动,C项正确。方法二:电流增强时,电流在abdc回路中产生的垂直向里的磁场增强,回路磁通量增大,根据楞次定律可知,回路要减小面积以阻碍磁通量的增加,因此,两导体棒要相向运动,相互靠近,C项正确。 答案 C $