高中物理课件：第三节~第四节《楞次定律——感应电流的方向》（人教版选修3-2）《楞次定律的应用》（人教版选修3-2）

欢迎进入物理课堂 第三节楞次定律 感应电流的方向第四节楞次定律的应用 核心要点突破 课堂互动讲练 知能优化训练 第三节 第四节 课前自主学案 目标概览 目标概览 学习目标 1 掌握楞次定律的内容及其和右手定则的关系 2 理解楞次定律与能量守恒定律的关系 3 熟练应用楞次定律及右手定则判定感应电流的方向 重点难点 1 引导学生对演示实验进行观察 分析 归纳 总结得出楞次定律 2 理解定律中 阻碍 原磁场磁通量的增加或减小的含义 3 应用楞次定律判断感应电流的方向 课前自主学案 一 楞次定律1 内容 感应电流具有这样的方向 即感应电流的磁场总是 引起感应电流的 2 理解 1 从磁通量变化的角度看 感应电流的磁场总是阻碍 的变化 2 从导体和磁体的相对运动的角度 感应电流总要阻碍磁体与导体间的 3 感应电动势的方向 与感应电流的方向 阻碍 磁通量的变化 磁通量 相对运动 相同 二 应用楞次定律解题的一般步骤1 明确产生感应电流的闭合电路所围面积上的 的方向 对于磁体的磁场 可以根据磁体的 来确定 对于电流产生的磁场 则要用 来确定 2 明确穿过闭合电路的 是增加还是减少 根据已知的磁感线分布和题目所描述的情况来确定 3 根据楞次定律确定感应电流的 这一步骤才是直接运用了楞次定律 当磁通量增加时 感应电流的磁场与原磁场 当磁通量减少时 感应电流的磁场与原磁场 原磁场 磁感线分布 安培定则 磁通量 磁场方向 反向 同向 4 得出感应电流的磁场方向后 就可以根据 确定感应电流的方向 应用楞次定律解题的一般步骤 1 明确所研究的闭合电路 判断原磁场方向 2 判断闭合电路内原磁场的磁通量变化 3 由楞次定律判断感应电流的磁场方向 4 由安培定则根据感应电流的磁场方向 判断出感应电流的方向 安培定则 三 右手定则伸开右手让拇指跟其余四指 并且都跟手掌在一个平面内 让磁感线 从手心进入 拇指指向 的方向 其余四指指的就是 的方向 右手定则是楞次定律的一种特殊情况 这种方法对于闭合电路的一部分导体切割磁感线时感应电流方向的判定非常方便 垂直 垂直 导体运动 感应电流 核心要点突破 一 如何理解楞次定律中的 阻碍 1 阻碍的因果关系 因 是原磁通量的变化 果 是产生 感应电流的磁场 2 阻碍 的几个层次 3 阻碍 与 阻止 相反 的区别 1 阻碍不是阻止 最终引起感应电流的磁通量还是发生了变化 即 阻而未止 2 阻碍不是相反 当由于原磁通量的增加引起感应电流时 感应电流的磁场方向与原磁场方向相反 当由于原磁通量的减少而引起感应电流时 感应电流的磁场方向与原磁场方向相同 3 涉及相对运动时 阻碍的是导体与磁体的相对运动 而不是阻碍导体或磁体的运动 特别提醒 1 楞次定律只给出了原磁场与感应电流磁场的关系 感应电流的方向用安培定则判断 感应电流的安培力方向用左手定则判断 2 阻碍 的效果会使回路面积有扩大或缩小的趋势 使回路有转动的趋势 使导体有靠近 远离的趋势等 产生的某种趋势将减弱原磁通量的变化 二 如何理解楞次定律与右手定则的关系1 从研究对象上说 楞次定律研究的是整个闭合电路 判断的一般是回路中的电流方向 右手定则研究的是闭合电路的一部分 判断的是这部分导体中的电流方向 2 从适用范围上说 楞次定律可应用于由磁通量变化引起感应电流的各种情况 当然包括一部分导体做切割磁感线运动的情况 右手定则只适用于一段导线在磁场中做切割磁感线运动的情况 导线不动时不能应用 因此 右手定则可以看做楞次定律的特殊情况 3 有的问题只能用楞次定律不能用右手定则 有的问题则两者都能用 若是回路中的一部分导体做切割磁感线运动产生感应电流 用右手定则判断较为简单 用楞次定律也能进行判断 但较为麻烦 三 楞次定律与能量守恒1 楞次定律中的 阻碍 作用 正是能的转化和守恒定律的反映 在克服这种阻碍的过程中 实际上是物体克服安培力做了功 使其他形式的能转化为电能 当感应电流通过用电器时电能又转化为其他形式的能 2 从能的转化和守恒定律的角度 楞次定律可广义地表述为 感应电流的 效果 总是要反抗 或阻碍 引起感应电流的原因 常见的情况有四种 1 阻碍原磁通量的变化 增反减同 2 阻碍导体的相对运动 来拒去留 3 通过改变线圈面积来 反抗 扩大或缩小 4 阻碍自身电流的变化 自感现象 特别提醒 1 在 阻碍 相对运动的过程中 如果回路不动 减少的机械能直接转化为电能 如果引起了回路的运动 回路在运动过程中通过安培力做功又把电能转化为机械能 2 阻碍 的结果是实现了其他形式的能向电能转化 这和能量守恒定律相吻合 如果没有 阻碍 将违背能量守恒定律 课堂互动讲练 如图16 3 1甲所示 当条形磁铁突然向铜环运动时 铜环的运动情况是 图16 3 1A 向右摆动B 向左摆动C 静止D 不能确定 解析 法一 微元分析法 画出线圈所在处条形磁铁的磁场分布示意图 由楞次定律判断出环中感应电流的方向 如图乙所示 将环等效为多段微小直线电流元 取上 下段电流元研究 由左手定则判断出它们的受力如图乙 由此可知 整个铜环受的合力向右 且环有向内收缩趋势 正确答案为A 法二 效应分析法 磁铁向右运动 使铜环中的磁通量增加而产生感应电流 由楞次定律可知 铜环为了阻碍原磁通量增加 必向磁感线较疏的右方运动 即往躲开磁通量增加的方向运动 故A正确 法三 等效法 磁铁向右运动 使铜环产生感应电流后可等效为一条形磁铁 如图丙所示 则两磁铁有排斥作用 故A正确 法四 阻碍相对运动法 磁铁向右运动时 由楞次定律的另一种表述可知 铜环产生的感应电流总是阻碍导体间的相对运动 对磁铁跟铜环之间有排斥作用 故A正确 答案 A 点评 楞次定律可以从不同的角度理解和认识 针对因感应电流所产生的机械效果判定这类问题 不一定从感应电流方向的判定入手 可直接从感应电流磁场 阻碍 原磁场磁通量变化去判断 既简单又方便 如解法二 三 四 不同的解法是从不同的角度分析的 但分析的结果是一致的 此题也说明 掌握各种情况下 阻碍 的物理含义能快速而正确的解题 变式训练1图16 3 2如图16 3 2所示 ab是一个可绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导线框 当滑动变阻器R的滑片自左向右滑行时 线框ab的运动情况是 A 保持静止不动B 逆时针转动C 顺时针转动D 发生转动 但电源极性不明 无法确定转动的方向 解析 选C 根据图示电路 线框ab所处位置的磁场是水平方向的 当滑动变阻器的滑片向右滑动时 电路中电阻增大 电流减弱 则穿过闭合导线框ab的磁通量将减少 BSsin 为线圈平面与磁场方向的夹角 根据楞次定律 感应电流的磁场将阻碍原来磁场的变化 则线框ab只有顺时针旋转使 角有增大的趋势 而使穿过线圈的磁通量增加 注意此题并不需要明确电源的极性 某地的地磁场磁感应强度的竖直分量方向向下 大小为4 5 10 5T 一灵敏电压表连接在当地入海河段的两岸 河宽100m 该河段涨潮和落潮时有海水 视为导体 流过 设落潮时 海水自西向东流 流速为2m s 下列说法正确的是 A 电压表记录的电压为5mVB 电压表记录的电压为9mVC 河南岸的电势较高D 河北岸的电势较高 自主解答 海水向东流相当于南北方向的导体向东切割磁感线运动 由右手定则可知 四指指向河北岸 所以北岸电势高 D正确 电压表的示数E B Lv 4 5 10 5 100 2V 9 10 3V 9mV B正确 答案 BD 点评 在应用右手定则时 四指所指方向为导体感应电动势的方向 即四指指向高电势端 变式训练2图16 3 3一直升机停在南半球的地磁极上空 该处地磁场的方向竖直向上 磁感应强度为B 直升机螺旋桨叶片的长度为l 螺旋桨转动的频率为f 顺着地磁场的方向看螺旋桨 螺旋桨将按顺时针方向转动 螺旋桨叶片的近轴端为a 远轴端为b 如图16 3 3所示 如果忽略a到转轴中心线的距离 用E表示每个叶片中的感应电动势 则 A E fl2B 且a点电势低于b点电势B E 2 fl2B 且a点电势低于b点电势C E fl2B 且a点电势高于b点电势D E 2 fl2B 且a点电势高于b点电势 如图16 3 4所示 等腰三角形内分布有垂直于纸面向外的匀强磁场 它的底边在x轴上且长为2L 高为L 纸面内一边长为L的正方形导线框沿x轴正方向做匀速直线运动穿过匀强磁场区域 在t 0时刻恰好位于图中所示的位置 以顺时针方向为导线框中电流的正方向 在图16 3 5中能够正确表示电流 位移 I x 关系的是 图16 3 4图16 3 5 解析 线圈向x轴正方向运动L位移的过程中 有效切割长度均匀增加 在位移大于L且小于2L的过程中 线圈右边有效切割长度均匀减小 线圈左边有效切割长度均匀增加 因此整个线圈有效切割长度减小 且变化率为前一段时间的两倍 在位移大于2L且小于3L的过程中 与第一段运动中线圈产生的感应电流等大反向 故A项对 答案 A 点评 分析图象问题 要抓住两个方面 1 用楞次定律或右手定则判断感应电流的方向 从而确定图象是在上方还是下方 2 利用电磁感应定律和欧姆定律确定感应电动势 电流的变化规律 变式训练3图16 3 6如图16 3 6所示 在x 0的区域内存在匀强磁场 磁场的方向垂直xOy平面向里 具有一定电阻的矩形线框abcd位于xOy平面内 线框的ab边与y轴重合 令线框从t 0的时刻起由静止开始沿x轴正方向做匀加速运动 则线框中的感应电流I 取逆时针电流方向为正方向 随时间t的变化规律I t图线可能是图16 3 7的哪一个 图16 3 7 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全