2.1科学探究感应电流的方向（课件）（21张PPt）高中物理选择性必修第二册（鲁科版）

(共21张PPT)
２.１　科学探究：感应电流的方向
探究感应电流的方向
一、探究感应电流的方向
（１）实验器材：条形磁铁、电流表、线圈、导线。
（２）探究过程及实验结论：将线圈与电流表组成闭合电路，分别将条形磁铁的N极、S极插入或抽出线圈，记录感应电流的方向，如图Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ所示。
探究感应电流的方向
（１）条形磁铁插入线圈，线圈内磁通量增加（如图A、C所示）。
图号 磁场方向 感应电流的方向（俯视） 感应电流的磁场方向 归纳总结
A 向下 逆时针 向上 感应电流的磁场阻碍磁通量的增加
C 向上 顺时针 向下
探究感应电流的方向
（２）条形磁铁从线圈中抽出，线圈内磁通量减少（如图B、D所示）。
图号 磁场方向 感应电流的方向（俯视） 感应电流的磁场方向 归纳总结
B 向上 顺时针 向上 感应电流的磁场阻碍磁通量的减少
D 向下 逆时针 向下
探究感应电流的方向
三、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；
（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；
共同点：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
楞次定律
一、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、楞次定律的理解
（１）感应电流的磁场不一定与原磁场方向相反，磁通量增加时两者才相反，磁通量减少时两者是同向的，即“增反减同”。
（２）阻碍并不是阻止。磁通量要增加，感应电流的磁场只能阻碍其增加，而不能阻止其增加，即磁通量最终还是要增加。
应用楞次定律判断感应电流方向的步骤
（１）明确所研究的闭合回路，判断原磁场的方向；
（２）判断闭合回路内原磁场的磁通量变化；
（３）依据楞次定律判断感应电流的磁场方向；
（４）利用右手螺旋定则判断感应电流的方向。
原磁场向下
原磁通量增大
感应电流磁场向上
逆时针方向（从上往下看）
判断感应电流的方向——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的方向判定。
右手定则
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。
判断感应电流的方向
例题1、下列说法中正确的是（　　）A．磁生电场由变化的磁场产生，磁生电场的电场线是闭合曲线，其方向一定是沿逆时针方向 B．磁生电场的方向同样也可以用楞次定律和右手螺旋定则来判定 C．磁电式仪表运输过程中用导线将正负接线柱短接，利用了电磁驱动D．电磁阻尼现象实质上不是电磁感应现象，但分析时同样遵循楞次定律
B
判断感应电流的方向
例题2、如图所示，一段导体环和小量程电流表G组成闭合回路，处于竖直向上的磁场中。当电流从右方流入时，指针向右边偏转。若此时G的指针位置如图所示，则下列说法中错误的是（　　）
A．磁场的变化和电流方向的关系可用楞次定律判断B．此时磁场正在增强 C．导线中电荷的定向移动，是由于电场力作用的结果D．导体环的外部没有电场存在
D
从能量角度理解楞次定律
一、楞次定律的本质：阻碍是能量守恒的反映，在克服阻碍的过程中，其他形式能转化为电能。
二、从能的转化和守恒的角度来看，楞次定律可以描述为感应电流的“效果”总是反抗（阻碍）引起感应电流的原因，常见的有一下几种表现：
（1）阻碍原磁通量的变化“增反减同”，如图所示，磁铁靠近线圈，B感与B原方向相反，利用安培定则可判定感应电流的方向。
B感
从能量角度理解楞次定律
（２）阻碍导体与磁场的相对运动——“来拒去留”，如图甲所示，条形磁铁靠近线圈时，受到的是排斥力；如图乙所示，条形磁铁远离线圈时，受到的是引力。
从能量角度理解楞次定律
（3）使闭合回路面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”，如图所示，P、Q是光滑固定金属导轨，ａ、b是可动金属棒，磁铁下移，a、b相互靠近。
（4）阻碍原电流的变化——“增反减同”。
随堂练习
例题３、某磁场磁感线如图，有一铜线圈自A处落至B处，在下落过程中，自上向下看，线圈中的感应电流方向是（　　）
A．始终顺时针 B．先顺时针再逆时针 C．始终逆时针 D．先逆时针再顺时针
B
解析：
原磁场向上
磁通量先增大后减小
感应电流的磁场先向下后向上
电流先顺时针后逆时针
右手定则
楞次定律
随堂练习
例题４、如图所示，光滑导轨M、N水平固定放置，两根导体棒P、Q平行放于导轨上，形成一个闭合电路。当一条形磁铁（下端为N极）从上方下落的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．条形磁铁穿入线框阶段，导体棒产生的感应电流从P到Q B．条形磁铁穿入线框阶段，导体棒P、Q互相远离 C．条形磁铁穿出线框阶段，导体棒P、Q互相靠拢 D．条形磁铁穿出线框阶段，磁铁的机械能减小
D
增缩减扩，磁铁一部分机械能转化成回路中的电能（焦耳热）
随堂练习
例题５、如图甲所示，一长直导线与闭合金属线框位于同一竖直平面内，长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示（以水平向右为电流的正方向），则在0～t2时间内，下列说法正确的是（　　）
A．穿过线框的磁通量一直减小 B．线框中始终产生顺时针方向的感应电流 C．线框先有收缩的趋势后有扩张的趋势 D．线框所受安培力的合力先向下后向上
B
A．由图可知长直导线中的电流先减小后反向增大，所以穿过线框的磁通量先减小后增大，故A错误；
B．0～t1时间内，直导线中电流向右减小，产生的磁场在线框处垂直于纸面向里减弱，根据楞次定律可知产生顺时针方向的感应电流；在t1～t2 时间内，直线电流方向向左，根据安培定则产生的磁场在线框处垂直于纸面向外增强，根据楞次定律可知产生顺时针方向的感应电流，故B正确；
C．穿过线框的磁通量先减小后增大，由楞次定律知线框先有扩张的趋势后有收缩的趋势，故C错误；
D．由楞次定律、左手定则判断线框受安培力的合力方向先向上后向下，故D错误。故选：B。
随堂练习
例题６、竖直导线ab与水平面上放置的圆线圈隔有一小段距离，其中直导线固定，线圈可自由运动，当同时通以如图所示方向的电流时（圆线圈内电流从上向下看是逆时针方向电流），则从左向右看，线圈将（　　）
A．不动 B．顺时针转动，同时靠近导线 C．顺时针转动，同时离开导线 D．逆时针转动，同时靠近导线
D
随堂练习
解析：根据安培定则可知，通电导线ab在右侧产生的磁场方向垂直纸面向里。
采用电流元法，将圆环分成前后两半，根据左手定则可知，外侧半圆受到的安培力向上，内侧受到的安培力向下，圆环将逆时针转动。
再用特殊位置法：圆环转过90°时，通电直导线AB对左半圆环产生吸引力，对右半圆环产生排斥力，由于吸引力大于排斥力，圆环靠近AB．则从左向右看，线圈将逆时针转动，同时靠近直导线AB．故D正确，A、B、C错误。故选：D。
随堂练习
例题７、如图所示，圆环形导体线圈a平放在水平桌面上，在线圈a的右上方固定一竖直螺线管b，螺线管与电源和滑动变阻器串联。若将滑动变阻器的滑片P向上滑动（线圈a始终静止），下列说法正确的是（　　）
A．线圈a有缩小的趋势 B．线圈a对水平桌面的压力将减小 C．线圈a受到水平向右的静摩擦力 D．线圈a中将产生俯视逆时针方向的感应电流
B
解：AD、将滑动变阻器的滑片P向上时，其接入电路的电阻增大，通过螺线管b的电流减小，产生的磁场减弱，穿过线圈a的磁通量减小，根据楞次定律可知，线圈a中感应电流俯视为顺时针方向，根据“增缩减扩”可知，线圈a应有扩张的趋势，故AD错误；
BC、原来线圈a对桌面的压力等于线圈a的重力，当滑动触头向上滑动时，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互相吸引，线圈a受到斜向右上方的安培力，即线圈a对水平桌面的压力将减小，同时受到水平向左的静摩擦力，故B正确，C错误。故选：B。
从能量角度理解楞次定律
三、回路运动情况、面积变化趋势的判断方法
电磁感应现象中，产生感应电流的导体在磁场中受到安培力，从而产生运动及回路面积变化趋势。判断运动或面积变化趋势的方法如下：
（1）一般方法
磁场变化情况
感应电流的方向
电路各部分所受电场力的方向
回路运动情况
分析面积变化趋势
或
楞次定律
左手定则
（2）根据楞次定律的推论进行判断
a.若是由于相对运动产生电磁感应现象，则感应电流所产生的力的效果阻碍相对运动（来拒去留）。
b.电磁感应现象中，回路面积变化总要阻碍磁通量的变化（增缩减扩）。
楞次定律和右手定则的比较
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
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较方便 用与导体切割磁感线产生电磁感应的现象
联系 右手定则是楞次定律的特例