2.1 楞次定律“导学工具单”同步学案

1.2楞次定律“导学工具单”
学科：物理 年级：高二
【学习目标】
(1)通过“楞次环”实验，经历推理分析得出楞次定律的过程，体会归纳推理的方法，感受科学家对规律的研究过程，学习他们对工作严肃认真不怕困难的科学态度。
(2)通过“落磁”实验，深刻理解楞次定律的本质是能量的转化与守恒。
(3)通过导体棒切割磁感线实验，推理论证，得出右手定则。
【重点难点】
重点： 楞次定律的内容及应用；
难点： 利用感应电流的磁场作为中介物理量得出楞次定律；能量守恒定律是楞次定律的理论支撑。
【学法提示】
关于楞次定律实验探究，要突出研究的对象是铝环或线圈，抓住穿过线圈的磁场方向和磁通量的变化，分清感应电流的磁场方向，原磁通量的变化，建立表格进行情境分析比较，归纳、逻辑推理得出判断感应电流方向的规律。
关于楞次定律的理解，关键是要正确理解磁通量的变化和阻碍的含义。
(3) 关于右手定则，建议通过对比的方式学习，明确楞次定律研究的是整个闭合电路，右手定则研究的是闭合电路的一部分，对象不同；在适用范围上，右手定则是楞次定律的特例。
【学习材料】
子任务一、通过实验收集不同操作下感应电流的具体方向
活动目标：收集实验中不同操作下所产生感应电流的具体方向。
活动1：合作开展探究感应电流方向的实验。
问题1：明确如何根据电流表指针偏转方向判断出感应电流的方向；
问题2：设计表格并准确记录实验数据。
子任务二、归纳概括出感应电流的方向规律
活动目标：通过数据分析，归纳概括出感应电流的方向规律。
活动2：分析挖掘数据，寻找数据背后的方向规律。
问题1：若需通过间接的方法发现规律，哪个物理量可以作为“中介”；
问题2：尝试简洁表达所发现的规律．
子任务三、从能量视角阐述“阻碍”的含义。
活动目标：结合“落磁”实验，从能量视角分析解释“阻碍”的含义。
活动3：分析“落磁”实验中的能量转化。
问题：“落磁”实验中的“阻碍”在能量转化中起到什么作用？
子任务四：分析总结导体棒切割磁感线产生感应电流的方向规律
活动目标：总结概括得出右手定则。
活动4：研究导体棒垂直切割磁感线运动时所产生的感应电流方向特点。
问题1：实验分析闭合导体回路的一部分做切割磁感线运动时的感应电流方向；
问题2：分析该情况下的感应电流方向与磁场方向、导体棒运动方向有什么特殊关系。
【学习过程】
活动1：合作开展探究感应电流方向的实验。（10min）
[问题情境]
物理情境：演示趣味火箭发射，展示其构造。（向同学们展示线圈、铁芯，套着闭合铝环的纸火箭模型。当给线圈通电的瞬间，铝环带动火箭迅速上跳）
提岀问题：为什么铝环能带动火箭飞出去？
[自主学习]用“条形磁铁相对楞次环运动”的实验（当条形磁铁N极靠近闭合铝环时，铝环随即退开）来代替教材中“条形磁铁相对螺线管运动”的实验，使实验变得更为简单、直观，思维更为简化。
[合作探究]
问题1：如图所示，实验现象“排斥”说明铝环哪侧相当于N极？为什么？
问题2：标出铝环中感应电流的方向，并说明其运用了什么原理？
[展示交流]
观察实验现象，记录相关实验数据，交流、讨论，初步完成实验探究的任务。
[总结提升]
问题3：梳理并总结实验，得到的初步结论是什么？
活动2：分析挖掘数据，寻找数据背后的方向规律（15min）
[问题情境]
提出问题：用“来据去留”'判断I感方向是否具有普适性 ”如何利用实验验证？
[自主学习]
学生通过“螺线管实验”验证自己的质疑。
提出问题：I感方向在本质上可能与哪个物理量有关
[合作探究]
学生合作完成表2中第五列的内容
[展示交流]
问题1：当增加时，B感和B原方向什么关系？当减少时，B感和B原方向什么关系？
问题2：B感对的变化起到了什么作用？
[总结提升]
B感对的变化起到了“阻碍”作用
活动3：分析“落磁”实验中的能量转化。（6min）
[问题情境]
如图所示，将内径一样的铝管（或铜管）和塑料管竖直放置在垫有毛巾的桌面上方，从同一高度同时释放两块磁性很强的磁体，一块从铝管内下落，另一块从塑料管内下落。进入铝管的磁体将会滞后一段时间落到桌面。做一做，并说明这是为什么。
[合作探究]
问题1：谁在阻碍？阻碍谁？
问题2：“阻碍”就是B感和B原方向相反？怎么阻碍？
问题3：能否阻止？阻碍的结果是什么？
[展示交流]
活动4：分析总结导体棒切割磁感线产生感应电流的方向规律。（6min）
[问题情境]
如图所示，两平行金属导轨 P、Q 水平放置在匀强磁场中，磁场方向垂直于轨道平面，在两导轨之间连接一电阻 R。当一根垂直于导轨的导体棒ab沿着导轨向右滑动时，棒ab中感应电流的方向是怎样的？观察实验现象，请说明理由。
[合作探究]
问题1：实验分析闭合导体回路的一部分做切割磁感线运动时的感应电流方向；
问题2：分析该情况下的感应电流方向与磁场方向、导体棒运动方向有什么特殊关系。
[展示交流]
若磁通量的变化是由导体切割磁感线引起的，则感应电流的方向、磁感线方向、导体运动方向三者之间有如下关系：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，这就是右手定则。
【达标检测】
1．如图所示，长方形区域内为匀强磁场，在矩形线圈abcd从左到右穿过的整个过程中：
（1）线圈从磁场外进入磁场，线圈中是否有感应电流？方向如何？
（2）线圈进入磁场且只在磁场中运动，线圈是否有感应电流？为什么？
（3）线圈从磁场中逐渐拉出磁场的过程中，线圈中是否有感应电流？方向如何？
2．如图所示，在边长为2l的正方形区域内存在着磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，有一边长为l的正方形导线框沿垂直磁场的方向以速度v匀速通过磁场区域，从ab刚进入磁场开始计时。
（1）指出哪些时间段内有感应电流产生，并说明其方向。
（2）画出磁通量随时间变化的图象。
3．人造卫星绕地球运行时，轨道各处地磁场的强弱并不相同，因此，金属外壳的人造地球卫星运行时，外壳中总有微弱的感应电流．分析这一现象中的能量转化情形。它对卫星的运动可能产生怎样的影响？
【拓展延伸】
请同学们再次利用如下实验器材，磁铁缓慢插入（或拔出）与磁体迅速插入或拔出，观察电流表指针的偏转幅度大小有什么特点？
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