2.1感应电流的方向 学案 (2)

第1节《感应电流的方向》学案
[学习目标]
知道楞次定律的内容，理解感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化的含义
会利用楞次定律判断感应电流的方向
会利用右手定则判断感应电流的方向
[要点导学]
1.要正确理解楞次定律中的“阻碍”两字的意思：
（1）阻碍不是阻止。磁通量减少时感应电流的磁场与原磁场方向相同，阻碍原磁场的减弱，但原磁场毕竟还在减弱。在直导线切割磁感线产生感应电流时，感应电流的出现一定阻碍切割磁感线的运动，但不是阻止这种运动，因为这种运动还在进行。
（2）阻碍不一定是反抗，阻碍还可能有补偿的意义。当磁通量减少时感应电流的磁场就补尝原磁场的磁通量的减少。这里关键是要知道阻碍的对象是磁场的变化，阻碍的对象不是磁场。
（3）阻碍是能量守恒的必然结果，在电磁感应现象中克服感应电流的阻碍作用做多少功就有多少其它形式的能转化为感应电流的电能。
2.应用楞次定律判断感应电流方向的四个步骤。
（1）明确原磁场的方向；
（2）明确穿过闭合回路的磁通量是在增加还是在减少；
（3）根据楞次定律确定感应电流的磁场方向；
（4）利用安培定则，判断感应电流的方向。
[范例精析]
例1如图所示，当长直导线中电流减小时，两轻质闭合导体环a、b将如何运动？
解析：当长直导线中的电流减小时，它在其周围产生的磁场将减弱，两导体环中的磁通量亦将减少。因而，两环中产生感应电流的原因都是穿过其中的磁通量在减少，所产生的感应电流的结果必将“反抗磁通量的减少”。又因越靠近直导线处，磁场越强，所以，导体环a和b都向直导线靠近。即a环向右移动，b环向左移动。
拓展：本题中如果两环的平面与长直导线垂直，则无论长直导线中的电流如何变化环中的磁通量都不变化，环中均无感应电流，两环均不会因长直导线中的电流变化而运动。
例2
如图所示，一条形磁铁从线圈上方落下，试问，在磁铁接近线圈和离开线圈的两过程中，其加速度与重力加速度g的关系分别如何？
解析：当磁铁在上方落下接近线圈时，线圈中产生感应电流的原因是二者相互接近，其中所产生的感应电流的磁场必然将“阻碍二者的相互接近”。因而，它们间产生斥力，磁铁下落的加速度必小于g。当磁铁离开线圈继续下落时，产生感应电流的原因则是二者相互远离，此时线圈中产生感应电流的磁场必然是“阻碍二者相互远离”，因而，它们间产生引力，故磁铁下落的加速度小于g。
拓展：上述的结论与磁铁的极性无关。由于磁铁都有两个极，所以在磁铁穿过线圈的过程中线圈中的电流一定会改变方向。假如磁铁先是N极插入则感应电流使线圈的上端出现N极，等到磁铁穿出线圈离开时一定是S极远离线圈，感应电流在线圈的下端产生N极，这时的电流方向肯定与前述的电流方向相反。
例3图中A是一个边长为L的方形线框，电阻为R，今维持线框以恒定的速度v沿x轴运动，并穿过图中所示的匀强磁场B区域。若以x轴为正方向作为力的正方向，线框在图示位置的时刻作为时间的零点，则磁场对线框的作用力F随时间t的变化图线为（
）
解析：线框刚进入磁场时它右边的一条边切割磁感线产生感应电流，磁场对线框的作用力F阻碍线框向右的运动，磁场对线框的作用力F向负X轴方向；线框全部进入磁场开始磁通量不变，无感应电流磁场对线框的作用力F=0，线框的右边的一条边出了磁场，它的左边切割磁感线产生感应电流，磁场对线框的作用力F还是向负X轴方向，
所以磁场对线框的作用力F总是阻碍线圈A的运动，总是向负X轴方向，所以正确答案是B。
拓展：本题从相对运动的角度分析更加简单，磁场对线框的作用力F总是阻碍线框A向X轴正向运动，所以在有感应电流的时间内磁场对线框的作用力F都向负X轴方向。
[能力训练]
1、如图中矩形线框ab边长l1=20cm，bc边长l2=10cm，电阻为20Ω，置于B=0.3T的匀强磁场中，磁感线方向与线框平面垂直，若用力拉动线框，使线框沿图中箭头方向以v=5.0m/s的速度匀速运动，求在把线框从如图位置拉出磁场过程中，通过导体回路某一截面的电量是多少？在此过程中外力做功是多少焦耳？
3×10-4C，4.5×10-5J
2、如图，水平金属滑轨MN与PQ平行，相距d=0.4m，电阻R=1Ω，匀强磁场的磁感强度B=2T，其方向垂直矩形平面MNQP且向外，金属棒ab与MN垂直，在水平拉力F作用下沿滑轨向右匀速移动，此时电压表的示数为U=0.5V，若ab棒与两滑轨接触点之间棒的电阻为r=0.2Ω，其余导体电阻不计，
试求：（不计摩擦）
⑴ab棒移动的速度v的大小；⑵在时间t=2s内拉力F所做的功。
0.75m/s
0.6J
3、如图所示的一个导体回路内，连接着一个电容器C，若有一垂直穿过回路平面的磁场（方向垂直纸面向外）正在减小，则电容的上极板带何种电荷？
负电
4、一个由导线组成的矩形线圈长为2L，以速率v匀速穿过有理想界面的宽为L的匀强磁场，如图所示。图乙中的哪幅能正确地表示矩形线圈内的电流随时间变化的关系？简述理由。
C能正确表示线圈中电流随时间变化的规律；
线圈的右边匀速切割磁感受线和线圈的左边切割磁感受线的过程时电流的大小不变，但方向相反，一圈不切割磁感线时无感应电流。
5、如图所示，让线圈A自由落下，并通过一段有足够长的匀强磁场的空间，试定性讨论线圈运动的加速度变化情况。（不考试空气阻力）
进入磁场开始a先减小，全部进入磁场后a=g，移出磁场时a减小，移出磁场后a=g。
6、如图所示，一个水平放置的矩形闭合线框abcd，在水平放置的细长磁铁极中心附近落下，下落过程中线框保持水平且bc边在纸外,ad边在纸内．它由位置甲经乙到丙，且甲、丙都靠近乙。在这下落过程中，线框中感应电流的方向为（
B
）
A．abcda　
B．adcba
C．从位置甲到乙时,abcda，从位置乙到丙时adcba
D．从位置甲到乙时，adcba，从位置乙到丙时abcda
【反思】
收获
疑问
b
a
I