2018-2019学年高二物理沪科版选修3-2学案：第1章 1.2 探究感应电流的方向

1.2　探究感应电流的方向
学 习 目 标
知 识 脉 络
1．知道探究感应电流的方向的实验操作及现象分析．
2．知道并理解楞次定律的内容和右手定则的内容．(重点、难点)
3．掌握应用楞次定律、右手定则判断感应电流的方向．(难点)
4．掌握从能量转化的角度理解楞次定律．(难点)
[自 主 预 习·探 新 知]
[知识梳理]
一、探究感应电流的方向　楞次定律
1．实验装置
细线悬挂的很轻的铝环．(图1-2-1)
图1-2-1
2．实验过程
操作步骤
现象
实质
条形磁铁的一极靠近铝环
铝环和磁铁排斥.
铝环中产生感应电流，感应电流的磁场阻碍铝环中磁通量的增加．
条形磁铁的一极远离铝环
铝环和磁铁吸引.
铝环中产生感应电流，感应电流的磁场阻碍铝环中磁通量的减小.
3.楞次定律的内容
感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．
二、电磁感应中的能量转化　右手定则
1．电磁感应中的能量转化
产生感应电流的过程，是外力克服磁场力做功的过程，磁铁运动的机械能转化成铝环的电能．
2．右手定则
伸开右手，使拇指跟其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内．让磁感线垂直从手心进入，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．
3．适用情况
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．
[基础自测]
1．判断正误
(1)感应电流的磁场总与原磁场方向相同． (×)
【提示】　感应电流的磁场与原磁场方向也可能相反．
(2)感应电流的磁场总阻碍闭合回路中磁通量的变化． (√)
(3)楞次定律能判定闭合回路中感应电流的方向． (√)
(4)电磁感应现象也遵从能量守恒定律． (√)
(5)判断通电螺线管周围的磁场用左手定则． (×)
【提示】　判断通电螺线管周围的磁场用右手螺旋定则．
(6)判断导体切割磁感线产生的感应电流的方向应用右手定则． (√)
2．关于楞次定律，下列说法正确的是(　　)
A．感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化
B．闭合电路的一部分导体在磁场中运动时，必受磁场阻碍作用
C．原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场同向
D．感应电流的磁场总是跟原磁场反向，阻碍原磁场的变化
A　[感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，选项A正确；闭合电路的一部分导体在磁场中平行磁感线运动时，不受磁场阻碍作用，选项B错误；原磁场穿过闭合回路的磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，选项C错误；当原磁场增强时感应电流的磁场与原磁场方向相反，当原磁场减弱时感应电流的磁场与原磁场同向，选项D错误．]
3．如图1-2-2所示，平行导体滑轨MM′、NN′水平放置，固定在匀强磁场中，磁场方向与水平面垂直向下．导体棒AB、CD横放其上静止，形成一个闭合电路，当AB向右滑动的瞬间，电路中感应电流的方向及导体棒CD受到的磁场力方向分别为(　　)
图1-2-2
A．电流方向沿ABCD；受力方向向右
B．电流方向沿ABCD；受力方向向左
C．电流方向沿ADCB；受力方向向右
D．电流方向沿ADCB；受力方向向左
C　[AB向右滑动，根据右手定则知回路中感应电流方向沿ADCB方向，又由左手定则判知CD受安培力方向向右，故选C.]
[合 作 探 究·攻 重 难]
对楞次定律的理解
1．感应电流的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化，而不是阻碍引起感应电流的磁场．因此，不能认为感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相反．
2．这里的“阻碍”体现为
(1)当引起感应电流的磁通量增加时，感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相反，感应电流的磁通量阻碍了引起感应电流的磁通量的增加．
(2)当引起感应电流的磁通量减少时，感应电流的磁场方向与引起感应电流的磁场方向相同，感应电流的磁通量阻碍了引起感应电流的磁通量的减少．
3．对“阻碍”作用的正确理解
(1)“阻碍”不是“阻止”
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，其作用仅仅使原磁通量的增加变慢了，但磁通量仍在增加；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，其作用仅仅使原磁通量的减少变慢了，但磁通量仍在减少．
(2)“阻碍”并不意味着“相反”
感应电流产生的磁场方向可能与原磁场方向相同，也可能相反，需根据磁通量的变化情况判断．
　(多选)下列各图是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或抽出，由线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流．各图中分别标出了磁铁的极性、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(　　)

A　　　B　　　　C　　　　D
思路点拨：①由磁铁确定原磁场方向；②由磁铁的运动方向确定线圈磁通量的增减；③由楞次定律确定感应电流方向．
CD　[根据楞次定律可确定感应电流的方向：以C选项为例，当磁铁向下运动时：(1)闭合线圈中原磁场的方向——向上；(2)穿过闭合线圈的磁通量的变化——增加；(3)感应电流产生的磁场方向——向下；(4)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，磁铁与线圈相互排斥．运用以上分析方法可知，C、D正确．]
规律方法
规律方法
应用楞次定律判断感应电流方向的步骤
[针对训练]
1.一水平放置的矩形闭合线圈abcd，在细长磁铁的N极附近竖直下落，由图1-2-3所示位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ，位置Ⅰ和位置Ⅲ都很靠近位置Ⅱ.在这个过程中，线圈中感应电流(　　)
图1-2-3
A．沿abcd流动
B．沿dcba流动
C．从Ⅰ到Ⅱ是沿abcd流动，从Ⅱ到Ⅲ是沿dcba流动
D．从Ⅰ到Ⅱ是沿dcba流动，从Ⅱ到Ⅲ是沿abcd流动
A　[侧视图如图所示，从Ⅰ到Ⅱ向上的磁通量减少，据楞次定律的“增反减同”可知：线圈中感应电流产生的磁场方向向上，用安培定则可以判断感应电流的方向为逆时针(俯视)，即沿abcd流动．同理可以判断：从Ⅱ到Ⅲ向下磁通量增加，由楞次定律可得：线圈中感应电流产生的磁场方向向上，感应电流的方向沿abcd流动，故选A.
]
右手定则
1.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．
　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景，导体ab上的感应电流方向为a→b的是(　　)

A　　　　B

C　　　　　　D
思路点拨：导体切割磁感线电流方向的判断直接用右手定则判断．
A　[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中电流方向沿a→d→c→b→a，D中电流方向为b→a.故选A.]
规律方法
?1?楞次定律的研究对象为整个闭合导体回路，适用于磁通量变化引起感应电流的各种情况.
?2?右手定则的研究对象为闭合导体回路的一部分，适用于一段导线在磁场中做切割磁感线运动.
[针对训练]
2.如图1-2-4所示，匀强磁场与圆形导体环平面垂直，导体ef与环接触良好，当ef向右匀速运动时(　　)
图1-2-4
A．圆环中磁通量不变，环上无感应电流产生
B．整个环中有顺时针方向的电流
C．整个环中有逆时针方向的电流
D．环的右侧有逆时针方向的电流，环的左侧有顺时针方向的电流
D　[由右手定则知ef上的电流由e→f，故右侧的电流方向为逆时针，左侧的电流方向为顺时针，故选D.]
楞次定律的综合应用
发生电磁感应现象时，通过什么方式来“阻碍”原磁通量的变化要根据具体情况而定．可能是阻碍导体的相对运动，也可能是改变线圈的有效面积，还可能是通过远离或靠近变化的磁场源来阻碍原磁通量的变化．
　如图1-2-5所示，水平桌面上放有一个闭合铝环，在铝环轴线上方有一个条形磁铁．当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时，下列判断正确的是(　　)
图1-2-5
A．铝环有收缩趋势，对桌面压力减小
B．铝环有收缩趋势，对桌面压力增大
C．铝环有扩张趋势，对桌面压力减小
D．铝环有扩张趋势，对桌面压力增大
思路点拨：磁铁向铝环靠近，铝环中产生感应电流而受安培力，而安培力的效果阻碍磁通量的变化．
B　[根据楞次定律可知：当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速移动时，闭合铝环内的磁通量增大，因此铝环面积应有收缩的趋势，同时有远离磁铁的趋势，故增大了和桌面的挤压程度，从而使铝环对桌面压力增大，故B项正确．]
?1?导体与磁场相对运动产生电磁感应现象时，产生感应电流的导体受到磁场的安培力，这个安培力会“阻碍”相对运动，口诀记为“来拒去留”.
?2?当闭合电路中有感应电流产生时，闭合电路的各部分导体就会受到安培力作用，会使闭合电路的面积有变化?或有变化趋势?.
①若原磁通量增加，则通过减小有效面积起到阻碍的作用.
②若原磁通量减少，则通过增大有效面积起到阻碍的作用.?口诀记为“增缩减扩”.
[针对训练]
3．如图1-2-6所示，在载流直导线近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，在导轨上有两可自由滑动的导体ab和cd.当载流直导线中的电流逐渐增强时，导体ab和cd的运动情况是(　　)
图1-2-6
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
C　[由于ab和cd电流方向相反，所以两导体运动方向一定相反，排除选项A、B；当载流直导线中的电流逐渐增强时，穿过闭合回路的磁通量增加，根据楞次定律，感应电流总是阻碍穿过回路磁通量的变化，所以两导体相互靠近，减小面积，达到阻碍磁通量增加的目的，故选C.]
[当 堂 达 标·固 双 基]
1．某实验小组用如图1-2-7所示的实验装置来验证楞次定律．当条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流计的感应电流的方向是(　　)
图1-2-7
A.a→G→b
B.先a→G→b，后b→G→a
C.b→G→a
D.先b→G→a，后a→G→b
D　[条形磁铁进入线圈的过程中：①确定原磁场的方向：条形磁铁在穿入线圈的过程中，磁场方向向下．②明确闭合回路中磁通量变化的情况：向下的磁通量增加．③由楞次定律的“增反减同”可知：线圈中的感应电流产生的磁场方向向上．④应用安培定则可以判断感应电流的方向为逆时针(俯视)，即：电流的方向从b→G→a.同理可以判断出条形磁铁穿出线圈的过程中，向下的磁通量减少，由楞次定律可得：线圈中将产生顺时针方向的感应电流(俯视)，即：电流的方向从a→G→b.]
2．两根相互平行的金属导轨水平放置于图1-2-8所示的匀强磁场中，在导轨上与导轨接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动．当AB在外力F作用下向右运动时，下列说法中正确的是(　　)
图1-2-8
A．导体棒CD内有电流通过，方向是D→C
B．导体棒CD内有电流通过，方向是C→D
C．磁场对导体棒CD的作用力水平向左
D．磁场对导体棒AB的作用力水平向右
B　[当导体棒AB向右运动时，由右手定则可以判断回路中感应电流方向为A→C→D→B→A，再根据左手定则进一步确定导体棒CD的受力方向水平向右，导体棒AB的受力方向水平向左．]
3．如图1-2-9所示，水平放置的光滑杆上套有A、B、C三个金属环，其中B接电源．在接通电源的瞬间，A、C两环(　　)
图1-2-9
A．都被B吸引　　　　　 B．都被B排斥
C．A被吸引，C被排斥 D．A被排斥，C被吸引
B　[在接通电源的瞬间，通过B环的电流从无到有，电流产生的磁场从无到有，穿过A、C两环的磁通量从无到有，A、C两环产生感应电流，由楞次定律可知，感应电流总是阻碍原磁通量的变化，为了阻碍原磁通量的增加，A、C两环都被B环排斥而远离B环，故A、C、D错误，B正确．]