楞次定律
素养要求:
物理观念:1.理解楞次定律。能从运动与相互作用及能量角度理解楞次定律“阻碍”的含义。知道右手定则与楞次定律判断感应电流方向是等效的。
科学思维:1.会用右手定则判断切割磁感线产生的感应电流的方向,会按照楞次定律的操作步骤判定感应电流的方向。
科学探究:1.会对影响感应电流方向的因素提出合理的猜想
2.会设计磁通量增加和磁通量减少的实验情境来探究规律,会根据电流表指针偏转方向确定感应电流的方向,会针对条形磁铁闭合线圈插入、拔出的过程,观察现象并设计表格记录相关物理量的变化情况。
3.会引入“中间量”探究表述感应电流方向的规律,会概括总结规律并从能量守恒角度理解“阻碍”的意义。
课中导学:
任务一:探究影响感应电流方向的因素
如图所示,线圈与电流表相连,把磁体的某一个磁极向线圈中插入、从线圈中抽出时,电流表的指针发生了偏转,但两种情况下偏转的方向不同,这说明感应电流的方向并不相同。
实验准备:了解电流计指针偏转方向与电流流向的关系
实验过程:
1. 按照下列表格中的4种情况一次进行实验,并将感应电流方向记录在表格中。
2. 讨论感应电流方向的变化可能与什么因素有关
相对运动情况
磁体磁场的方向
感应电流的方向
感应电流的磁场方向
楞次定律:
阻碍的含义:
任务二:运用楞次定律判断感应电流的方向
例1:法拉第最初发现电磁感应现象的实验如图所示。软铁环上绕有M、N 两个线圈,当线圈M电路中的开关断开的瞬间,线圈N中的感应电流沿什么方向?
小结:运用楞次定律判断感应电流方向的一般步骤
变式:如图所示,在通有电流 I 的长直导线附近有一个矩形线圈 ABCD,线圈与导线始终在同一个平面内。某段时间内,由于直导线中电流变化,矩形线圈中产生了 A→B→C→D→A方向的电流。
请判断:直导线中电流是增大了还是减小了?
任务三:导体棒切割磁感线时感应电流方向的判断
情境:如图所示,导体棒ab向右运动
1.我们研究的是哪个闭合导体回路?
2.当导体棒ab向右运动时,穿过这个闭合导体回路的磁通量增大还是减小?
3.导体棒ab中的感应电流是沿哪个方向的?
4.请画出电流、速度和磁感应强度三者方向的立体图。你能用比较简单的方法来记忆三者方向的关系吗?
右手定则:
例2:在图中CDEF是金属框,框内存在如图所示的匀强磁场。当导体AB向右移动时,请用楞次定律判断MNCD和MNFE两个电路中感应电流的方向?
例3:如图所示,矩形线圈CDEF所在平面与磁场方向垂直,某时刻开始绕OO’逆时针转动,在线圈转过90°的过程中,是否有感应电流产生,若有请说明感应电流方向;若无请说明理由。
任务四:感应电流受到的安培力的分析
情境:如图所示,用绳吊起一个铝环,用磁体的任意一极去靠近铝环,铝环中是否会产生感应电流?铝环会怎么运动?
如果磁体远离铝环,铝环又会怎么运动?
如果铝环上有缺口是否还会这样运动?
从力和运动的角度,该如何理解楞次定律中“阻碍”?
例4:如图所示,固定于水平面上的光滑平行金属导轨
AB、CD上放着两根细金属棒ab、cd。当一条形磁铁自上而下接近框架时,下列说法正确的是
A.电流方向为abdc,ab与cd相互靠拢
B.电流方向为abdc,ab与cd相互远离
C.电流方向为acdb,ab与cd相互靠拢
D.电流方向为acdb,ab与cd相互远离
变式:水平桌面上放一闭合铝环,在铝环轴线上方有一条形磁铁,如图所示,当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速运动时,铝环有________(填“收缩”或“扩张”)的趋势,铝环对桌面的压力________(填“增大”或“减小”)
课后习题:
1.根据楞次定律可知,感应电流的磁场一定是
A.阻碍引起感应电流的磁通量
B.与引起感应电流
的磁场方向相反
C.阻碍引起感应电流的磁通量的变化
D.与引起感应电流的磁场方向相同
2.如图所示,当磁
铁运动时,流过电阻的电流由A经R到B,则磁铁的运动可能是
A.向下运动
B.向上运动
C.向左平移
D.向右平移
3.如图所示,一水平放置的矩形闭合线框abcd在细长磁铁的N极附近竖直下落,保持bc边在纸外,ad边在纸内,由图中位置Ⅰ经过位置Ⅱ到位置Ⅲ,位置Ⅰ和位置Ⅲ都很接近位置Ⅱ,这个过程中线圈感应电流
A.沿abcd流动
B.沿dcba流动
C.先沿abcd流动,后沿dcba流动
D.先沿dcba流动,后沿abcd流动
4.如图所示,一平面线圈用细杆悬于P点,开始时细杆处于水平位置,释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动.已知线圈平面始终与纸面垂直,当线圈第一次通过位置Ⅰ和位置Ⅱ时,顺着磁场方向看去,线圈中感应电流的方向分别为
A.逆时针方向,逆
时针方向
B.逆时针方向,顺时针方向
C.顺时针方向,
顺时针方向
D.顺时针方向,逆时针方向
5.如图所示,导线框abcd与导线在同一平面内,直导线通有恒定电流I,当线圈由左向右匀速通过直导线时,线圈中感应电流的方向是
A.先abcd,后dcba,再abcd
B.先abcd,后dcba
C.始终dcba
D.先dcba,后abcd,再dcba
6.如图所示,试判定当开关S闭合和断开瞬间,线圈ABCD的电流方向
A.开关S闭合瞬间,沿ABCD流动
B.开关S闭合瞬间,沿BADC流动
C.开关S断开瞬间,沿ABCD流动
D.开关S断开瞬间,沿BADC流动
7.如图所示的方向绕中心转动的角速度发生变化时,B中产生如图所示方向的感应电流,则
A.A可能带正电且转速减小
B.A可能带正电且转速增大
C.A可能带负电且转速减小
D.A可能带负电且转速增大
8.如图所示,光滑U形金属框架放在水平面内,上面放置一导体棒,有匀强磁场B垂直框架所在平面,当B发生变化时,发现导体棒向右运动,下列判断正确的是
A.棒中电流从b→a
B.棒中电流从a→b
C.B逐渐增大
D.B逐渐减小
9.如图所示,一个有弹性的金属圆环被一根橡皮绳吊于通电直导线的正下方,直导
线与圆环在同一竖直面内,当通电直导线中电流增大时,弹性圆环的面积S和橡皮绳的长度l将
A.S增大,l变长
B.S减小,l变短
C.S增大,l变短
D.S减小,l变长
10.如图甲所示,长直导线与闭合金属线框位于同一平面内,长直导线中的电流i随时间t的变化关系如图乙所示.在0~时间内,直导线中电流方向向上,则在~T时
间内,线框中感应电流的方向与所受安培力方向正确的是
A.感应电流方向为顺时针,线框受安培力的合力方向向左
B.感应电流方向为逆时针,线框受安培力的合力方向向右
C.感应电流方向为顺时针,线框受安培力的合力方向向右
D.感应电流方向为逆时针,线框受安培力的合力方向向左
11.如图所示,粗糙水平桌面上有一质量为m的铜质矩形线圈,当一竖直放置的条形磁铁从线圈中线AB正上方等高快速经过时,若线圈始终不动,则关于线圈受到的支持力FN及在水平方向运动趋势的正确判断是
A.FN先小于mg后大于mg,运动趋势向左
B.FN先大于mg后小于mg,运动趋势向左
C.FN先小于mg后大于mg,运动趋势向右
D.FN先大于mg后小于mg,运动趋势向右
12.如图所示,条形磁铁从h高处自由下落,中途穿过一个固
定的空
心线圈,K断开时,加速度为a1,落地时间为t1,落地速度为v1;K闭合时,加速度为a2,落地时间为t2,落地速度为v2,则:a1 a2 ,t1 t2,v 1 v2。
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