探究感应电流的方向

1《探究感应电流的方向》教学设计[教材依据]上海科学技术出版社物理选修3-2第1章电磁感应与现代生活第2节探究感应电流的方向一、设计思路1、指导思想“楞次定律”是高中物理电磁学部分的重要内容，传统的教学设计是：教师演示实验→学生观察实验→教师引导学生分析得出楞次定律→讲解例题→课堂训练→课后巩固，按照这样的流程操作，虽然也能让学生学会如何应用楞次定律来判断感应电流的方向，但不难看出这种教学模式仍为“师传生受”，学生还是被动地接收知识，即使学会了，也不能算会学，而且学生的创新精神和实践能力亦难以得到进一步培养。面对新课程改革的要求，为营造一个让学生自主学习的良好环境，结合自己的教学实践，对本节内容采用“自主实验探究式”教学，即：“创设一个问题情景→学生讨论→确定探究问题→设计实验→探索实验→汇报研讨→综合探究结果，得出楞次定律→扩展提高→理论联系实际”。这种通过让学生自己动手操作、动眼观察、动脑思考，引导他们自己获取知识，不仅活跃了课堂气氛，还发展了学生的思维能力和创新能力。2、教学目标（1）知识与技能①楞次定律；②右手定则；③能进行探究感应电流方向的实验操作；④会用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向；⑤能从能量观点认识电磁感应现象。（2）过程与方法①通过实验和对实验现象的分析，归纳出感应电流方向与磁场变化的关系。（3）情感态度与价值观①让学生经历从实验观察到抽象归纳得出理论的过程，体验物理学的规律是咋样得出来的。（4）现代教学手段的运用虽说实物演示最直观明了地反映事物的某些现象通过它我们只能看到一些宏观现象，对定律微观本质的分析（比如：磁极周围的磁感线既看不见，又摸不着）就无能为力了，将现代化教学手段引进课堂，应用生活中的有趣物理实验，生动形象地展示两磁场间阻碍作用，不仅突出本节的重点，还突破了难点，使学生对定律有一个深刻理解，生动的记忆，同时又激发了学生的学习兴趣。3、教学重点与难点（1）教学重点2①楞次定律；②右手定则。（2）教学难点①探究影响感应电流方向的实验；②如何让应用楞次定律判断感应电流方向。二、教学准备1.收集《探究感应电流的方向》相关教育教学资源。2.制作《探究感应电流的方向》教学课件。3.教学器材准备：演示电流计，线圈(外面有明显的绕线标志)，导线两根，条形磁铁，马蹄形磁铁，线圈，学生分组实验仪器（螺线管，条形磁铁，电流计）。三、教学过程主要教学环节（1）复习：闭合电路的一部分导体做切割磁感线的情况时感应电流的方向如何判断？——右手定则（2）提问：当把条形磁铁插入螺线管，从螺线管中拔出时，同样有感应电流产生，此时方向如何判断？（3）实验探究：①指导学生分组实验②制表记录实验现象③找寻规律（4）教师利用课件再现学生分组实验中出现的现象，进行研究探讨，发现规律。课堂教学过程（一）复习提问师：产生感应电流的条件是什么？生：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流。师：（1）闭合电路的一部分导体做切割磁感线的情况。a．磁场方向不变，两次改变导体运动方向，如导体向右和向左运动。b．导体切割磁感线的运动方向不变，改变磁场方向。生：感应电流的方向跟导体运动方向和磁场方向都有关系，感应电流的方向可以用右手定则加以判定。师：电流表的指针有时向左偏，有时向右偏，这种偏转跟感应电流的方向有关吗？生：通过实验对比发现：对电流表而言，电流从哪个接线柱流入，指针就向哪边偏转。师：（2）出示螺线管、大型演示电流计和条形磁铁。3请同学们注意观察（见图1），当我把条形磁铁插入螺线管，放在螺线管中不动和从螺线管中拔出时，在这三个过程中电流表的指针是否发生偏转，并解释偏转或不偏转的原因。（二）引入新课在刚才的实验中，我们看到电流表的指针有时向左偏，有时向右偏。这表明在不同的情况下，感应电流的方向是不同的。那么，上述情况感应电流的方向能用右手定则判断吗？我们能否找出判断感应电流方向的新的办法呢？（三）实验探究：感应电流的方向(板书课题)我们再比较细致重做一下刚才做过的实验，通过观察实验现象来寻求感应电流遵循规律。[实验准备]（1）交待线圈的绕线方向；（2）确定电流表的指针偏转方向和电流方向的关系；[分组实验]（3）把条形磁铁按下列四种情况进行实验操作：把条形磁铁的N极向下插入线圈中，并从线圈中拔出；把条形磁铁的S极向下插入线圈中，并从线圈中拔出。（要求学生自制表格记录现象）磁铁的运动情况N极插入N极拔出S极插入S极拔出指针偏转方向教师引导：从记录上看出：同样是将磁铁插入螺线管，N极插入和S极插入时指针偏转的方向却不相同,为什么？（提出疑问，启发学生思考）学生发现：N极插入或S极插入时，螺线管所处的磁场方向不一样（刚好相反）。教师指导：在表格中增加磁场的方向一栏；根据前面的学习知道，感应电流的产生是因为闭合电路磁通量的变化，不妨再增加磁通量的变化一栏；注意感应电流也能产生磁场，它的方向跟磁铁产生的磁场方向一样吗？学生再做一次实验。（学生改进后的表格）磁铁的运动情况N极插入N极拔出S极插入S极拔出磁铁产生的磁场方向B1磁通量的变化4感应电流的磁场方向B2指针偏转方向教师引导：进一步分析实验记录，由于磁铁的运动，穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中产生了感应电流。感应电流又要产生磁场。这时线圈中同时存在两个磁场：磁铁的磁场和感应电流的磁场。同学们能否找出它们之间的关系和规律？(学生讨论，教师巡视、启发引导，总结规律。)学生结论：当磁通量φ增大时，B1与B2反向。当磁通量φ减小时，B1与B2同向。师：两个磁场有时反向有时同向，它们之间有什么内在的联系呢？当穿过线圈的磁通量增大时，感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相反。这时感应电流的磁场对正在增大的磁通量起什么作用呢？生：起抵消作用。师：这时感应电流的磁场把正在增大的磁通量抵消了一部分，也就是阻碍磁通量的增大。(在投影的结论第一行后面增加：“→阻碍磁通量φ增大”)反之，当穿过线圈的磁通量减小时，感应电流的磁场方向跟磁铁的磁场方向相同。这时感应电流的磁场对正在减小的磁通量又起什么呢？生：起补充作用。师：确实如此。这时感应电流的磁场对正在减小的磁通量加以补偿，也就是阻碍磁通量的减小。(在投影的结论第二行后面增加：“→阻碍磁通量φ减小。”)综上所述，这两个磁场的关系是：磁铁磁场的变化产生感应电流，而感应电流的磁场又阻碍引起感应电流的磁通量变化。(把投影中的“→阻碍磁通量φ增大”和“→阻碍磁通量φ减小”换成“阻碍磁通量φ变化”。)请一位同学把我们从实验中找出的规律完整地叙述一遍。生：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。师：这条关于感应电流的规律最早是由德国物理学家楞次在150多年前发现的。所以叫做楞次定律。（板书）1．楞决定律的内容：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。通过课件演示提醒学生注意两个磁场的方向关系及感应电流磁场的阻碍效应。师：楞次定律阐明了“感应电流的磁场”和“引起感应电流的磁场”这两个磁场的相互作用。我们可以利用这一点来判定感应电流的方向。例1：如下图所示，当导体棒运动时，分别根据楞次定律和右手定则判断产生的感应电流方向？5G感应电流方向楞次定律判断右手定则判断当导体棒向右运动当导体棒向左运动（通过这道例题，用我们熟悉的右手定则和楞次定律判断的结果一样，进一步加深对楞次定律的认识和肯定，从而总结出用楞次定律判断感应电流方向的方法步骤）（板书）2．判定感应电流方向的步骤：（l）确定原磁场方向和穿过闭合电路的磁通量的增减情况。（2）确定感应电流的磁场方向（增则反，减则同）。（3）用安培定则确定感应电流的方向。例2：在长直通电导线附近有一闭合线圈abcd，当直导线中的电流强度I逐渐减小时，试判断线圈中感应电流的方向。（学生讨论）生：可以判断出感应电流的方向是：a→b→d→C。练习1：如图4所示，让闭合线圈abcd由位置I通过一个匀强磁场运动到位置Ⅱ，线圈在运动过程中，什么时候有感应电流产生？感应电流的方向如何？请1、2组同学用楞次定律判断；3、4组同学用右手定则判断。生：在两段时间内有感应电流产生：6（1）从bd边进入磁场到线圈全部进入磁场的过程中有感应电流产生。用楞次定律判定，感应电流的磁场方向垂直纸面向外，感应电流的方向是从c→d→b→a→c。用右手定则判定，感应电流的方向也是c→d→b→a→c；（2）从bd边出磁场到线圈全部离开磁场的过程中也有感应电流产生。由楞次定律判定感应电流的方向是从d→c→a→b→d；用右手定则判定的感应电流的方向也是一样的。师：用右手定则判定感应电流的方向跟用楞次定律得出的结果是完全一致的。可以把右手定则看做是楞次定律的特殊情况。要判定导体作切割磁感线运动时所产生的感应电流的方向，用右手定则往往比用楞次定律简便。这两种方法都要掌握好。教师提问：线圈在进入磁场或从磁场出来的过程产生了电流，那么电路中的电能从哪里来？学生思考回答：外力做功，外部的机械能转化为感应电流的电能。可见：在一切电磁感应现象中都同时存在能量的转化。3．电磁感应现象中能量的转化：（1）电磁感应现象是其他形式的能转化为电能的现象。师：楞次定律表明感应电流总是在阻碍着它自己的产生。因此为了得到感应电流就必须克服这种阻碍作用做功，使其他形式的能转化为电能。所以楞次定律跟能的转化和守恒定律是相符的。（2）楞次定律符合能的转化和守恒定律。（四）课堂小结：1．楞次定律是电磁感应现象中的重要规律。要理解和掌握好楞次定律必须理解“阻碍”二字的意义。感应电流产生的效果总是在阻碍着它自己的产生。楞次定律是能的转化和守恒定律在电磁感应现象中的体现。2．掌握好判定感应电流方向的方法。（五）实例探究☆楞次定律的应用【例1】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。（忽略导线GH的磁场作用）解析：当S闭合时（1）研究回路是ABCD，穿过回路的磁场是电流I所产生的磁场，方向由安培7定则判定是指向读者；（2）回路ABCD的磁通量由无到有，是增大的；（3）由楞次定律可知感应电流磁场方向应和B原相反，即背离读者向内（“增反减同”）。由安培定则判定感应电流方向是B→A→D→C→B。当S断开时（1）研究回路仍是ABCD，穿过回路的原磁场仍是I产生的磁场，方向由安培定则判定是指向读者；（2）断开瞬间，回路ABCD磁通量由有到无，是减小的；（3）由楞次定律知感应电流磁场方向应是和B原相同即指向读者；（4）由安培定则判定感应电流方向是A→B→C→D→A。点评：用楞次定律解题时，沿一定的程序进行推理判断比较规范，尤其是初学者一定要熟练掌握【例2】如图所示，当条形磁铁突然向闭合铜环运动时，铜环里产生的感应电流的方向怎样？铜环运动情况怎样？解析：磁铁右端的磁感线分布如图所示，当磁铁向环运动时，环中磁通量变大，由楞次定律可判断出感应电流磁场方向，再由安培定则判断出感应电流方向如上图所示.把铜环等效为多段直线电流元，取上、下两对称的小段研究，由左手定则可知其受安培力如图，由此推想整个铜环受合力向右,故铜环将向右摆动.点评：由于磁铁的靠近引起环中感应电流的产生，电流（通电导体）在磁场中受到力作用.另解一：磁铁向右运动，使铜环产生感应电流如图所示.此环形电流可等效为图中所示的小磁针。显然，由于两磁体间的推斥作用铜环将向右运动。另解二：由于磁铁向右运动而使铜环中产生感应电流，根据楞次定律的另一种表述可知铜环将向右躲避以阻碍这种相对运动.【例3】（1）判断部分AB在图示（3-1）匀强磁场中运动产生感应电流的方向。BAB图3-1vvθ8（2）部分导体AB在匀强磁场中垂直切割磁感线时感应电流的方向（如图3-2所示），判定AB的运动方向。（3）水平桌面上有矩形线圈，其正上方一条形磁铁自由下落（如图3-3），试判断：①线圈中感应电流方向。②磁铁的加速度变化。③磁铁的机械能变化。（4）通电螺线管电路（如图3-4），当发现中央套置的线圈出现图示感应电流时，判断滑动变阻器的滑键的移动方向。（5）（可由课件展示）判断自由下落的条形磁铁竖直穿过水平固定的金属圆环过程（如图3-5）时环中电流方向。四．