前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇感应电流范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
当电流方向与磁场方向不垂直的时候,我们把它分解成与磁场平行的方向和与磁场垂直的方向,与磁场平行方向由于没有引起磁通量的变化故为零。将一根直导线AB至于磁场中,并将该导线与测量电流的电流表相连。
当导线AB从左向右与磁场作相对运动时,导线切割了磁力线,在AB导线中产生感应电动势,由于这是闭合电路,此电动势在回路中产生感应电流。所以电流表读数出现偏转。
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1.掌握楞次定律的内容。
2.培养观察实验的能力以及对实验现象分析、归纳、总结的能力。
3.能够熟练应用楞次定律判断感应电流的方向。
二、教学重点:对楞次定律的理解
三、教学难点:对楞次定律中的“阻碍”和“变化”的理解
四、教具准备
干电池、灵敏电流表、外标有明确绕向的大线圈、条形磁铁、导线。
五、教学设计的思路与教学方法
本节内容采用“探究式”教学,即:“创设一个问题情景学生讨论猜想设计实验探索实验分析实验现象得出楞次定律课堂讲练巩固练习”。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。
六、教学过程的设计
(一)引入
(二)新课教学
1.展示情景,提出问题
A和B都是很轻的铝环,A环是闭合的,B环是断开的。
问题1:当条形磁铁的任一端分别靠近A环和B环时,环中有无感应电流?为什么?
问题2:能否根据“吸引”和“排斥”来判断当条形磁铁的某一端在远离和靠近A环时,环中感应电流的方向?
2.讨论猜想,设计实验
学生分组讨论:
条形磁铁N极靠近A环时,与A环“排斥”,能根据什么原理判断此时A环中感应电流的方向?
3.演示实验
步骤:
(1)观察螺线管上线的绕向。
(2)用干电池判断电流流向与G表指针偏向的关系。
(3)根据实验由G表指针偏向确定对应图中的方向。
(4)用右手螺旋定则判断电流的磁场方向。
引导、探索、分析:
(1)比较感应电流磁场与原磁场的方向关系(相同、相反、排斥、吸引)。
(2)由于感应电流磁场与原磁场的方向关系杂乱,故变化思维,研究感应电流磁场与原磁场的关系。
(3)得出结论:感应电流的磁场总是阻碍原磁场的磁通量的变化。
4.由实验得出愣次定律
(1)内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,这就是楞次定律。
(2)本质:揭示了感应电流的磁场与原磁场的方向关系:“增(磁通量增加)反(感应电流磁场与原磁场反向)减(磁通量减少)同(感应电流磁场与原磁场同向)”。并没有直接判断出感应电流的方向。
5.利用愣次定律判断感应电流的方向
(1)逻辑程序图
(2)利用楞次定律判定感应电流方向的步骤:
a.明确闭合回路中原磁场的方向;
b.判断穿过闭合回路的原磁通量如何变化;
c.由楞次定律确定感应电流的磁场方向;
d.利用安培定则确定感应电流的方向。
6.练习部分
(1)方形区域内为匀强磁场,在矩形线圈从左到右穿过的整个过程中,判断感应电流的方向。
(2)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?
作业:书后练习
七、板书设计
愣次定律――感应电流的方向
1.内容:感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化,这就是楞次定律。
2.本质:揭示了感应电流的磁场与原磁场的方向关系:“增(磁通量增加)反(感应电流磁场与原磁场反向)减(磁通量减少)同(感应电流磁场与原磁场同向)”;并没有直接判断出感应电流的方向。
3.利用愣次定律判断感应电流的方向。
(1)利用逻辑程序图判断。
(2)利用楞次定律判定感应电流方向的步骤:
a.明确闭合回路中原磁场的方向;
b.判断穿过闭合回路的原磁通量如何变化;
c.由楞次定律确定感应电流的磁场方向;
人教社新课程高中物理选修3-2第3节《楞次定律》的主要?热菔翘骄扛杏Φ缌鞯姆较?.从总体上来说,探究过程最突出的特点就是涉及物理量多、情境复杂、规律隐蔽.近百年来,该实验装置和方案不曾改过.课本上主要是通过一个“中介”(感应电流的磁场)来进行的,如图1的照片(课本插图),在这里我们不禁要问:为什么要提出这个“中介”?这个“中介”的提出是否有点突兀?另一方面,探究过程是不是涉及了过多的物理量?(从表格1可以窥见一斑)是否还可能有更加通畅而简洁的思路呢?是否可以设计出一个由浅入深、环环相扣、层层递进、总体思路更加通畅的并且易于学生理解和思悟的探究过程?
下面来做一个尝试:首先进行理论探究,也就是通过分析与综合方法提出探究性问题(原磁场的磁通量的变化与感应电流的磁场的方向之间的关系);然后设计探究性实验,对探究的结果进行分析、总结和归纳最后得出楞次定律.
为了提出具体的探究问题,还是要先从本章第二节《探究感应电流的产生条件》开始回顾.
1 通过运用分析与综合方法提出探究问题
探究感应磁场的方向(感应电流磁场的方向)与原磁场的磁通量变化(包括不同原磁场方向的所有相关情况)之间的关系.
在本章第二节我们已经知道:当磁铁插入或者拔出线圈时,也就是穿过线圈的磁通量发生变化的时候,最终会在回路中产生了感应电流,这说明感应电流与穿过闭合电路的磁通量的变化有关.
因为最终产生了感应电流,首先尝试从感应电流的产生原因这一角度入手来思考.
根据闭合电路的欧姆定律,所以感应电流会使人联想起电压和电阻.不过马上就会否定该种想法,因为上述物理概念和规律与本探究物理情境毫不相关,显然这不是探究的方向.
下面尝试从感应电流的各种效应方面入手探究.这包括机械效应、热效应、磁效应和化学效应.稍加分析可知,可能我们可以从电流的磁效应这一方面入手.
至此,我们的问题转化为研究感应电流的磁场的方向.
我们不仅又想起了磁铁的磁场,因为要研究感应电流的方向的问题,现在碰到了两个磁场,自然就会想到研究这两个磁场的方向之间有无关系.
前一节已经告诉我们,要通过研究穿过闭合回路的磁通量的变化来研究.那么要探究的问题立刻浮出水面:原磁场和感应电流磁场的磁通量的变化之间有无关系?
对于(电流或者磁场的)方向这一方面,我们不能轻易放弃,因为对于物理学科而言,方向至关重要.本节就是要探究出感应电流的方向.
最终探究的问题进一步具体化为:探究感应磁场的方向(感应电流磁场的方向)与原磁场的磁通量变化(包括不同原磁场方向的所有相关情况)之间的关系.
2 建构条形磁铁――螺线管模型
通过对“条形磁铁―螺线管”模型进行以下四步渐次复杂的实验探究和分析,最终得出楞次定律的内容.
下述前两步探究将使用有共性的两组相同实验仪器,进行对比实验探究.
2.1 探究感应磁场的方向与Δ的正负的关系
探究一
如图2所示,在本步所有的操作中,条形磁铁的N极都在下方.分别将磁铁的N极从上端向下插入和从螺线管中向上拔出,(根据安培定则由感应电流的方向来判定感应磁场的方向,下同)然后得到感应磁场的方向.经过分析判定,当磁铁插入螺线管(即(((0)时,感应磁场方向向上;当磁铁拔出螺线圈(即Δ
这说明:在原磁场方向相同的情况下,感应磁场的方向与Δ的正负(也可以说是穿过螺线管的磁通量的变化)有关.
2.2 探究感应磁场的方向与原磁场的方向的关系
探究二
如图3所示,分别将磁铁的N极和S极都从上方向下插入螺线管,在操作过程中尽量保证穿过螺线管的磁通量的变化量的绝对值相等,观察感应磁场的方向.
经过观察分析可知,当N极插入螺线管时,感应磁场方向向上;当S极插入螺线圈时,感应磁场方向向下.
这说明,在磁通量的变化量的绝对值相等的情况下,感应磁场的方向与原磁场方向有关.
综合以上两步探究的结果,感应磁场的方向与穿过螺线管的磁通量的变化量和原磁场的方向这两个因素有关.
2.3 综合归纳得出“增反减同”的初步结果
探究三 重复并扩展探究二的操作步骤.
如图4所示,将磁铁的N极(和S极)从上方插入螺线管(都是插入).当N极向下插入螺线管(即Δ为正)时,原磁场方向向下,感应磁场的方向向上;当S极向下插入螺线管(即Δ为正)时,原磁场方向向上,感应磁场的方向向下.
综合上述两步理论分析发现:不管是N极还是S极,只要插入螺线管,也就是说只要穿过螺线管的磁通量的绝对值在增加,感应磁场的方向就与原磁场的方向相反.
下面继续探究将N极和S极向上拔出螺线管的情况.当N极向上拔出螺线管(即((为负)时,原磁场方向向下,感应磁场的方向向下;将磁铁的S极向上拔出螺线管(即((为负)时,原磁场方向向上,感应磁场的方向向上.
归纳上述两步可以发现:不管是N极还是S极,只要拔出螺线管,也就是说只要穿过螺线管的磁通量的绝对值在减小,感应磁场的方向就与原磁场的方向相同.
将上述的两大步再进一步归纳(即针对所有插拔情况):上述每一种操作都满足下述规律:当((为正时(磁通量的变化量增加),感应磁场与原磁场方向相反;当((为负时(磁通量的变化量减少),感应磁场与原磁场方向相同,也就是“增反减同”.
2.4 运用磁通量的形象标识方式(磁感线的条数)进行科学想象.
怎样理解“增反减同”的现象,这“又增又减”的表面是否隐藏着统一的物理本质?下面继续进行探究和思考.
探究四:如图5所示,继续分别将N极和S极插入和拔出螺线管,观察感应磁场的方向.
当N极插入螺线圈时,原磁场方向向下,穿过螺线管的磁通量(下面用磁感线的条数来进行科学想象)增加,感应磁场方向向上,由于二者方向相反,所以结果是抵消了一部分增加的磁通量,即方向相反的两组磁感线相当于减少了净磁感线的条数.“不让磁通量增加”.
同理,当N极拔出螺线圈时,螺线管的磁通量减小,感应磁场方向向下,由于二者方向相同,所以结果是补偿了一部分减少的磁通量,即方向相同的两组磁感线的总体效果是: “不让磁通量减少”.
将S极插入和拔出螺线管的情况与N极的相关情况类似,不再赘述.
总之,“不让磁通量增加”和“不让磁通量减小”,都是不想让原来的磁通量发生变化的意思,看来“不想让其变化”就是增反减同的共性.
考虑感??磁场的强弱和原磁场的强弱之后,可以说:我们是用一种“部分抵消变化说”总结了“增反减同”的共性.
下面再从感应电流的磁场的角度来思考,我们关心的问题是:到底感应磁场在上述电磁感应的过程中起到了什么作用?
上述的“部分抵消变化”事实上就是感应电流的磁场阻碍了(不是完全阻止)原磁场磁通量的变化.
【关键词】变压器 法拉第电磁感应定律 实验设计
法拉第电磁感应定律是电磁学中的一个重要内容,它揭示了感应电动势ε感与闭合线圈内磁通量的变化率φ/t 、线圈匝数n所成的正比关系:ε感= n φ/t 。在实验总结出感应电流、感应电动势产生的条件后,教材中通过用条形磁铁插入、拔出串接了灵敏电流表的闭合线圈实验,分析插、拔磁铁的快慢与灵敏电流表指针摆动的幅度关系,得出“闭合线路内,磁通量的变化率越大,线圈的匝数越多,产生的感应电动势也就越大”的结论。在此定性实验的基础上,教材中直接引出了法拉第电磁感应定律。很显然,上述方法省略了“ε感与n 、φ/t‘成正比’”这一量化结论的实验研究过程。由于采用手动操作改变φ/t ,并且灵敏电流表的指针是瞬时晃动的,实验操作、观察都存在一定的局限,通常的实验也不能进行进一步的探究。在学习完交流电、变压器等知识后,笔者利用可拆交流演示变压器,通过反复实践,设计出验证法拉第电磁感应定律的实验办法。
一、实验器材
可拆交流演示变压器1个,多用表1只,小灯座1个,3.8V小灯泡1只,长约3m的导线1根,220V交流电源
二、实验原理
根据变压器工作原理,当交流电通过原线圈时,铁芯中将产生峰值稳定、交流变化的φ/t 。如果水平抽动变压器上端的横轭,铁芯不再完全闭合,部分磁感线外泄,造成铁芯中的φ/t变小(如图1所示)。依照上述操作,便可改变φ/t 的大小。若抽动横轭到某一固定位置,就能获得比较稳定的φ/t。
三、实验过程
1、定性研究ε感与φ/t 之间的关系将多用表调至交流电压10V档,与小灯泡并联,共同串接到副线圈3V档,原线圈接入220V交流电。当横轭完全闭合在铁芯上时,电压表测出副线圈中产生3V的感应电流。将横轭从原线圈端向外缓慢地水平抽动,小灯泡逐渐变暗,当横轭抽离铁芯约3mm时(如图2所示),可以观察电压读数已经降到2V左右。利用上述直观的现象,引发学生思考该现象产生的原因,通过分析,可知ε感与横轭的水平抽动有关,即与变小的φ/t 有关,从而得出定性结论:φ/t 越小(大),ε感越小(大)。
2、定量研究ε感与n的正比关系除去副线圈,换上长导线缠绕在铁芯上代替副线圈,并将导线两端与小灯泡串接成闭合线路,同时将多用表与小灯泡并联。将横轭开口距离调至3mm左右。随着缠绕在铁芯上的线圈匝数增多,可以观察到小灯泡从不亮到亮的变化过程:在绕到第4匝时,灯丝微微发光;当线圈绕到20匝左右,小灯泡已经比较亮了。绕线过程中,观察多用表上交流电压读数,发现每多绕一匝导线,感应电动势约增大0.1V,可得出ε感与n的定量关系。
通过上述实验,进一步进行分析探究:假设每一匝线圈内的磁通量的变化率为φ0/t ,对应产生的感应电动势为ε0 ,则每多绕一匝线圈,整个闭合线路所围的φ/t就增大一个单位φ0/t ,线路中感应电动势也增大一个ε0 ,由此得出量化的结论――法拉第电磁感应定律。
3、补充说明
1)为了操作方便,通常将副线圈摆放在操作者右手边,同时在实验中注意安全用电,勿用身体接触原线圈中的交流电。
2)缠绕导线时,开口处的铁芯内上、下不同的位置,φ/t 有所差异,应尽量使导线绕在铁芯下部的同一位置附近。
3)由于自感作用,从铁芯上逐渐解开缠绕的导线到第3匝时,小灯泡仍然微微发光,而在缠绕到第3匝时,小灯泡却并不发光。
一、楞次定律内容的理解
楞次定律的内容:“感应电流具有这样的方向,即感应电流的磁场方向总是要阻碍引起感应电流磁通量的变化。”该定律包含以下几个方面的信息:1.定律指出了感应电流的磁场方向,没有直接指明感应电流的方向。2.感应电流的磁场方向如何判断,定律当中用“阻碍”两字恰到好处地进行了描述,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量变化,由于引起感应电流的磁通量就是原磁场的磁通量,故感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化。3.磁通量的变化不外乎两种情况:一是磁通量增加,二是磁通量减小。若是前者必然是阻碍磁通量的增加,则感应电流的磁场方向必与原磁场方向相反;若是后者必然是阻碍磁通量的减小,则感应电流的磁场对原磁场进行补偿,使感应电流的磁场方向与原磁场方向相同。以上分析过程可概括为四个字:“增反减同”。“增反”指原磁通量增加时,感应电流的磁场方向就与原磁场方向相反;“减同”指原磁通量减小时,感应电流的磁场方向就与原磁场方向相同。
二、楞次定律与能量守恒定律的关系
楞次定律可以有不同的表述方式,但各种表述的实质相同。楞次定律的实质是:产生感应电流的过程必须遵守能量守恒定律。如果感应电流的方向违背楞次定律规定的原则,那么永动机就是可以制成的。下面分别就三种情况运用反推法说明。
(1)磁通量变化型:如果感应电流在回路中产生的磁场促进引起感应电流的原磁通量变化,那么,一旦出现感应电流,引起感应电流的磁通量变化将得到加剧,则感应电流进一步增加,磁通量变化也进一步加剧……感应电流在如此循环过程中不断增加直至无限值,从而无需消耗外界能量就可以获得足够多的电能,这显然违反能量守恒定律。
(2)导体棒切割型:如果构成闭合回路的导体棒作切割磁感线运动时产生的感应电流在磁场中受到的安培力方向与导体棒相对运动方向相同,安培力就会使导体棒加速,导体棒加速致使电路中产生更强的感应电流……如此循环,导体的运动速度将不断增大,动能不断增大,电路中产生的电能和在电路中损耗的焦耳热都将不断增大,却不需外界做功,这也是违背能量守恒定律的。
(3)发电机:如果发电机转子绕组上的感应电流的方向,与作同样转动的电动机转子绕组上的电流方向相同,那么发电机转子绕组一旦转动,产生的感应电流就立即成了电动机电流,绕组将加速转动,结果感应电流进一步加强,转动进一步加速……如此循环,这个机器既可以作为发电机输出越来越大的电能,又可以作为电动机对外做功。显然这种永动机是不可能制成的。