师:同学们,今天我们一起来学习高二粤教版选择性必修2第二章第一节感应电流的方向第一课时。

  在必修第三册中,我们通过在螺线管中插拔磁铁的实验,探究了感应电流的产生条件。实验表明,只要穿过闭合回路的磁通量发生变化,闭合回路中就会产生感应电流。这里要强调两个要素:一是回路必须闭合;二是穿过回路的磁通量必须发生变化。在实验中,我们发现灵敏电流计的指针有时向左摆动,有时向右摆动,这表明感应电流的方向并非唯一。

  这节课,我们将通过实验来研究感应电流的方向与哪些因素有关。既然研究感应电流的方向,我们先想想这个电流是怎么产生的呢?这里的感应电流是磁铁在螺线管中插拔产生的。那么,感应电流的方向也许跟磁极朝向有关,也许跟磁极运动方向有关。带着这个猜想,该如何设计实验呢?在设计实验前,我们要明确磁极的朝向和运动方向都能直接观察到,而感应电流的方向需借助灵敏电流计来观测。之前学习过,灵敏电流计与安培表的区别之一在于,灵敏电流计可以双向偏转,从而判断电流方向。感应电流方向看不见摸不着,我们可以把它转化为电流计指针的偏转方向来记录。

  实验第一步,我们用短暂的直流电流流过灵敏电流计,观察灵敏电流计指针的摆向与通过灵敏电流计的电流方向之间的关系。具体操作是,将干电池、开关、灵敏电流计和滑动变阻器组成一个完整回路,迅速闭合开关再断开,此时会有短暂电流通过灵敏电流计。我们观察灵敏电流计的指针摆向,并记录在表2 - 1 - 1的实验现象记录表中。确定好摆向,在之后的实验中,就能通过观察灵敏电流计指针摆向,明确流过电流计的电流流向。

  第二步,我们将灵敏电流计和螺线管组成一个封闭回路,通过条形磁铁插入或拔出螺线管,探究感应电流方向与什么因素有关。磁极朝向和磁极运动方向两个变量搭配组合,可形成四种不同的实验操作方案,据此设计实验现象记录表格,如表2 - 1 - 2所示。下面我们来看实验录像。

  实验目的是研究感应电流的方向与磁场方向的关系。实验器材有条形磁铁、螺线管、检流计、电源、滑动变阻器、电键和导线。

  首先判断检流计指针的偏转方向与电流流向的关系。将电源、滑动变阻器、检流计、电键组成一个回路,把电源的正极与电流表正极(红接线柱)相连接。短暂闭合电键,发现电流表指针向右偏转,这说明电流从检流计的正接线柱流进时,指针向右偏转;反之,电流从检流计的负极流进时,指针向左偏转。

  接着将螺线管与检流计组成一个回路,注意螺线管最外层导线的绕向,它代表螺线管线圈的绕向。现在将N极插入螺线管,指针向右偏转,说明电流从检流计的正极流进;将N极拔出,检流计的指针向左偏转,说明电流从检流计的负极流进。请同学们进一步观察将S极插入与拔出所产生的感应电流的方向。

  请同学们思考,感应电流也能产生磁场,分析感应电流的磁场与磁铁的磁场方向之间的关系。

  我们回顾一下实验过程。第一步,将干电池的正极通过导线与灵敏电流表的正极相接,形成完整回路。迅速闭合开关再断开,瞬间有电流由灵敏电流计的右方正接线柱流入,从负接线柱流出,我们发现指针迅速向右摆动。这表明当电流由正接线柱流入电流表时,指针向右摆动;反之,电流由负接线柱流入时,指针向左摆动。

  在表2 - 1 - 1实验现象记录表中记录电流流入电流计的情况与电流计指针偏转方向:当电流从正接线柱流入时,电流表指针向右偏转;当电流从负接线柱流入时,电流表指针向左偏转。以后实验中,我们就通过这个现象确定流过电路的电流方向。

  第二步,将灵敏电流计与螺线管构成一个封闭回路,并记录螺线管的绕向。接下来将N极朝下,快速把磁铁插入螺线管,我们发现灵敏电流表指针向右发生一次偏转,这表示流过灵敏电流计的电流由正接线柱流入、负接线柱流出,进而可知流过线圈中的感应电流是从B流向A。将N极向下快速拔出螺线管,灵敏电流计指针向左发生一次摆动,这表示感应电流从灵敏电流计的负接线柱流入、正接线柱流出,流过线圈的感应电流是从A流向B。

  我们在表2 - 1 - 2中记录实验结果:第一次,磁铁上部为S极,下部为N极,磁铁向下运动,电流表指针向右偏转,线圈中感应电流的方向从B至A;第二次,磁铁上部为S极,下部为N极,将条形磁铁迅速向上拔出螺线管,电流表指针向左偏转,线圈中感应电流的方向从A至B。

  继续实验,将S极向下快速插入螺线管,灵敏电流计指针向左发生一次摆动,这表示灵敏电流计内有从负接线柱流入、正接线柱流出的瞬时电流,那么线圈中的电流是从A至B。紧接着将S极向下迅速拔出螺线管,我们发现电流计的指针迅速向右发生一次摆动,这表示灵敏电流计内有从正接线柱流入、负接线柱流出的感应电流,对应的线圈内感应电流的方向为从B至A。我们再次记录实验结果于实验现象记录表2 - 1 - 2中。

  最后,我们把整个实验的结果记录好,看看能否从表格中找出规律。我们发现,当磁铁朝向相同时,磁铁向下运动和向上运动,流过电流表的感应电流方向有向右偏,也有向左偏,线圈中的感应电流有从B至A,也有从A至B;磁铁运动方向相同时,磁极N极朝下或S极朝下,流过电流表的感应电流方向有向右偏,也有向左偏,线圈中的感应电流有从B至A,也有从A至B,似乎找不出明显规律。

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《物理 选择性必修2 第2章 第一节 感应电流的方向第1课时 逐字稿-4,279字 第5版》.docx
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