高2下册人教版物理 楞次定律 逐字稿-3,927字

  师:同学们,大家好!今天我们先来做个小游戏。这里有一根铜管和一颗普通塑料小球。现在我让小球从管口自由释放,大家跟我一起数,看看数到几小球能落到盒子里。准备好了吗?(小球很快落下)哎呀,太快了,我还没来得及开口,它就掉下去了。

  第二次,我们换成一颗磁铁。大家知道,磁铁能吸引铁、钴、镍等铁磁性物质,那它能吸引铜吗?当然不能。既然如此,它在铜管中下落的时间应该和刚才的塑料小球差不多,真的是这样吗?让我们拭目以待。准备好了吗?预备,开始。1、2、3、4、5,奇妙的事情发生了,磁铁在铜管中下落得竟然如此缓慢,这其中的秘密是什么呢?这就用到我们今天要学习的楞次定律。

  在前面两节,大家已经了解到,1820 年奥斯特首先发现了电流磁效应,证实了电可以生磁。这个发现引发了大家关于对称性的思考,其中法拉第坚信,既然电可以生磁,那么磁也一定能生电。正是这份坚信,法拉第为此付出了长达 10 年的努力。终于,在 1831 年,他成功发现了电磁感应现象,证实了磁确实可以生电。

  既然发现了电磁感应现象,那么感应电流的大小如何确定?感应电流的方向又该怎么判断呢?这一系列问题激发了无数科学家的探索热情。科学的发展历程就像一部壮丽的科学史诗,下面就让我们一同沿着当年科学家们的探索之路前行。

  今天,我们要讨论的是如何判断感应电流的方向,以及它可能与哪些因素有关。有同学可能会说,感应电流是由磁通量的变化引起的,那肯定和磁通量,也就是磁场的方向有关,也许磁场方向相同时,感应电流的方向就相同。还有同学说,感应电流既然由磁通量的变化引起,那就应该和变化情况有关,也许当磁通量的变化情况相同时,感应电流的方向就相同。

  大家都大胆提出了自己的猜想,但猜想要成为结论,必须经过实验的检验。大家看,这是我们的实验装置图。在实验前,我们需要先明确两个方向。

  第一个是线圈的绕向。大家看我手中的线圈,从黑色接线柱出发,顺着导线自上而下到达最低点,然后再绕回来接红色接线柱。也就是说,如果电流从黑色接线柱流入,电流自上而下,俯视图中电流就是逆时针方向;如果从红色接线柱流入,电流则自下而上,俯视图中电流方向即为顺时针。

  第二个方向,是灵敏电流表的偏转方向和电流方向之间的关系,我们采用试触的方法来确定。第一次,让电流从正接线柱流入,注意观察电流表的偏转方向,是正方向,我们简单记为“正接线柱进,正方向偏,正进正偏”。第二次,让电流从负接线柱流入,再次观察,是负方向,即“负进负偏”。

  好,下面可以开始实验了。我们的实验设计一共要做 4 组,分别是 N 极进、S 极进、N 极出、S 极出。需要记录的结果有 3 组,前两个是我们刚才猜测的因素,最后一个就是我们要探究的感应电流的方向。

  大家都知道条形磁铁外部磁场是从 N 极指向 S 极,我们来做个小模型。第一次,N 极进,线圈中磁场方向向下,且正在增加;第二次,N 极拔出,线圈内磁通量方向依然向下,但在减小;第三次,S 极进入,线圈内磁场向上,且在增加;第四次,S 极拔出,线圈内磁场依然向上,但在减小。

  现在来看感应电流的方向。第一次,N 极进入,电流表指针向正方向偏,按照刚才总结的,电流表正接线柱进正方向偏,那么电流顺着导线从黑色接线柱流入线圈,自上而下,形成的感应电流方向应该是逆时针。很好,第二组,N 极拔出,注意观察,指针向负方向偏,负接线柱进负方向偏,顺着电流应该是从红色接线柱流入,自下而上,形成电流的方向就是顺时针。第三次,S 极进入,指针向负方向偏,和刚才 N 极拔出情况一样,所以感应电流方向是顺时针。第四次,S 极拔出,指针向正方向偏,和第一组 N 极进入一样,感应电流方向是逆时针。

  实验结果记录完毕,我们来分析一下。按照刚才的猜想,当线圈中磁场方向相同时,形成感应电流的方向相同吗?好像不同。当线圈中磁通量变化相同时,形成感应电流的方向相同吗?好像也不同。看来我们的猜想不成立,这该怎么办呢?其实在探究的道路上,遇到挫折的不只是我们,科学家们也是如此。他们的日记中频繁出现“不起作用”“毫无反应”等词语,记录着他们艰难的探索历程。但越是遇到困难,我们越要坚定信念,继续前行。

  感应电流是由磁通量的变化形成的,必然和磁场方向、磁通量的变化情况有关系。虽然我们的猜想不成立,但也许它们之间存在更复杂的关系,或者我们遗漏了什么。条形磁铁产生磁场,使线圈内磁通量变化,形成感应电流,这个感应电流是不是也会产生一个磁场呢?而且这个磁场应该和我们要探究的感应电流方向有着密切联系,是不是可以从这个磁场入手分析呢?

  回到实验,我们加上第四个测量结果,即感应电流产生的磁场。同时,刚才线圈内的磁场及磁通量,我们称之为原磁场和原磁通量。

  现在面临一个问题,如何从已经得知的感应电流方向,判断出感应电流形成磁场的方向呢?这就需要用到右手螺旋定则。我们一起来判断一下,第一组,感应电流逆时针,线圈内形成感应电流的磁场方向为向上;第二组向下;第三组向下;第四组向上。

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