高中物理-楞次定律实验教学案例

高中物理-楞次定律实验教学案例

这一节研究的是判断感应电流方向的一般规律，是本章教学的重点和难点。一是其涉及的因素多（磁场方向、磁通量的变化，线圈绕向、电流方向等），关系复杂；二是规律比较隐蔽，其抽象性和概括性很强。如果不明确指出各物理量之间的关系，使学生有一个清晰的思路，势必造成学生思路混乱，影响学生对该定律的理解。因此，学生理解楞次定律有较大的难度。为此笔者不按教材的思路进行实验，而是另辟蹊径，进了一些创新实验，具体设计如下：

一、复习知识引出课题

教师：1820年奥斯特发现电能生磁，1831年法拉第发现磁也能生电，我们把利用磁场产生的电流叫做感应电流。那么感应电流产生的条件是什么？

学生：闭合回路的磁通量发生变化。

实验1（教师演示）（如图1）

磁铁N极靠近与电流计连接的闭合线圈，磁通量增加，回路有感应电流；磁铁N 极远离与电流计连接的闭合线圈，磁通量减少，回路有感应电流。

教师：前后两次电流计指针偏转方向不同，意味着感应电流方向不同。那么感应电流的方向与什么因素有关？如果没有电流计我们将如何判断感应电流方向？实验设计目的：

1.复习感应电流产生的条件

2.引出感应电流的方向与什么因素有关这一课题

图1

二、实验探究，总结规律

实验2. 磁铁吸铝环（教师演示）

教师：磁铁能吸引铁钴镍等金属，能否吸引金属铝？

学生：不能

教师：将铝环与强磁铁接触释放，铝环掉落。

教师：演示实验2（如图2）

将闭合铝环平放，强磁铁N极靠近铝环，然后

迅速往上移动，结果铝环被吸引起来。

学生：惊讶

图2

教师：为什么磁铁能够把铝环吸引起来呢？

学生：磁铁离开铝环，通过铝环的磁通量发生变化产生感应电流，感应电流的磁场与磁铁的磁场发生了作用。

教师：很好，那么环形电流的磁场类似于何种磁体的磁场分布情况呢？ 学生：条形磁铁。

教师：那么刚才用强磁铁吸引铝环可不可以看做磁铁吸引磁铁呢？ 学生：可以。

教师：我刚才的强磁铁的下端为N 极，那么能否判断出铝环感应电流产生的磁场分布情况呢？（如图3） 学生：可以，铝环上端是S 极，下端是N 极。

教师：那么我们能否根据所判断的极性来确定感应电流的方向呢？依据是什么？ 学生：可以，用安培定则。

教师：为此，我们若要判断感应电流的方向，可以先判断感应电流磁场的方向。 那么感应电流的磁场方向如何来判断呢？有没有相应的规律呢？我们通过实验进一步来探究。

实验设计目的：让学生能够将感应电流的方向与磁场的方向通过安培定则紧密地联系在一起，从而为进一步探究规律明确了方向。

实验3 探究楞次定律（学生分组）

教师：若将铝环竖直放置，再将磁铁远离，铝环又会做出怎样的反应呢？（展示实验装置，如图4）铝环与磁铁之间一定是引力么？与磁铁的极性有没有关系呢？

师生共同归纳得出四种实验情形，N 极靠近、N 极远离、S 极靠近、S 极远离.（如图5）。

N

S v N S v N S

v N S

v N S

v

图3 图5

图4

1.磁铁运动情

况

N极靠近铝环N极远离铝环S极靠近铝环S极远离铝环

2.铝环与磁铁

间的作用力

（引力或斥

力）

斥力引力斥力引力

3.标出铝环的

N极和S极

4.B

感B

原

的方

向关系

（相同或相

反）

相反相同相反相同

5.磁通量的变化情况

（增加或减增加减少增加减少

N

S

v

N S

v

N S

v

N

S

v

表1

图6

学生：根据分组实验，发现当磁铁靠近铝环时候，相互排斥，当磁铁远离铝环时，相互吸引（如图6）。经过实验、分析、归纳将实验结果填入表1中。

教师：请通过实验和表格分析感应电流的磁场方向与原磁场方向的关系。

学生：相反或相同，当磁通量增加时相反，磁通量减少时相同，即“增反减同”。教师：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。

实验设计目的：实验2和实验3一脉相承，但又层层递进，通过简单的器材，明显的现象，较直观的得到了规律，避免了教材中导线的绕向等问题，使实验更简洁。

三、理解规律应用拓展

实验4.验证并应用规律（教师演示）如图7

在矿泉水瓶上绕制500匝的漆包线与两个反向并联

的红绿两种颜色发光二极管连接形成回路，将强磁铁

分别插入和拔出线圈，发现两发光二极管交替发光。

通过该实验明确利用楞次定律来判断感应电流方向

的步骤如下：

实验5 磁铁推铜管（教师演示）

两根固定铜杆上方搁置两可自由滚动铜管形成一个闭合

的“井”字形回路。当一块强磁铁N极插入回路过程中，

少）

图7

图8

两根可自由滚动的铜管将向内侧滚动，使回路面积减小，反之，当磁铁拔出回路，两铜棒又分开，回路面积增大。得出“增缩减扩”结论，其实也是阻碍这一本质的表象。

实验6.落磁实验（教师演示）如图9.

将磁性戒指穿入竖直放置的铜管，发现戒指很缓慢下滑。

教师：铜棒相当于由很多匝线圈，当磁性戒指下滑过程中，回路磁通量发生变化，根据冷次定律，要阻碍这种变化，故磁性戒指就缓慢下滑。那么当戒指磁性增大时候，下滑的速度将如何变化？

学生：变慢。

教师：如果此行足够强呢，磁铁会不会不下落了呢？

学生：不会，磁铁静止不动的话，那么穿过回路的磁通量将不发生变化，便无感应电流。

教师：可见阻碍不是阻止。戒指下滑过程中机械能守恒么？

学生：不守恒，机械能减少，转化为电能。

教师：“阻碍”的作用，是能的转化和守恒定律的反映，

在克服这种“阻碍”的过程中，其他形式的能转化为电能。

图9