上课!同学们好,请坐。今天我们先来进行一个很有意思的小实验。这里有两根完全相同的透明管,其中一根管的外面包上了铜环,这里还有两块完全相同的磁铁。为了方便大家观察,我给它们包上了不同的颜色。接下来,我让这两个磁铁从两根管中同时下落,大家注意观察会出现什么样的现象?
磁铁在包有铜环的管中下落得非常慢。我们知道磁铁能吸引铁等物质,能吸引铜吗?可以试一试,不能。那为什么磁铁在这根管中下落得就这么慢呢?要想解决这个问题,就要进入今天的学习——第二章第一节 楞次定律。
我们再来进行一个实验,帮助大家解决疑惑。这里有两个线圈,右边是闭合线圈,我用一个闭合的圆环表示;左边是不闭合线圈,用一个开口的圆环表示。两者放置在水平横梁上,在不受力时保持静止,受力后会转动。接下来,我使用手中的磁铁来靠近这个不闭合的线圈,没有任何现象。那再来靠近这个闭合的线圈,诶,线圈好像被推开了,当磁铁远离时,线圈又好像被拉了回来。你们认为为什么会出现这样的现象呢?可以小组讨论一下。
我听到好多同学都说,可能是因为线圈闭合的原因。闭合的线圈其实就相当于构成了闭合回路。我们之前学习过产生感应电流要有哪些条件?首先就要有闭合回路,并且穿过闭合回路磁通量发生变化时,就会产生感应电流。当磁铁靠近或远离闭合线圈时,线圈内的磁通量发生了变化,那么这个线圈里产生了感应电流吗?我们该怎么去验证一下呢?
有同学说可以用电流表测一下,非常好。还有别的同学有别的方法吗?有同学说可以用小灯泡,也可以根据小灯泡的发光情况来判断回路中有无感应电流产生。老师今天给大家带来的是发光二极管,二极管有一种特殊的性质——单向导电性,也就是说电流正向流过时导通,那么电流从 a 点流向 b 点时,红色二极管就发光,从 b 点流向 a 点时,绿色二极管发光。我们可以根据二极管的发光情况判断回路中有无感应电流,以及感应电流的方向是怎么样的。
好,那么实验器材有了,该用什么样的方法呢?我们现在要把这个闭合线圈给拆开吗?能不能利用我们已有的器材再想一个方案来?小花说她发现这里有一个不闭合的线圈,可以将不闭合线圈与发光二极管串联在一起,形成一个闭合回路,这样就可以进行实验了。大家同意她的方法吗?很好,那么按照同学们的方案,将这个不闭合的线圈与发光二极管进行连接,再使用磁铁来靠近这个线圈。
我们观察到,当磁铁靠近或远离闭合线圈时,二极管发光了,这说明回路中肯定有感应电流的产生。并且很细心的同学发现,当磁铁靠近或远离线圈时,二极管交替发光,这也说明了什么?说明此时回路中的电流方向是交替变化的。回路中感应电流它的方向究竟遵循着什么样的规律呢?我们需要继续通过实验来进一步探究。
借助的实验器材还是这个装置,但是为了方便同学们进行实验,将这个线圈放在旁边的台子上,注意有线圈标记的是正面朝上,那么线圈的两端是红线表示的两端,整个回路是闭合的,这与我们的图示完全一致。并且老师还提供了一个条形磁铁,红色包裹的是磁体的 N 极,蓝色包裹的是 S 极。
接下来我们先通过研究磁铁 N 极插入和拔出线圈时二极管发光情况来判断感应电流的方向。好,我请两位同学来帮助我进行实验,就请你们二位,一位同学负责将 N 极插入、拔出线圈,另一位同学负责记录实验现象,开始实验。插入、拔出,观察到了吗?当磁铁 N 极插入时,红色二极管发光;磁铁 N 极拔出时,绿色二极管发光,非常好,请回。
那么我们先来具体分析 N 极向下插入这种情况。此时这个条形磁铁它产生的这个磁场方向是向哪儿的?大家思考一下,产生的是一个向下的磁场,那么我们就记为原磁场 B 原方向向下。那么此时线圈内磁通量的变化是增加还是减少?因为磁铁向下插入,所以此时线圈内磁通量增加,记为ΔΦ增加。根据实验现象是红色二极管发光,电流是从 a 点经过了红色二极管,流向了 b 点。那么我们记录一下回路中的电流方向,a 到 b。
那么回路中电流方向我们判断出,线圈内感应电流方向也就确定了。该怎么判断线圈内感应电流产生的这个磁场的方向呢?借助哪部分知识哦?右手螺旋定则还记得吗?弯曲的四指表示的是感应电流方向,拇指指向的就是感应电流产生的磁场方向了。那该怎么进行判断呢?非常好,这样产生了一个向上的感应电流磁场,那么我们就记为感应磁场 B 撇方向向上。也就是说当磁通量增加时,感应电流磁场与原磁场方向是什么样的关系啊?相反的关系。那么我们就用简单的两个字“增反”来简单描述这个过程。
