2019-2020學(xué)年高中物理 第4章 1 劃時代的發(fā)現(xiàn) 2 探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件學(xué)案 新人教版選修3-2

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1、1　劃時代的發(fā)現(xiàn)2　探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件 [學(xué)習(xí)目標(biāo)]　1.了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象及相關(guān)的物理學(xué)史．　2.通過實驗探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件．(重點、難點)　3.能正確分析磁通量的變化情況．(重點)　4.能運用感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件判斷是否有感應(yīng)電流產(chǎn)生．(重點、難點) 一、劃時代的發(fā)現(xiàn) 1．奧斯特夢圓“電生磁”：1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)． 2．法拉第心系“磁生電”：1831年，英國物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了“磁生電”的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫作電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫作感應(yīng)電流． 3．法拉第對引起感應(yīng)電流的原因的五類概括： 二、探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件 1．探究導(dǎo)體棒在磁

2、場中運動是否產(chǎn)生電流(如圖所示)： 實驗操作 實驗現(xiàn)象(有無電流) 實驗結(jié)論 導(dǎo)體棒靜止 無 閉合回路包圍的面積A時，回路中有感應(yīng)電流；包圍的面積B時，回路中無感應(yīng)電流(A.變化B.不變) 導(dǎo)體棒平行磁感線運動 無 導(dǎo)體棒切割磁感線運動 有 2.探究磁鐵在通電螺線管中運動是否產(chǎn)生電流(如圖所示)： 實驗操作 實驗現(xiàn)象(有無電流) 實驗結(jié)論 N(或S)極插入線圈 有 線圈中的磁場A時，線圈中有感應(yīng)電流；線圈中的磁場B時，線圈中無感應(yīng)電流(A.變化B．不變) N(或S)極停在線圈中 無 N(或S)極從線圈中抽出 有 3.模擬法拉第的實驗(如圖所示

3、)： 實驗操作 實驗現(xiàn)象(線圈B中有無電流) 實驗結(jié)論 開關(guān)閉合瞬間 有 線圈B中磁場A時，線圈B中有感應(yīng)電流；線圈B中磁場B時，線圈B中無感應(yīng)電流(A.變化B．不變) 開關(guān)斷開瞬間 有 開關(guān)保持閉合，滑動變阻器滑片不動 無 開關(guān)保持閉合，迅速移動滑動變阻器的滑片 有 4.感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：只要穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化，閉合導(dǎo)體回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流． 1．思考判斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”) (1)有電流即生磁場． (√) (2)有磁場即生電流． (×) (3)靜止的電荷周圍也能產(chǎn)生磁場． (×) (4)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生

4、變化，一定產(chǎn)生感應(yīng)電流． (√) 2．首先發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的物理學(xué)家分別是(　　) A．安培和法拉第　　　 B．法拉第和楞次 C．奧斯特和安培 D．奧斯特和法拉第 D　[1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，1831年，英國物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，選項D正確．] 3．下列選項中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　) A　　　 B　　　 C　　　D B　[A項中線圈沒有閉合，不能構(gòu)成閉合回路，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，C項中穿過閉合線圈的磁通量始終為零，不發(fā)生變化，D項中，閉合線圈在勻強磁場中平動，穿過線圈的磁通量不變化，故A、C、D錯誤；B項中，閉合回路的

5、面積增大，穿過回路的磁通量增大，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，故B正確．] 磁通量Φ及其變化量ΔΦ的理解與計算 1.對磁通量的三點理解 (1)磁通量是標(biāo)量，但是有正負．磁通量的正負不代表大小，只表示磁感線是怎樣穿過平面的．即若以向里穿過某面的磁通量為正，則向外穿過這個面的磁通量為負． (2)若穿過某一面的磁感線既有穿出，又有穿入，則穿過該面的合磁通量為凈磁感線的條數(shù)． (3)由Φ＝BS可知，磁通量的大小與線圈的匝數(shù)無關(guān)． 2．勻強磁場中磁通量的計算 (1)B與S垂直時：Φ＝BS.B指勻強磁場的磁感應(yīng)強度，S為線圈的面積． (2)B與S不垂直時：Φ＝BS⊥.S⊥為線圈在垂直磁場方向上的

6、有效面積，在應(yīng)用時可將S分解到與B垂直的方向上，如圖所示，Φ＝BSsin θ. 3．磁通量變化量的計算 當(dāng)B與S垂直時，通常有以下三種情況： (1)S不變，B改變，則ΔΦ＝ΔBS. (2)S改變，B不變，則ΔΦ＝B·ΔS. (3)B、S同時改變，則ΔΦ＝B2S2－B1S1. 【例1】　如圖所示，有一垂直紙面向里的勻強磁場，B＝0.8 T，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為1 cm.現(xiàn)于紙面內(nèi)先后放上圓線圈A、B、C，圓心均處于O處，線圈A的半徑為1 cm，10匝；線圈B的半徑為 2 cm，1匝；線圈C的半徑為0.5 cm，1匝．問： (1)在B減為0.4 T的過程中，線圈

7、A和線圈B中的磁通量變化了多少？ (2)在磁場轉(zhuǎn)過30°角的過程中，線圈C中的磁通量變化了多少？ (3)在磁場轉(zhuǎn)過180°角的過程中，線圈C中的磁通量變化了多少？ 思路點撥：解答本題應(yīng)把握以下三點： (1)磁通量與線圈匝數(shù)無關(guān)． (2)當(dāng)線圈平面與磁場不垂直時，應(yīng)分解B或取S在與B垂直的平面上的投影面積． (3)磁感線反向穿過線圈平面時，Φ為負值． [解析]　(1)由題意知線圈B與線圈A中的磁通量始終一樣，故它們的變化量也一樣． ΔΦ＝(B′－B)·πr2≈－1.26×10－4 Wb. 所以，線圈A和線圈B中的磁通量都減少了1.26×10－4 Wb. (2)對線圈C，Φ1＝

8、B·πr′2，當(dāng)磁場轉(zhuǎn)過30°時，Φ2＝B·πr′2cos 30°， 故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·πr′2(cos 30°－1)≈－8.41×10－6 Wb. 所以，線圈C中的磁通量減少了8.41×10－6 Wb. (3)磁場轉(zhuǎn)過180°后，磁感線從另一側(cè)穿過線圈，若取Φ1為正，則Φ2為負，有： Φ1＝Bπr′2，Φ2＝－Bπr′2， 故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2Bπr′2≈－1.26×10－4 Wb. 所以，線圈C中的磁通量改變了1.26×10－4 Wb. [答案]　(1)都減少了1.26×10－4 Wb　(2)減少了8.41×10－6 Wb　(3)改變了1.26×10－4 Wb

9、 求解磁通量的方法 (1)解答該類題目時，要注意磁感線是從平面的哪一面穿入的． (2)當(dāng)規(guī)定從某一面穿入的磁通量為正值時，則從另一面穿入的就為負值，然后按照求代數(shù)和的方法求出磁通量的變化(磁通量是有正、負的標(biāo)量)． (3)準(zhǔn)確地把初、末狀態(tài)的磁通量表示出來是解題的關(guān)鍵． 1.如圖所示，通過恒定電流的導(dǎo)線MN與閉合線框共面，第一次將線框由1平移到2，第二次將線框由1繞cd邊翻轉(zhuǎn)到2，設(shè)先后兩次通過線框的磁通量變化量分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則(　　) A．ΔΦ1>ΔΦ2　　　　　 B．ΔΦ1<ΔΦ2 C．ΔΦ1＝ΔΦ2 D．無法確定 B　[設(shè)線框在位置1時的磁通量為Φ1，在位置

10、2時的磁通量為Φ2，直線電流產(chǎn)生的磁場在1處比在2處要強，若平移線框，則ΔΦ1＝Φ1－Φ2，若轉(zhuǎn)動線框，磁感線是分別從線框的正反兩面穿過的，一正一負，因此ΔΦ2＝Φ1＋Φ2.根據(jù)分析知：ΔΦ1<ΔΦ2，選項B正確．] 感應(yīng)電流是否產(chǎn)生的判斷 1．感應(yīng)電流產(chǎn)生的必要條件是穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，所以判斷感應(yīng)電流有無時必須明確以下兩點： (1)明確電路是否為閉合電路． (2)判斷穿過回路的磁通量是否發(fā)生變化． 2．判斷穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量是否變化時，可充分利用磁感線來進行定性判斷．即通過觀察穿過閉合導(dǎo)體回路的磁感線的條數(shù)是否變化判斷某過程中磁通量是否變化． 【例2】　

11、如圖所示，矩形線框abcd由靜止開始運動，若要使線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流且磁通量逐漸變大，則線框的運動情況應(yīng)該是(　　) A．向右平動(ad邊還沒有進入磁場) B．向上平動(ab邊還沒有離開磁場) C．以bc邊為軸轉(zhuǎn)動(ad邊還沒有轉(zhuǎn)入磁場) D．以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(轉(zhuǎn)角不超過90°) 思路點撥：解答本題時應(yīng)把握以下兩點： (1)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化． (2)判斷線框做各種運動時穿過線框的磁通量的變化趨勢． A　[選項A和D所描述的情況，線框在磁場中的有效面積S均發(fā)生變化(A情況下S增大，D情況下S變小)，穿過線框的磁通量均改變，由產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件知線

12、框中會產(chǎn)生感應(yīng)電流．而選項B、C所描述的情況中，線框中的磁通量均不改變，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流．] 　上例中，若將線框abcd放在如圖位置，則線框上下、左右振動時，是否產(chǎn)生感應(yīng)電流？ 提示：上下、左右振動時，都產(chǎn)生感應(yīng)電流． (1)如果電路不閉合，即使磁通量發(fā)生變化也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流. (2)磁通量發(fā)生變化，其內(nèi)涵主要體現(xiàn)在“變化”上.比如穿過電路的磁通量很大，若不變化，也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流. 2．如圖所示，在豎直向下的勻強磁場中，有一閉合導(dǎo)體環(huán)，環(huán)面與磁場垂直．當(dāng)導(dǎo)體環(huán)在磁場中完成下述運動時，可能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　) A．導(dǎo)體環(huán)保持水平且在磁場中向上或向下運動 B．

13、導(dǎo)體環(huán)保持水平向左或向右加速平動 C．導(dǎo)體環(huán)以垂直環(huán)面、通過環(huán)心的軸轉(zhuǎn)動 D．導(dǎo)體環(huán)以一條直徑為軸，在磁場中轉(zhuǎn)動 D　[只要導(dǎo)體環(huán)保持水平，無論它如何運動，穿過環(huán)的磁通量都不變，都不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，只有導(dǎo)體環(huán)繞通過直徑的軸在磁場中轉(zhuǎn)動時，穿過環(huán)的磁通量變化，才會產(chǎn)生感應(yīng)電流，D項正確．] 課 堂 小 結(jié) 知 識 脈 絡(luò) 1.奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象． 2．引起電磁感應(yīng)現(xiàn)象的原因主要有五類，分別是變化的電流、變化的磁場、運動的恒定電流、運動的磁鐵、在磁場中運動的導(dǎo)體． 3．只要穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化，閉合導(dǎo)體回路中就有感應(yīng)電流. 1．

14、關(guān)于磁通量的概念，以下說法中正確的是(　　) A．磁感應(yīng)強度越大，穿過閉合回路的磁通量也越大 B．磁感應(yīng)強度越大，線圈面積越大，則磁通量也越大 C．穿過線圈的磁通量為零，但磁感應(yīng)強度不一定為零 D．磁通量發(fā)生變化，一定是磁場發(fā)生變化引起的 C　[穿過閉合回路的磁通量大小取決于磁感應(yīng)強度、回路所圍面積以及兩者夾角三個因素，所以只了解其中一個或兩個因素?zé)o法確定磁通量的變化情況，A、B項錯誤；同樣由磁通量的特點，也無法判斷其中一個因素的情況，C項正確，D項錯誤．] 2．關(guān)于產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，下列說法正確的是(　　) A．位于磁場中的閉合線圈一定會產(chǎn)生感應(yīng)電流 B．閉合線圈平行磁感線

15、運動時，線圈中一定產(chǎn)生感應(yīng)電流 C．穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生變化時，一定產(chǎn)生感應(yīng)電流 D．閉合線圈垂直磁感線運動時，線圈中一定產(chǎn)生感應(yīng)電流 C　[位于磁場中的閉合線圈，只有磁通量發(fā)生變化，才一定會產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A錯誤；閉合線圈平行磁感線運動時，閉合電路中磁通量沒有變化，則閉合電路中就沒有感應(yīng)電流，故B錯誤；穿過閉合電路的磁感線的條數(shù)發(fā)生變化，磁通量一定發(fā)生變化，則閉合電路中就有感應(yīng)電流，故C正確；緊緊圍繞感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：閉合電路，磁通量發(fā)生變化；導(dǎo)體切割磁感線，磁通量不一定發(fā)生變化，故D錯誤． 3．如圖所示，虛線框內(nèi)有勻強磁場，大環(huán)和小環(huán)是垂直于磁場放置的兩個圓環(huán)，分別用Φ1和Φ

16、2表示穿過大小兩環(huán)的磁通量，則有(　　) A．Φ1>Φ2　　　 B．Φ1<Φ2 C．Φ1＝Φ2 D．無法確定 C　[對于大環(huán)和小環(huán)來說，有效垂直面積相同，所以選C.] 4．(多選)如圖所示，下列情況能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　) A．如圖甲所示，導(dǎo)體棒AB順著磁感線運動 B．如圖乙所示，條形磁鐵插入或拔出線圈時 C．如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關(guān)S一直接通時 D．如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關(guān)S一直接通，當(dāng)改變滑動變阻器的阻值時 BD　[A中導(dǎo)體棒順著磁感線運動，穿過閉合電路的磁通量沒有發(fā)生變化，無感應(yīng)電流，故A錯誤；B中條形磁鐵插入線圈時線圈中的磁通量增加，拔出線圈時線圈中的磁通量減少，都有感應(yīng)電流，故B正確；C中開關(guān)S一直接通，回路中為恒定電流，螺線管A產(chǎn)生的磁場穩(wěn)定，螺線管B中的磁通量無變化，線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故C錯誤；D中開關(guān)S接通，滑動變阻器的阻值變化使閉合回路中的電流變化，螺線管A產(chǎn)生的磁場發(fā)生變化，螺線管B中磁通量發(fā)生變化，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，故D正確．] - 8 -