2018版高中物理 第1章 電磁感應(yīng) 1.1 磁生電的探索學(xué)案 魯科版選修3-2.docx

第1講磁生電的探索目標(biāo)定位1.知道奧斯特實驗、電磁感應(yīng)現(xiàn)象，了解電生磁和磁生電的發(fā)現(xiàn)過程.2.通過實驗觀察和實驗探究，理解感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件.3.能說出磁通量變化的含義，會利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件解決實際問題一、電磁感應(yīng)的探索歷程1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磁生電：1821年，法拉第開始了磁生電的研究.1831年，他終于悟出了磁生電的基本原理，進(jìn)一步揭示了電和磁的內(nèi)在聯(lián)系二、科學(xué)探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件1導(dǎo)體棒在磁場中運動如圖1所示，將可移動導(dǎo)體AB放置在磁場中，并和電流表組成閉合回路實驗操作及現(xiàn)象如下：圖1實驗操作實驗現(xiàn)象(有無電流)實驗探究結(jié)論導(dǎo)體棒靜止無導(dǎo)體AB切割磁感線，改變了回路在磁場中的面積，通過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生了感應(yīng)電流導(dǎo)體棒平行磁感線運動無導(dǎo)體棒切割磁感線運動有2.磁鐵在螺線管中運動如圖2所示，將螺線管與電流表組成閉合回路，把條形磁鐵插入或拔出螺線管實驗操作及現(xiàn)象如下：圖2實驗操作實驗現(xiàn)象(有無電流)實驗探究結(jié)論N極插入線圈有將磁鐵插入或拔出螺線管時，通過螺線管閉合回路的磁場發(fā)生變化，引起磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流產(chǎn)生N極停在線圈中無N極從線圈中抽出有S極插入線圈有S極停在線圈中無S極從線圈中抽出有3.如圖3所示，線圈A通過變阻器和開關(guān)連接到電源上，線圈B的兩端連到電流表上，把線圈A裝在線圈B的里面實驗操作及現(xiàn)象如下：圖3實驗操作實驗現(xiàn)象(線圈B中有無電流)實驗探究結(jié)論開關(guān)閉合瞬間有導(dǎo)體、磁場都沒有發(fā)生相對運動，但螺線管A中的電流發(fā)生變化時，引起穿過螺線管B的磁通量發(fā)生變化，閉合螺線管B中有感應(yīng)電流產(chǎn)生開關(guān)斷開瞬間有開關(guān)閉合時，滑動變阻器不動無開關(guān)閉合時，迅速移動滑動變阻器的滑片有想一想1.思考以上幾個產(chǎn)生感應(yīng)電流的實例：(1)將實驗3和實驗2比較，實驗3中的螺線管A的作用是什么？(2)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件都跟哪個物理量有關(guān)？答案(1)等效磁鐵；(2)磁通量以及磁通量的變化想一想2.哪些情況可以引起磁通量的變化？答案由BS可知，磁通量的變化有三種情況：磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，有效面積S變化；磁感應(yīng)強(qiáng)度B變化，有效面積S不變；磁感應(yīng)強(qiáng)度B和有效面積S同時發(fā)生變化4實驗結(jié)論：只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生5因磁通量的變化產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)，所產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流.一、磁通量的理解及變化分析1磁通量的計算(1)B與S垂直時：BS，S為線圈的有效面積如圖4(a)所示(2)B與S不垂直時：BSBS，S為線圈在垂直磁場方向上的投影面積B為B在垂直于S方向上的分量如圖(b)、(c)所示(3)某線圈所圍面積內(nèi)有不同方向的磁場時，規(guī)定某個方向的磁通量為正，反方向的磁通量為負(fù)，求其代數(shù)和，如圖(d)所示圖42磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)，其正負(fù)表示與規(guī)定的穿入方向相同或相反，穿過某一面的磁通量等于各部分磁通量的代數(shù)和3.磁通量變化的四種情況：情況圖示舉例磁通量變化B不變，S變化BSB變化，S不變化BSB變化，S也變化B2S2B1S1B不變，S不變，變化BS(sin 2sin 1)(為閉合回路與磁場方向的夾角)4.用磁感線的條數(shù)表示磁通量當(dāng)回路中有不同方向的磁感線穿過時，磁通量是指穿過某一面磁感線的“凈”條數(shù)，即指不同方向的磁感線的條數(shù)差例1如圖5所示，虛線框內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，a，b為垂直磁場放置的兩個圓環(huán)，分別用a和b表示穿過兩個圓環(huán)的磁通量，則下列表述正確的是()圖5Aa>b BabCa<b D無法確定解析本題利用公式BS進(jìn)行計算，在計算時注意S為垂直磁場方向所圍磁場的有效面積，不一定是線圈的面積，同時注意磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān)由于磁場在圓環(huán)a、b中的面積相等，所以穿過兩個圓環(huán)的磁通量是相等的，則ab，B正確故選B.答案B例2如圖6所示，有一個垂直紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場，B10.8 T，磁場的邊界為圓形，圓心為O，半徑為1 cm.現(xiàn)于紙面內(nèi)先后放上三個圓線圈，圓心均在O處，A線圈半徑為1 cm,10 匝；B線圈半徑為2 cm，1 匝；C線圈半徑為0.5 cm,1 匝求：圖6 (1)在B1減至0.4 T的過程中，A和B中磁通量各改變了多少(2)在磁場轉(zhuǎn)過30角的過程中，C中磁通量改變了多少解析本題主要考查磁通量改變量的求解，可由21來求注意BS中的S為對磁通量有貢獻(xiàn)的有效面積(1)對A線圈：1B1R2，2B2R2.磁通量改變量A|21|(0.80.4)3.14(1102)2Wb1.256104Wb.對B線圈：B|21|(0.80.4)3.14(1102)2Wb1.256104Wb.(2)對C線圈：1B1r2，在磁場轉(zhuǎn)過30角的過程中，2B1r2cos 30.磁通量改變量C|21|B1r2(1cos 30)0.83.14(5103)2(10.866)Wb8.4106Wb.針對訓(xùn)練1如圖7所示，線框與通電直導(dǎo)線均位于水平面內(nèi)，當(dāng)線框abcd由實線位置在水平面內(nèi)向右水平移動，逐漸移動到虛線位置，穿過線框的磁通量如何變化？圖7答案線框的水平移動，可分為三個階段第一階段，從實線位置開始至bc邊到達(dá)直導(dǎo)線位置，穿過線框的磁通量逐漸增大第二階段，從bc邊抵達(dá)直導(dǎo)線處開始至ad邊到達(dá)直導(dǎo)線為止，由于向外的磁感線逐漸減少，向里的磁感線逐漸增多，所以穿過線框的總磁通量先減少(當(dāng)ab、dc兩邊中點連線與直導(dǎo)線重合時，磁通量為零)后增大第三階段，從ad邊離開直導(dǎo)線向右運動開始至線框抵達(dá)虛線位置為止，穿過線框的磁通量逐漸減少解析直線電流I產(chǎn)生的磁場的磁感線的形狀是以導(dǎo)線上的點為圓心的在豎直平面內(nèi)的一組組同心圓，在電流I的右邊磁感線的方向垂直水平面向里，在電流I的左邊磁感線的方向垂直水平面向外磁感線的疏密分布是越靠近導(dǎo)線磁感線越密，離導(dǎo)線越遠(yuǎn)磁感線越稀疏二、產(chǎn)生感應(yīng)電流的判斷1產(chǎn)生條件(1)電路閉合(2)磁通量發(fā)生變化如果回路不閉合，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，但仍會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，就好比直流電路一樣，電路不閉合，沒有電流，但電源仍然存在2注意事項(1)注意磁感線的反穿情況，磁通量指的是穿過某面的磁感線的“凈”條數(shù)(2)磁通量是指穿過某面的合磁通量例3下圖中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()答案B解析根據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：A中，電路沒閉合，無感應(yīng)電流；B中，面積增大，閉合電路的磁通量增大，有感應(yīng)電流；C中，穿過線圈的磁感線相互抵消，恒為零，無感應(yīng)電流；D中，磁通量不發(fā)生變化，無感應(yīng)電流針對訓(xùn)練2在一長直導(dǎo)線中通以如圖8所示的恒定電流時，套在長直導(dǎo)線上的閉合線環(huán)(環(huán)面與導(dǎo)線垂直，長直導(dǎo)線通過環(huán)的中心)，當(dāng)發(fā)生以下變化時，肯定能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()圖8A保持電流不變，使導(dǎo)線環(huán)上下移動B保持導(dǎo)線環(huán)不變，使長直導(dǎo)線中的電流增大或減小C保持電流不變，使導(dǎo)線在豎直平面內(nèi)順時針(或逆時針)轉(zhuǎn)動D保持電流不變，環(huán)在與導(dǎo)線垂直的水平面內(nèi)左右水平移動答案C解析產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是磁通量發(fā)生改變，題圖所示位置環(huán)中沒有磁通量，A、B、D沒有使磁通量發(fā)生改變，所以都錯只有C在轉(zhuǎn)動中使得環(huán)中磁通量發(fā)生改變，選C.對磁通量及其變化的理解1關(guān)于磁通量的概念，以下說法中正確的是()A磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，穿過閉合回路的磁通量也越大B磁感應(yīng)強(qiáng)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(qiáng)度不一定為零D磁通量發(fā)生變化，一定是磁場發(fā)生變化引起的答案C解析穿過閉合回路的磁通量大小取決于磁感應(yīng)強(qiáng)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恒定的勻強(qiáng)磁場中有一個圓形閉合線圈，線圈平面垂直于磁場方向，當(dāng)線圈在此磁場中做下列哪種運動時，穿過線圈的磁通量發(fā)生了變化()A線圈沿自身所在的平面做勻速運動B線圈沿自身所在的平面做加速運動C線圈繞任一直徑做勻速轉(zhuǎn)動D線圈繞任一直徑做變速轉(zhuǎn)動答案CD產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件3金屬矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中做如圖所示的運動，線圈中有感應(yīng)電流的是()答案A解析在選項B、C中，線圈中的磁通量始終為零，不產(chǎn)生感應(yīng)電流；選項D中磁通量始終最大，保持不變，不發(fā)生變化，也沒有感應(yīng)電流；選項A中，在線圈轉(zhuǎn)動過程中，磁通量做周期性變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A正確4如圖9，A、B兩回路中各有一開關(guān)S1、S2，且回路A中接有電源，回路B中接有靈敏電流計，下列操作及相應(yīng)的結(jié)果可能實現(xiàn)的是()圖9A先閉合S2，后閉合S1的瞬間，電流計指針偏轉(zhuǎn)BS1、S2閉合后，再斷開S2的瞬間，電流計指針偏轉(zhuǎn)C先閉合S1，后閉合S2的瞬間，電流計指針偏轉(zhuǎn)DS1、S2閉合后，再斷開S1的瞬間，電流計指針偏轉(zhuǎn)答案AD解析S2閉合時，構(gòu)成閉合回路，再閉合或斷開S1的瞬間，通過A的電流變化，導(dǎo)致穿過線圈B的磁通量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，則指針偏轉(zhuǎn)，故A、D正確；若S1保持閉合狀態(tài)，則通過A的電流不變，通過線圈B的磁通量不變，無論S2閉合或打開，都不會有感應(yīng)電流產(chǎn)生，B、C錯誤.