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

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第1講磁生電的探索目標(biāo)定位1.知道奧斯特實(shí)驗(yàn)、電磁感應(yīng)現(xiàn)象，了解電生磁和磁生電的發(fā)現(xiàn)過(guò)程.2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀(guān)察和實(shí)驗(yàn)探究，理解感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件.3.能說(shuō)出磁通量變化的含義，會(huì)利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件解決實(shí)際問(wèn)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?jiàn)W斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)2磁生電：1821年，法拉第開(kāi)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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)如圖1所示，將可移動(dòng)導(dǎo)體AB放置在磁場(chǎng)中，并和電流表組成閉合回路實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象如下：圖1實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(有無(wú)電流)實(shí)驗(yàn)探究結(jié)論導(dǎo)體棒靜止無(wú)導(dǎo)體AB切割磁感線(xiàn)，改變了回路在磁場(chǎng)中的面積，通過(guò)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(xiàn)運(yùn)動(dòng)無(wú)導(dǎo)體棒切割磁感線(xiàn)運(yùn)動(dòng)有2.磁鐵在螺線(xiàn)管中運(yùn)動(dòng)如圖2所示，將螺線(xiàn)管與電流表組成閉合回路，把條形磁鐵插入或拔出螺線(xiàn)管實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象如下：圖2實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(有無(wú)電流)實(shí)驗(yàn)探究結(jié)論N極插入線(xiàn)圈有將磁鐵插入或拔出螺線(xiàn)管時(shí)，通過(guò)螺線(xiàn)管閉合回路的磁場(chǎng)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(xiàn)圈中無(wú)N極從線(xiàn)圈中抽出有S極插入線(xiàn)圈有S極停在線(xiàn)圈中無(wú)S極從線(xiàn)圈中抽出有3.如圖3所示，線(xiàn)圈A通過(guò)變阻器和開(kāi)關(guān)連接到電源上，線(xiàn)圈B的兩端連到電流表上，把線(xiàn)圈A裝在線(xiàn)圈B的里面實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象如下：圖3實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(線(xiàn)圈B中有無(wú)電流)實(shí)驗(yàn)探究結(jié)論開(kāi)關(guān)閉合瞬間有導(dǎo)體、磁場(chǎng)都沒(méi)有發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但螺線(xiàn)管A中的電流發(fā)生變化時(shí)，引起穿過(guò)螺線(xiàn)管B的磁通量發(fā)生變化，閉合螺線(xiàn)管B中有感應(yīng)電流產(chǎn)生開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間有開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，滑動(dòng)變阻器不動(dòng)無(wú)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，迅速移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片有想一想1.思考以上幾個(gè)產(chǎn)生感應(yīng)電流的實(shí)例：(1)將實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)2比較，實(shí)驗(yàn)3中的螺線(xiàn)管A的作用是什么？(2)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件都跟哪個(gè)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(shí)發(fā)生變化4實(shí)驗(yàn)結(jié)論：只要穿過(guò)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(jì)算(1)B與S垂直時(shí)：BS，S為線(xiàn)圈的有效面積如圖4(a)所示(2)B與S不垂直時(shí)：BSBS，S為線(xiàn)圈在垂直磁場(chǎng)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(xiàn)圈所圍面積內(nèi)有不同方向的磁場(chǎng)時(shí)，規(guī)定某個(gè)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(guò)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(chǎng)方向的夾角)4.用磁感線(xiàn)的條數(shù)表示磁通量當(dāng)回路中有不同方向的磁感線(xiàn)穿過(guò)時(shí)，磁通量是指穿過(guò)某一面磁感線(xiàn)的“凈”條數(shù)，即指不同方向的磁感線(xiàn)的條數(shù)差例1如圖5所示，虛線(xiàn)框內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，a，b為垂直磁場(chǎng)放置的兩個(gè)圓環(huán)，分別用a和b表示穿過(guò)兩個(gè)圓環(huán)的磁通量，則下列表述正確的是()圖5Aab BabCab D無(wú)法確定解析本題利用公式BS進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算時(shí)注意S為垂直磁場(chǎng)方向所圍磁場(chǎng)的有效面積，不一定是線(xiàn)圈的面積，同時(shí)注意磁通量與線(xiàn)圈的匝數(shù)無(wú)關(guān)由于磁場(chǎng)在圓環(huán)a、b中的面積相等，所以穿過(guò)兩個(gè)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(gè)垂直紙面向里的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，B10.8 T，磁場(chǎng)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(gè)圓線(xiàn)圈，圓心均在O處，A線(xiàn)圈半徑為1 cm,10 匝；B線(xiàn)圈半徑為2 cm，1 匝；C線(xiàn)圈半徑為0.5 cm,1 匝求：圖6 (1)在B1減至0.4 T的過(guò)程中，A和B中磁通量各改變了多少(2)在磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)30角的過(guò)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(lái)求注意BS中的S為對(duì)磁通量有貢獻(xiàn)的有效面積(1)對(duì)A線(xiàn)圈：1B1R2，2B2R2.磁通量改變量A|21|(0.80.4)3.14(1102)2Wb1.256104Wb.對(duì)B線(xiàn)圈：B|21|(0.80.4)3.14(1102)2Wb1.256104Wb.(2)對(duì)C線(xiàn)圈：1B1r2，在磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)30角的過(guò)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(duì)訓(xùn)練1如圖7所示，線(xiàn)框與通電直導(dǎo)線(xiàn)均位于水平面內(nèi)，當(dāng)線(xiàn)框abcd由實(shí)線(xiàn)位置在水平面內(nèi)向右水平移動(dòng)，逐漸移動(dòng)到虛線(xiàn)位置，穿過(guò)線(xiàn)框的磁通量如何變化？圖7答案線(xiàn)框的水平移動(dòng)，可分為三個(gè)階段第一階段，從實(shí)線(xiàn)位置開(kāi)始至bc邊到達(dá)直導(dǎo)線(xiàn)位置，穿過(guò)線(xiàn)框的磁通量逐漸增大第二階段，從bc邊抵達(dá)直導(dǎo)線(xiàn)處開(kāi)始至ad邊到達(dá)直導(dǎo)線(xiàn)為止，由于向外的磁感線(xiàn)逐漸減少，向里的磁感線(xiàn)逐漸增多，所以穿過(guò)線(xiàn)框的總磁通量先減少(當(dāng)ab、dc兩邊中點(diǎn)連線(xiàn)與直導(dǎo)線(xiàn)重合時(shí)，磁通量為零)后增大第三階段，從ad邊離開(kāi)直導(dǎo)線(xiàn)向右運(yùn)動(dòng)開(kāi)始至線(xiàn)框抵達(dá)虛線(xiàn)位置為止，穿過(guò)線(xiàn)框的磁通量逐漸減少解析直線(xiàn)電流I產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)的形狀是以導(dǎo)線(xiàn)上的點(diǎn)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(xiàn)的方向垂直水平面向里，在電流I的左邊磁感線(xiàn)的方向垂直水平面向外磁感線(xiàn)的疏密分布是越靠近導(dǎo)線(xiàn)磁感線(xiàn)越密，離導(dǎo)線(xiàn)越遠(yuǎn)磁感線(xiàn)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(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，但仍會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，就好比直流電路一樣，電路不閉合，沒(méi)有電流，但電源仍然存在2注意事項(xiàng)(1)注意磁感線(xiàn)的反穿情況，磁通量指的是穿過(guò)某面的磁感線(xiàn)的“凈”條數(shù)(2)磁通量是指穿過(guò)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(méi)閉合，無(wú)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(guò)線(xiàn)圈的磁感線(xiàn)相互抵消，恒為零，無(wú)感應(yīng)電流；D中，磁通量不發(fā)生變化，無(wú)感應(yīng)電流針對(duì)訓(xùn)練2在一長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)中通以如圖8所示的恒定電流時(shí)，套在長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)上的閉合線(xiàn)環(huán)(環(huán)面與導(dǎo)線(xiàn)垂直，長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)通過(guò)環(huán)的中心)，當(dāng)發(fā)生以下變化時(shí)，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(xiàn)環(huán)上下移動(dòng)B保持導(dǎo)線(xiàn)環(huán)不變，使長(zhǎng)直導(dǎo)線(xiàn)中的電流增大或減小C保持電流不變，使導(dǎo)線(xiàn)在豎直平面內(nèi)順時(shí)針(或逆時(shí)針)轉(zhuǎn)動(dòng)D保持電流不變，環(huán)在與導(dǎo)線(xiàn)垂直的水平面內(nèi)左右水平移動(dòng)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(méi)有磁通量，A、B、D沒(méi)有使磁通量發(fā)生改變，所以都錯(cuò)只有C在轉(zhuǎn)動(dòng)中使得環(huán)中磁通量發(fā)生改變，選C.對(duì)磁通量及其變化的理解1關(guān)于磁通量的概念，以下說(shuō)法中正確的是()A磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，穿過(guò)閉合回路的磁通量也越大B磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，線(xiàn)圈面積越大，則磁通量也越大C穿過(guò)線(xiàn)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(chǎng)發(fā)生變化引起的答案C解析穿過(guò)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(gè)因素，所以只了解其中一個(gè)或兩個(gè)因素?zé)o法確定磁通量的變化情況，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；同樣由磁通量的特點(diǎn)，也無(wú)法判斷其中一個(gè)因素的情況，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤2恒定的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)圓形閉合線(xiàn)圈，線(xiàn)圈平面垂直于磁場(chǎng)方向，當(dāng)線(xiàn)圈在此磁場(chǎng)中做下列哪種運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線(xiàn)圈的磁通量發(fā)生了變化()A線(xiàn)圈沿自身所在的平面做勻速運(yùn)動(dòng)B線(xiàn)圈沿自身所在的平面做加速運(yùn)動(dòng)C線(xiàn)圈繞任一直徑做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)D線(xiàn)圈繞任一直徑做變速轉(zhuǎn)動(dòng)答案CD產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件3金屬矩形線(xiàn)圈abcd在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做如圖所示的運(yùn)動(dòng)，線(xiàn)圈中有感應(yīng)電流的是()答案A解析在選項(xiàng)B、C中，線(xiàn)圈中的磁通量始終為零，不產(chǎn)生感應(yīng)電流；選項(xiàng)D中磁通量始終最大，保持不變，不發(fā)生變化，也沒(méi)有感應(yīng)電流；選項(xiàng)A中，在線(xiàn)圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)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(kāi)關(guān)S1、S2，且回路A中接有電源，回路B中接有靈敏電流計(jì)，下列操作及相應(yīng)的結(jié)果可能實(shí)現(xiàn)的是()圖9A先閉合S2，后閉合S1的瞬間，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)BS1、S2閉合后，再斷開(kāi)S2的瞬間，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)C先閉合S1，后閉合S2的瞬間，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)DS1、S2閉合后，再斷開(kāi)S1的瞬間，電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)答案AD解析S2閉合時(shí)，構(gòu)成閉合回路，再閉合或斷開(kāi)S1的瞬間，通過(guò)A的電流變化，導(dǎo)致穿過(guò)線(xiàn)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(guò)A的電流不變，通過(guò)線(xiàn)圈B的磁通量不變，無(wú)論S2閉合或打開(kāi)，都不會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，B、C錯(cuò)誤.