2019-2020年高中物理 4.1-4.2 划时代的发现 探究感应电流的产生条件学案 新人教版选修3-2.doc

2019-2020年高中物理 4.1-4.2 划时代的发现 探究感应电流的产生条件学案 新人教版选修3-2目标定位1.知道奥斯特实验、电磁感应现象，了解电生磁和磁生电的发现过程.2.通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件.3.能说出磁通量变化的含义，会利用电磁感应产生的条件解决实际问题一、奥斯特梦圆“电生磁”1820年，丹麦物理学家奥斯特发现载流导线能使小磁针发生偏转，这种作用称为电流的磁效应二、法拉第心系“磁生电”1831年英国科学家法拉第发现了磁生电的基本原理变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体，它们都能引起电流的产生，我们把这些现象称为电磁感应，产生的电流叫做感应电流三、探究感应电流的产生条件1导体棒在磁场中运动是否产生电流如图1所示，将可移动导体AB放置在磁场中，并和电流表组成闭合回路实验(1)操作及现象如下：图1实验操作实验现象(有无电流)导体棒静止无导体棒平行磁感线上、下运动无导体棒垂直磁感线左、右运动有2.磁铁在螺线管中运动是否产生电流如图2所示，将螺线管与电流表组成闭合回路，把条形磁铁插入或抽出螺线管实验(2)操作及现象如下：图2实验操作实验现象(有无电流)N极插入线圈有N极停在线圈中无N极从线圈中抽出有S极插入线圈有S极停在线圈中无S极从线圈中抽出有3.模拟法拉第的实验如图3所示，线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连到电流表上，把线圈A装在线圈B的里面实验(3)操作及现象如下：图3实验操作实验现象(线圈B中有无电流)开关闭合瞬间有开关断开瞬间有开关闭合时，滑动变阻器不动无开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片有想一想1.从磁通量的角度思考以上几个产生感应电流的实例(1)实验(1)中引起感应电流的原因是什么？(2)实验(2)中引起感应电流的原因是什么？(3)实验(3)中，线圈没有动，回路也没有动，引起感应电流的原因是什么？将实验(3)和实验(2)比较，实验(3)中的螺线管A的作用是什么？(4)产生感应电流的条件都跟哪个物理量有关？答案(1)面积变化引起磁通量的变化；(2)磁场变化引起磁通量的变化；(3)电流引起的磁场变化引起磁通量的变化，等效磁铁；(4)磁通量的变化4归纳结论产生感应电流的条件：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流想一想2.哪些情况可以引起磁通量的变化？答案磁通量的变化有三种情况，由BS可知：一种是磁感应强度B不变，有效面积S变化；另一种是磁感应强度B变化，有效面积S不变；还有一种是磁感应强度B和有效面积S同时发生变化.一、磁通量的理解及变化分析1磁通量的计算(1)B与S垂直时：BS，S为线圈的有效面积如图4(a)所示(2)B与S不垂直时：BSBS，S为线圈在垂直磁场方向上的投影面积B为B在垂直于S方向上的分量如图(b)、(c)所示(3)某线圈所围面积内有不同方向的磁场时，规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，求其代数和，如图(d)所示图42磁通量是标量，但有正负，其正负表示与规定的穿入方向相同或相反，穿过某一面的磁通量等于各部分磁通量的代数和3磁通量的变化大致可分为以下几种情况：(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化如图5(a)所示(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化如图(b)所示(3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化如图(c)所示图54用磁感线的条数表示磁通量当回路中有不同方向的磁感线穿过时，磁通量是指穿过某一面磁感线的“净”条数，即指不同方向的磁感线的条数差例1图6如图6所示，一根条形磁铁穿过一个弹性线圈，将线圈面积拉大，放手后穿过线圈的()A磁通量减少且合磁通量向左B磁通量增加且合磁通量向左C磁通量减少且合磁通量向右D磁通量增加且合磁通量向右解析放手后线圈的面积将减小，由条形磁铁磁感线分布特点可知，当弹簧线圈面积减小时，条形磁铁外部的磁通量减少，条形磁铁内部的磁通量未发生变化，合磁通量增加，且合磁通量向左答案B例2匀强磁场的磁感应强度B0.8 T，矩形线圈abcd的面积S0.5 m2，共10匝，开始时B与线圈所在平面垂直且线圈有一半在磁场中，如图7所示求：图7(1)当线圈绕ab边转过60时，线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的改变量；(2)当线圈绕dc边转过60时，线圈中的磁通量以及此过程中磁通量的改变量解析(1)当线圈绕ab边转过60时，BSBScos 600.80.5 Wb0.2 Wb(此时的线圈正好全部处在磁场中)在此过程中S没变，穿过线圈的磁感线条数没变，故磁通量变化量0.(2)当线圈绕dc边转过60时，BS，此时没有磁感线穿过线圈，所以0；在图示位置1B0.2 Wb，转过60时20，210.2 Wb，故磁通量改变了0.2 Wb.答案(1)0.2 Wb0(2)00.2 Wb针对训练图8如图8所示，线框与通电直导线均位于水平面内，当线框abcd由实线位置在水平面内向右平动逐渐移动到虚线位置，穿过线框的磁通量如何变化？答案线框水平平动，可分为三个阶段第一阶段，从实线位置开始运动至bc边到达直导线位置，穿过线框的磁通量逐渐增大第二阶段，从bc边抵达直导线处开始至ad边到达直导线为止，由于向外的磁感线逐渐减少，向里的磁感线逐渐增多，所以穿过线框的总磁通量先减少(当ab、dc两边中点连线与直导线重合时，磁通量为零)后增大第三阶段，从ad边离开直导线向右运动至线框抵达虚线位置为止，穿过线框的磁通量逐渐减少二、产生感应电流的判断1产生条件(1)电路闭合；(2)磁通量发生变化如果电路不闭合，不会产生感应电流，但仍会产生感应电动势，就像直流电路一样，电路不闭合，没有电流，但电源仍然存在2注意事项(1)注意磁感线的反穿情况，磁通量指的是穿过某一面的磁感线的“净”条数(2)磁通量是指穿过某一面的合磁通量例3下图中能产生感应电流的是()解析根据产生感应电流的条件：A选项中，电路没闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过线圈的磁感线相互抵消，恒为零，无感应电流；D选项中，磁通量不发生变化，无感应电流答案B磁通量1如图9所示，矩形线框abcd放置在水平面内，磁场方向与水平方向成角，已知sin ，回路面积为S，磁感应强度为B，则通过线框的磁通量为()图9ABS B.BS C.BS D.BS答案B解析根据磁通量的定义可得通过线框的磁通量BSsin ，代入解得BS，所以B选项正确磁通量的变化2恒定的匀强磁场中有一个圆形闭合线圈，线圈平面垂直于磁场方向，当线圈在此磁场中做下列哪种运动时，穿过线圈的磁通量发生了变化()A线圈沿自身所在的平面做匀速运动B线圈沿自身所在的平面做加速运动C线圈绕任一直径做匀速转动D线圈绕任一直径做变速转动答案CD解析只要线圈沿自身所在平面做运动，线圈在垂直磁场方向上的投影面积就不发生变化，即磁通量不发生变化，A、B选项错而C、D中线圈在垂直磁场方向上的投影面积会发生变化，导致磁通量变化产生感应电流的判断3如图10所示，L为足够长的通电直导线，M为一金属环，L通过M的圆心并与M所在的平面垂直，且通以向上的电流I，则()图10A当L中的I发生变化时，环中有感应电流B当M左右平移时，环中有感应电流C当M保持水平，在竖直方向上下移动时环中有感应电流D只要L与M保持垂直，则以上几种情况，环中均无感应电流答案D解析由安培定则可知导线L中电流产生的磁场方向与金属环面平行，即穿过M的磁通量始终为零，保持不变，故只要L与M保持垂直，A、B、C三种情况均不能产生感应电流4如图11所示，在纸面内放有一个条形磁铁和一个圆形线圈(位于磁铁正中央上方)，下列情况中能使线圈中产生感应电流的是()图11A将磁铁在纸面内向上平移B将磁铁在纸面内向右平移C将磁铁绕垂直纸面的轴转动D将磁铁的N极转向纸外，S极转向纸内答案D解析磁铁在线圈所处位置产生的磁感线与线圈平面平行，穿过线圈的磁通量为零，将磁铁在纸面内向上平移、向右平移和将磁铁绕垂直纸面的轴转动，穿过线圈的磁通量始终都是零，没有发生变化，所以不会产生感应电流将磁铁的N极转向纸外，S极转向纸内时，穿过线圈的磁通量由零开始逐渐增大，磁通量发生了变化，所以有感应电流产生，D正确，A、B、C错误(时间：60分钟)题组一电磁感应现象的发现1奥斯特发现电流磁效应，使整个科学界受到了极大的震惊，通过对电流磁效应的逆向思维，人们提出的问题是()A电流具有热效应 B电流具有磁效应C磁能生电 D磁体具有磁化效应答案C2下面属于电磁感应现象的是()A通电导体周围产生磁场B磁场对电流产生力的作用C闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，在电路中产生电流的现象D电荷在磁场中定向移动形成电流答案C解析电流能产生磁场，是电流的磁效应现象，不是电磁感应现象，故A错误；感应电流在磁场中受到安培力作用，不是电磁感应现象，故B错误；闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，在电路中产生电流的现象是电磁感应现象，故C正确；电荷在磁场中定向移动形成电流，不是电磁感应产生的电流，所以不是电磁感应现象，故D错误题组二磁通量及其变化的分析3如图1所示，虚线框内有匀强磁场，大环和小环是垂直于磁场方向放置的两个圆环，分别用1和2表示穿过大、小两环的磁通量，则有()图1A12B1出，即C0，当切断导线中电流后，穿过线圈的磁通量C减小为0，所以C中有感应电流产生；D中线圈的磁通量D不为0，当电流切断后，D也减小为0，所以D中也有感应电流产生9.如图4所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，若井字形回路中有感应电流通过，则可能()图4Av1v2 Bv1v2Cv1v2 D无法确定答案AB10.如图5所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列办法中可行的是()图5A将线框向左拉出磁场B以ab边为轴转动C以 ad边为轴转动(小于60)D以bc边为轴转动(小于60)答案ABC解析将线框向左拉出磁场的过程中，线框的bc部分做切割磁感线运动，或者说穿过线框的磁通量减少，所以线框中将产生感应电流；当线框以ab边为轴转动时，线框的cd边的右半段在做切割磁感线运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流；当线框以ad边为轴转动(小于60)时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框中会产生感应电流如果转过的角度超过60(60300)，bc边将进入无磁场区，那么线框中将不产生感应电流；当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60，则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积)11某学生做观察电磁感应现象的实验，将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图6所示的实验电路，当他接通、断开开关时，电流表的指针都没有偏转，其原因是()图6A开关位置接错B电流表的正、负极接反C线圈B的接头3、4接反D蓄电池的正、负极接反答案A解析图中所示开关的连接不能控制含有电源的电路中电流的通断而本实验的内容之一就是用来研究在开关通断瞬间，电流的有无是否导致磁场发生变化，进而产生感应电流的情况因而图中接法达不到目的关键是开关没有起到控制电源接通、断开的作用，开关应串联到电源和接头1、2之间12.如图7所示，固定于水平面上的金属架CDEF处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒MN沿框架以速度v向右做匀速运动t0时刻，磁感应强度为B0，此时刻MN到达的位置使MDEN构成一个边长为l的正方形为使MN棒中不产生感应电流，从t0开始，磁感应强度B应怎样随时间t变化？请推导出这种情况下B与t的关系式图7答案B解析要使MN棒中不产生感应电流，应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化，在t0时刻，穿过线圈平面的磁通量1B0SB0l2设t时刻的磁感应强度为B，此时刻磁通量为2Bl(lvt)由12得B.