2018-2019學年高中物理 第一章 電磁感應 1 電磁感應的發(fā)現(xiàn) 2 感應電流產(chǎn)生的條件學案 教科版選修3-2

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1、 1．電磁感應的發(fā)現(xiàn) 2．感應電流產(chǎn)生的條件 學 習 目 標 知 識 脈 絡 1．知道與電流磁效應和電磁感應現(xiàn)象相關的物理學史，體會人類探索自然規(guī)律的科學態(tài)度和科學精神． 2．通過實驗探究理解感應電流的產(chǎn)生條件． 3．會運用感應電流產(chǎn)生的條件判斷是否有感應電流產(chǎn)生．(重點) 4．學會判斷磁通量是否會發(fā)生變化及是否產(chǎn)生感應電流．(難點) [自 主 預 習·探 新 知] [知識梳理] 一、電磁感應的發(fā)現(xiàn) 1．丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)載流導體能使小磁針轉動，這種作用稱為電流的磁效應，揭示了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間存在密切聯(lián)系． 2．英國物理學家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，即“磁生

2、電”現(xiàn)象，他把這種現(xiàn)象命名為電磁感應．產(chǎn)生的電流叫做感應電流． 二、感應電流產(chǎn)生的條件 1．探究導體棒在磁場中運動是否產(chǎn)生感應電流(實驗圖如圖1-1-1所示) 圖1-1-1 實驗操作 實驗現(xiàn)象(有無電流) 分析論證 導體棒靜止 無 閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，電路中有感應電流產(chǎn)生 導體棒平行 磁感線運動 無 導體棒切割 磁感線運動 有 2.探究通過閉合回路的磁場變化時是否產(chǎn)生感應電流(實驗圖如圖1-1-2所示) 圖1-1-2 實驗操作 實驗現(xiàn)象 (線圈B中有無電流) 分析論證 開關閉合瞬間 有 線圈B中磁場變化時，線圈

3、B中有感應電流；磁場不變時，線圈B中無感應電流 開關斷開瞬間 有 開關保持閉合，滑動變阻器滑片不動 無 開關保持閉合，迅速移動滑動變阻器的滑片 有 3.產(chǎn)生感應電流的條件 大量實驗證實，穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時，這個閉合電路中就有感應電流產(chǎn)生． [基礎自測] 1．思考判斷 (1)白熾燈泡就是根據(jù)電磁感應現(xiàn)象發(fā)明的． (×) (2)“磁生電”是一種在變化、運動的過程中才能出現(xiàn)的現(xiàn)象． (√) (3)麥克斯韋建立了電磁場理論，并預言了電磁波的存在． (√) (4)線圈不閉合時，即使穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中也無感應電流產(chǎn)生． (√) (5)穿過電路的磁通

4、量發(fā)生變化，電路中一定會產(chǎn)生感應電流． (×) (6)閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時，電路中有感應電流產(chǎn)生． (√) 2．下列現(xiàn)象中，屬于電磁感應的是(　　) A．小磁針在通電導線附近發(fā)生偏轉 B．通電線圈在磁場中轉動 C．因閉合線圈在磁場中運動而產(chǎn)生的電流 D．磁鐵吸引小磁針 C　[電磁感應是指“磁生電”的現(xiàn)象，而小磁針和通電線圈在磁場中轉動反映了磁場力的性質，所以A、B、D不屬于電磁感應現(xiàn)象，C屬于電磁感應現(xiàn)象．] 3．如圖所示，矩形線框在磁場內(nèi)做的各種運動中，能夠產(chǎn)生感應電流的是(　　) 【導學號：24622001】 A　　　　B　　　　　C　

5、　　　D B　[A中線圈運動時，穿過線圈的磁通量不變，無感應電流；C、D中線圈運動時穿過線圈的磁通量總為零，故無感應電流產(chǎn)生；只有B中，當線圈勻速轉動時，穿過線圈的磁通量不斷變化，故有電流產(chǎn)生，故選B.] [合 作 探 究·攻 重 難] 磁通量的理解與計算 1．勻強磁場中磁通量的計算 (1)B與S垂直時，Φ＝BS. (2)B與S不垂直時，Φ＝B⊥S，B⊥為B垂直于線圈平面的分量．如圖1-1-3甲所示，Φ＝B⊥S＝(Bsin θ)·S.也可以Φ＝BS⊥，S⊥為線圈在垂直于磁場方向上的投影面積，如圖1-1-3乙所示，Φ＝BS⊥＝BScos θ. 甲　　　　　　　　　乙 圖1

6、-1-3 2．磁通量的變化 大致可分為以下幾種情況： (1)磁感應強度B不變，有效面積S發(fā)生變化．如圖1-1-4(a)所示． (2)有效面積S不變，磁感應強度B發(fā)生變化．如圖1-1-4(b)所示． (3)磁感應強度B和有效面積S都不變，它們之間的夾角發(fā)生變化．如圖1-1-4(c)所示． (a)　　　　　　　(b)　　　　　　　　(c) 圖1-1-4 　兩個圓環(huán)A、B如圖1-1-5所示放置，且圓環(huán)半徑RA>RB，一條形磁鐵的軸線過兩個圓環(huán)的圓心處，且與圓環(huán)平面垂直，則穿過A、B環(huán)的磁通量ΦA和ΦB的關系是(　　) 圖1-1-5 A．ΦA>ΦB　　　　　　　 B．ΦA＝

7、ΦB C．ΦA<ΦB D．無法確定 思路點撥：①磁通量可以形象地理解為穿過線圈的磁感線的條數(shù)．②若該線圈內(nèi)有磁感線穿進和穿出兩種情況，可以把磁通量理解為穿過線圈的凈磁感線條數(shù)． C　[解題時要注意有兩個方向的磁感線穿過圓環(huán)，磁通量應是抵消之后剩余的磁感線的條數(shù)．從上向下看，穿過圓環(huán)A、B的磁感線如圖所示，磁感線有進有出，A、B環(huán)向外的磁感線條數(shù)一樣多，但A環(huán)向里的磁感線條數(shù)較多，抵消的條數(shù)多，凈剩條數(shù)少，所以ΦA<ΦB，C正確．] (1)磁通量是標量，但有正、負之分. (2)在所研究的閉合電路內(nèi)有磁感線穿進和穿出兩種情況時，若規(guī)定穿進的磁通量為正，則穿出的磁通量為負.

8、 [針對訓練] 1．(多選)彼此絕緣、相互交叉的兩根通電直導線與閉合線圈共面，圖中穿過線圈的磁通量可能為零的是(　　) AD　[要使線圈中的磁通量為零，必須滿足兩根通電直導線關于線圈的中心軸線對稱，并且兩根通電直導線在線圈中磁場方向相反，故A、D正確．] 2．如圖1-1-6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： 圖1-1-6 (1)在B減為0.4 T的過程中，線圈A和

9、線圈B中的磁通量變化了多少？ (2)在磁場轉過90°角的過程中，線圈C中的磁通量變化了多少？轉過180°角呢？ 【解析】　(1)A、B線圈中的磁通量始終一樣，故它們的變化量也一樣． ΔΦ＝(B2－B)·πr2＝－1.256×10－4 Wb 即A、B線圈中的磁通量都減少1.256×10－4 Wb (2)對線圈C，Φ1＝Bπr′2＝6.28×10－5 Wb 當轉過90°時，Φ2＝0， 故ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝0－6.28×10－5 Wb＝－6.28×10－5 Wb 即線圈C的磁通量減少了6.28×10－5 Wb 當轉過180°時，磁感線從另一側穿過線圈，若取Φ1為正，則Φ3為負，有

10、Φ3＝－Bπr′2，故ΔΦ2＝Φ3－Φ1＝－2Bπr′2＝－1.256×10－4 Wb.即線圈C的磁通量減少了1.256×10－4 Wb. 【答案】　(1)A、B線圈的磁通量均減少了1.256×10－4 Wb (2)減少了6.28×10－5 Wb　減少了1.256×10－4 Wb 感應電流產(chǎn)生條件的理解及應用 1．產(chǎn)生感應電流的條件 (1)電路必須是閉合電路． (2)穿過回路的磁通量發(fā)生變化． 2．對產(chǎn)生感應電流條件的理解 (1)不論用什么方法，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電流產(chǎn)生． (2)在閉合電路中有磁通量但不變化，即使磁場很強，磁通量很大，也

11、不會產(chǎn)生感應電流． (3)產(chǎn)生感應電流的條件可以歸納為兩個：一個是電路本身的屬性，即電路必須是閉合的；另一個是穿過電路的磁通量必須發(fā)生變化． 　(多選)如圖1-1-7所示，矩形線框abcd由靜止開始運動，若要使線框中產(chǎn)生感應電流，則線框的運動情況應該是 (　　) 圖1-1-7 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邊為軸轉動(ad邊還沒有轉入磁場) D．以ab邊為軸轉動(轉角不超過90°) 思路點撥：①產(chǎn)生感應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是否發(fā)生變化． AD　[選項A和D所

12、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減小)，穿過線框的磁通量均改變，由產(chǎn)生感應電流的條件知線框中會產(chǎn)生感應電流．而選項B、C所描述的情況中，穿過線框中的磁通量均不改變，不會產(chǎn)生感應電流．] 判斷是否產(chǎn)生感應電流的技巧 (1)電路閉合和磁通量發(fā)生變化是產(chǎn)生感應電流的兩個條件，二者缺一不可． (2)磁通量發(fā)生變化，其主要內(nèi)涵體現(xiàn)在“變化”上，磁通量很大若沒有變化也不會產(chǎn)生感應電流，磁通量雖然是零，但是變化的，仍然可以產(chǎn)生感應電流． (3)磁通量與線圈的匝數(shù)無關，磁通量大小不受線圈匝數(shù)的影響． (4)磁通量的變化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受線圈匝數(shù)的影

13、響．用公式求Φ、ΔΦ時，不必考慮線圈匝數(shù)n. [針對訓練] 3．(多選)在下列選項中，用導線做成圓形或正方形回路，這些回路與一直導線構成幾種位置組合(彼此絕緣)，下列組合中，切斷直導線中的電流時，閉合回路中會有感應電流產(chǎn)生的是(　　) 【導學號：24622002】 CD　[利用安培定則判斷直線電流產(chǎn)生的磁場，其磁感線是一些以直導線上各點為圓心的無數(shù)組同心圓，即磁感線所在平面均垂直于導線，且直線電流產(chǎn)生的磁場分布情況是靠近直導線處磁場強，遠離直導線處磁場弱．所以，A中穿過圓形線圈的磁場如圖甲所示，其有效磁通量為ΦA＝Φ出－Φ進＝0，且始終為0，即使切斷導線中的電流，ΦA也始終為

14、0，A中不可能產(chǎn)生感應電流；B中線圈平面與磁場平行，穿過B的磁通量也始終為0，B中也不能產(chǎn)生感應電流；C中穿過線圈的磁通量如圖乙所示，Φ進>Φ出，即ΦC≠0，當切斷導線中電流后，穿過線圈的磁通量ΦC減小為0，所以C中有感應電流產(chǎn)生；D中線圈的磁通量ΦD不為0，當電流切斷后，ΦD最終也減小為0，所以D中也有感應電流產(chǎn)生．] 4．(多選)如圖1-1-8所示，繞在鐵芯上的線圈與電源、滑動變阻器和開關組成閉合電路，在鐵芯的右端套有一個表面絕緣的銅環(huán)A，下列各種情況中銅環(huán)A中有感應電流的是(　　) 【導學號：24622003】 圖1-1-8 A．線圈中通以恒定的電流 B．通電過程中，使變

15、阻器的滑片P做勻速移動 C．通電過程中，使變阻器的滑片P做加速移動 D．將開關突然斷開的瞬間 BCD　[線圈中通以恒定的電流，銅環(huán)A中磁通量不變，銅環(huán)A中沒有感應電流，A錯；變阻器的滑片P做勻速、加速移動時，線圈中電流變化，銅環(huán)A中磁通量發(fā)生變化，銅環(huán)A中有感應電流，B、C對；將開關突然斷開的瞬間，線圈中電流變?yōu)榱悖~環(huán)A中磁通量發(fā)生變化，銅環(huán)A中有感應電流，D對．] [當 堂 達 標·固 雙 基] 1．六根絕緣的導線，在同一平面內(nèi)組成四個相同的正方形，導線中通以大小相等的電流，方向如圖1-1-9所示．在這四個正方形區(qū)域中，指向紙面向里且合磁通量最大的區(qū)域是(　　) 圖1-1-

16、9 A．Ⅰ　　　　　　　　 B．Ⅱ C．Ⅲ D．Ⅳ A　[由于是直線電流的磁場，六支電流在每個區(qū)域都有磁感線的分布，只有逐一分析六支電流在每個區(qū)域的合磁通量，才能進行比較。假設每支電流的磁感線穿過相鄰區(qū)域的有2條，穿過較遠區(qū)域的有1條，這樣可以作出穿過各區(qū)域的磁感線分布圖，如圖所示，分析可知選項A正確．] 2．(多選)如圖1-1-10所示，有一金屬環(huán)和一條形磁鐵，下列哪些過程環(huán)中會產(chǎn)生感應電流 (　　) 圖1-1-10 A．環(huán)不動，將磁鐵插入環(huán)中 B．環(huán)不動，將磁鐵從環(huán)中拔出 C．磁鐵不動，將環(huán)套入磁鐵 D．磁鐵在環(huán)中與環(huán)保持相對靜止并一起向下運動 ABC　[環(huán)不動

17、，將磁鐵插入環(huán)中，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應電流；環(huán)不動，將磁鐵從環(huán)中拔出時，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應電流；磁鐵不動，將環(huán)套入磁鐵時，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應電流；把磁鐵在環(huán)中與環(huán)保持相對靜止并一起向下運動時，穿過線圈的磁通量不變，不能產(chǎn)生感應電流，故選A、B、C.] 3．(多選)下圖中能產(chǎn)生感應電流的是(　　) A　　　　　　　　B C　　　　　　　　　D BD　[根據(jù)產(chǎn)生感應電流的條件：A選項中，電路沒有閉合，無感應電流；B選項中，面積增大，閉合電路的磁通量增大，有感應電流；C選項中，穿過線圈的磁感線相互抵消，Φ恒為零，無感應電流；D選項中，磁通

18、量發(fā)生變化，有感應電流．] 4．(多選)如圖1-1-11所示，開始時矩形線框與勻強磁場的方向垂直，且一半在磁場內(nèi)，一半在磁場外，若要使線框中產(chǎn)生感應電流，下列辦法中可行的是 (　　) 【導學號：24622004】 圖1-1-11 A．將線框向左拉出磁場 B．以ab邊為軸轉動 C．以ad邊為軸轉動(小于60°) D．以bc邊為軸轉動(小于60°) ABC　[將線框向左拉出磁場的過程中，線框的bc部分切割磁感線，或者說穿過線框的磁通量減少，所以線框中將產(chǎn)生感應電流；當線框以ab邊為軸轉動時，線框的cd邊的右半段在做切割磁感線運動，或者說穿過線框的磁通量在發(fā)生變化，所以線

19、框中將產(chǎn)生感應電流；當線框以ad邊為軸轉動(小于60°)時，穿過線框的磁通量在減小，所以在這個過程中線框內(nèi)會產(chǎn)生感應電流．如果轉過的角度超過60°(60°～300°)，bc邊將進入無磁場區(qū)，那么線框中將不產(chǎn)生感應電流；當線框以bc邊為軸轉動時，如果轉動的角度小于60°，則穿過線框的磁通量始終保持不變(其值為磁感應強度與矩形線框面積的一半的乘積)．] 5．邊長l＝10 cm的正方形線框固定在勻強磁場中，磁場方向與線框平面間的夾角θ＝30°，如圖1-1-12所示．磁感應強度隨時間變化的規(guī)律為B＝(2＋3t) T，則第3 s內(nèi)穿過線框的磁通量的變化量ΔΦ為多少？ 圖1-1-12 【解析】　第3 s內(nèi)就是從2 s末到3 s末，所以2 s末的磁場的磁感應強度為B1＝(2＋3×2) T＝8 T,3 s末的磁場的磁感應強度為B2＝(2＋3×3) T＝11 T，則ΔΦ＝ΔBSsin θ＝(11－8)×0.12×sin 30° Wb＝1.5×10－2 Wb. 【答案】　1.5×10－2 Wb 9