新高中物理 1.11.2 電磁感應的發(fā)現(xiàn) 感應電流產(chǎn)生的條件學案 教科版選修32.doc

電磁感應的發(fā)現(xiàn)感應電流產(chǎn)生的條件學習目標定位 1.能理解什么是電磁感應現(xiàn)象.2.能記住產(chǎn)生感應電流的條件.3.會使用線圈以及常見磁鐵完成簡單的實驗.4.能說出磁通量變化的含義.5.會利用電磁感應產(chǎn)生的條件解決實際問題1磁通量的計算公式bs的適用條件是勻強磁場且磁感線與平面垂直若在勻強磁場b中，磁感線與平面不垂直，公式bs中的s應為平面在垂直于磁場方向上的投影面積2磁通量是標量，但有正、負之分一般來說，如果磁感線從線圈的正面穿入，線圈的磁通量就為“”，磁感線從線圈的反面穿入，線圈的磁通量就為“”3由bs可知，磁通量的變化有三種情況：(1)磁感應強度b不變，有效面積s變化；(2)磁感應強度b變化，有效面積s不變；(3)磁感應強度b和有效面積s同時變化一、奧斯特實驗的啟迪1820年，奧斯特從實驗中發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，不少物理學家根據(jù)對稱性的思考，提出既然電能產(chǎn)生磁，是否也存在逆效應，即磁產(chǎn)生電呢？二、電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1831年，英國物理學家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象他將“磁生電”現(xiàn)象分為五類：(1)變化中的電流；(2)變化中的磁場；(3)運動中的恒定電流；(4)運動中的磁鐵；(5)運動中的導線三、電磁感應規(guī)律的發(fā)現(xiàn)及其對社會發(fā)展的意義1電磁感應的發(fā)現(xiàn)，使人們發(fā)明了發(fā)電機，把機械能轉(zhuǎn)化成電能；使人們發(fā)明了變壓器，解決了電能遠距離傳輸中能量大量損耗的問題；使人們制造出了結(jié)構(gòu)簡單的感應電動機，反過來把電能轉(zhuǎn)化成機械能2法拉第在研究電磁感應等電磁現(xiàn)象中，從磁性存在的空間分布逐漸凝聚出“場”的科學創(chuàng)新思想在此基礎(chǔ)上，麥克斯韋建立了電磁場理論，并預言了電磁波的存在四、產(chǎn)生感應電流的條件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.一、磁通量及其變化問題設(shè)計如圖1所示，框架的面積為s，勻強磁場的磁感應強度為b.試求：圖1(1)框架平面與磁感應強度b垂直時，穿過框架平面的磁通量為多少？(2)若框架繞oo轉(zhuǎn)過60，則穿過框架平面的磁通量為多少？(3)若從圖示位置轉(zhuǎn)過90，則穿過框架平面的磁通量的變化量為多少？(4)若從圖示位置轉(zhuǎn)過180，則穿過框架平面的磁通量變化量為多少？答案(1)bs(2)bs(3)bs(4)2bs要點提煉1磁通量的計算(1)公式：bs(2)適用條件：勻強磁場，磁場方向和平面垂直(3)b與s不垂直時：bs，s為平面在垂直磁場方向上的投影面積，在應用時可將s投影到與b垂直的方向上，如圖2所示bssin_.圖2(4)磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān)2磁通量的變化量(1)當b不變，有效面積s變化時，bs.(2)當b變化，s不變時，bs.(3)b和s同時變化，則21，但此時bs.特別提醒計算穿過某面的磁通量變化量時，要注意前、后磁通量的正、負值，如原磁通量1bs，當平面轉(zhuǎn)過180后，磁通量2bs，磁通量的變化量2bs.二、感應電流產(chǎn)生的條件問題設(shè)計實驗1(導體在磁場中做切割磁感線的運動)：如圖3所示，導體ab垂直磁感線運動時，線路中有電流產(chǎn)生，而導體ab沿著磁感線運動時，線路中無電流產(chǎn)生(填“有”或“無”)圖3實驗2(通過閉合電路的磁場發(fā)生變化)：如圖4所示，將小螺線管a插入大螺線管b中不動，當開關(guān)s接通或斷開時，電流表中有電流通過；若開關(guān)s一直閉合，當改變滑動變阻器的阻值時，電流表中有電流通過；而開關(guān)一直閉合，滑動變阻器的滑動觸頭不動時，電流表中無電流產(chǎn)生若將螺線管a放在螺線管b的正上方，并使兩者的軸線互相垂直，則不管進行什么操作，電流表中均無電流產(chǎn)生(填“有”或“無”)圖41實驗2中并沒有導體在磁場中做切割磁感線的運動，但在接通或斷開電源的瞬間及改變滑動變阻器的阻值時，b線圈卻出現(xiàn)感應電流，這說明什么？答案說明導體在磁場中做切割磁感線運動不是產(chǎn)生感應電流的本質(zhì)原因，通過閉合電路的磁場變化也可以產(chǎn)生感應電流2當實驗2中開關(guān)閉合后，a線圈電流穩(wěn)定時，b線圈中也存在磁場，但不出現(xiàn)感應電流，這說明什么？答案說明感應電流的產(chǎn)生，不在于閉合回路中是否有磁場3實驗2中同樣的磁場變化，螺線管b套在螺線管a外邊時，能產(chǎn)生感應電流，而兩個線圈相互垂直放置時不能產(chǎn)生感應電流，這又說明什么？試總結(jié)產(chǎn)生感應電流的條件答案說明感應電流的產(chǎn)生，不在于磁場是否變化總結(jié)實驗1中，磁場是穩(wěn)定的，但在導體切割磁感線運動時，通過回路的磁通量發(fā)生變化，回路中產(chǎn)生了感應電流；實驗2通過改變電流從而改變磁場強弱，進而改變了磁通量，從而產(chǎn)生了感應電流，所以可以將產(chǎn)生感應電流的條件描述為“只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會產(chǎn)生感應電流”要點提煉1產(chǎn)生感應電流的條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化2特例：閉合電路的一部分導體在磁場內(nèi)做切割磁感線運動在利用“切割”來討論和判斷有無感應電流時，應該注意：(1)導體是否將磁感線“割斷”，如果沒有“割斷”就不能說切割如圖5所示，甲、乙兩圖中，導線是真“切割”，而圖丙中，導體沒有切割磁感線圖5(2)是否僅是閉合電路的一部分導體在磁場內(nèi)做切割磁感線運動，如圖丁如果由切割不容易判斷，則要回歸到磁通量是否變化上去延伸思考電路不閉合時，磁通量發(fā)生變化是否能產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象？答案當電路不閉合時，沒有感應電流，但有感應電動勢，只產(chǎn)生感應電動勢的現(xiàn)象也可以稱為電磁感應現(xiàn)象一、磁通量及其變化量的理解與計算例1如圖6所示的線框，面積為s，處于磁感應強度為b的勻強磁場中，b的方向與線框平面成角，當線框轉(zhuǎn)過90到如圖6所示的虛線位置時，試求：圖6(1)初、末位置穿過線框的磁通量的大小1和2；(2)磁通量的變化量.解析(1)解法一：在初始位置，把面積向垂直于磁場方向進行投影，可得垂直于磁場方向的面積為sssin ，所以1bssin .在末位置，把面積向垂直于磁場方向進行投影，可得垂直于磁場方向的面積為sscos .由于磁感線從反面穿入，所以2bscos .解法二：如圖所示，把磁感應強度b沿垂直于面積s和平行于面積s進行分解，得b上bsin ，b左bcos 所以1b上sbssin ，2b左sbscos .(2)開始時b與線框平面成角，穿過線框的磁通量1bssin ；當線框平面按順時針方向轉(zhuǎn)動時，穿過線框的磁通量減少，當轉(zhuǎn)動時，穿過線框的磁通量減少為零，繼續(xù)轉(zhuǎn)動至90時，磁感線從另一面穿過，磁通量變?yōu)椤柏摗敝担?bscos .所以，此過程中磁通量的變化量為21bscos bssin bs(cos sin )答案(1)bssin bscos (2)bs(cos sin )二、產(chǎn)生感應電流的分析判斷及實驗探究例2如圖7所示，在勻強磁場中有兩條平行的金屬導軌，磁場方向與導軌平面垂直導軌上有兩條可沿導軌自由移動的金屬棒ab、cd，與導軌接觸良好這兩條金屬棒ab、cd的運動速度分別是v1、v2，且井字形回路中有感應電流通過，則可能 ()圖7av1v2 bv1v2cv1v2 d無法確定解析只要金屬棒ab、cd的運動速度不相等，穿過井字形回路的磁通量就發(fā)生變化，閉合回路中就會產(chǎn)生感應電流故選項a、b正確答案ab例3在研究電磁感應現(xiàn)象的實驗中所用器材如圖8所示它們是電流表、直流電源、帶鐵芯的線圈a、線圈b、開關(guān)、滑動變阻器(用來控制電流以改變磁場強弱)試按實驗的要求在實物圖上連線(圖中已連好一根導線)圖8答案連接電路如圖所示1(對電磁感應現(xiàn)象的認識)下列現(xiàn)象中，屬于電磁感應現(xiàn)象的是()a小磁針在通電導線附近發(fā)生偏轉(zhuǎn)b通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動c因閉合線圈在磁場中運動而產(chǎn)生的電流d磁鐵吸引小磁針答案c解析電磁感應是指“磁生電”的現(xiàn)象，而小磁針和通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動以及磁鐵吸引小磁針，反映了磁場力的性質(zhì)，所以a、b、d不是電磁感應現(xiàn)象，c是電磁感應現(xiàn)象2(對磁通量及其變化量的理解)如圖9所示一矩形線框，從abcd位置移到abcd位置的過程中，關(guān)于穿過線框的磁通量情況，下列敘述正確的是(線框平行于紙面移動) ()圖9a一直增加b一直減少c先增加后減少d先增加，再減少直到零，然后再增加，然后再減少答案d解析離導線越近，磁場越強，當線框從左向右靠近導線的過程中，穿過線框的磁通量增大，當線框跨在導線上向右運動時，磁通量減小，當導線在線框正中央時，磁通量為零，從該位置向右，磁通量又增大，當線框離開導線向右運動的過程中，磁通量又減??；故a、b、c錯誤，d正確，故選d.3(產(chǎn)生感應電流的分析判斷)如圖10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()圖10a將線框向左拉出磁場b以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(小于90)c以ad邊為軸轉(zhuǎn)動(小于60)d以bc邊為軸轉(zhuǎn)動(小于60)答案abc解析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(zhuǎn)動(小于90)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，所以線框中將產(chǎn)生感應電流當線框以ad邊為軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)過的角度超過60(60300)，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(zhuǎn)動時，如果轉(zhuǎn)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)4(產(chǎn)生感應電流的分析判斷)如圖11所示，繞在鐵芯上的線圈與電源、滑動變阻器和電鍵組成閉合回路，在鐵芯