2017高中創(chuàng)新設計物理教科版選修32學案 12 電磁感應的發(fā)現(xiàn) 感應電流產生的條件

1、目標定位1.知道奧斯特實驗、電磁感應現(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，理解感應電流的產生條件.3.能說出磁通量變化的含義，會利用電磁感應產生的條件解決實際問題.一、電磁感應的發(fā)現(xiàn)1.奧斯特實驗的啟迪1820年，丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應.不少物理學家根據對稱性的思考提出，既然電能產生磁，是否磁能產生電呢？2.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，即“由磁生電”的條件，產生的電流叫感應電流.法拉第將“磁生電”的現(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.

2、深度思考電流的磁效應與電磁感應有什么區(qū)別？答案電流的磁效應是指電流周圍產生磁場，即“電生磁”.電磁感應現(xiàn)象是利用磁場產生感應電流，即“磁生電”.“電生磁”和“磁生電”是兩種因果關系相反的現(xiàn)象，要正確區(qū)分這兩種現(xiàn)象，弄清現(xiàn)象的因果關系是關鍵.例1下列屬于電磁感應現(xiàn)象的是()A.通電導體周圍產生磁場B.磁場對感應電流發(fā)生作用，阻礙導體運動C.由于導體自身電流發(fā)生變化，在回路中產生感應電流D.電荷在磁場中定向移動形成電流解析根據引起電流原因的五類情況可知，導體自身電流發(fā)生變化，在回路中產生感應電流為電磁感應現(xiàn)象.故選項C正確.答案C二、磁通量及其變化1.磁通量的計算(1)B與S垂直時：BS，S為線圈

3、的有效面積.如圖1(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，求其代數(shù)和，如圖(d)所示.圖12.磁通量是標量，但有正、負，其正、負分別表示與規(guī)定的穿入方向相同、相反.3.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2(a)所示.(2)有效面積S不變，磁感應強度B發(fā)生變化.如圖(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(c)所示.圖24.用磁感

4、線的條數(shù)表示磁通量.當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)，即不同方向的磁感線的條數(shù)差.深度思考將兩個同圓心但大小不同的線圈套在條形磁鐵上，通過哪個線圈的磁通量大？答案通過小線圈的磁通量大.若穿過某一平面的磁感線既有穿出，又有穿入，則穿過該面的合磁通量為磁感線的凈條數(shù).例2磁通量是研究電磁感應現(xiàn)象的重要物理量，如圖3所示，通有恒定電流的導線MN與閉合線框共面，第一次將線框由位置1平移到位置2，第二次將線框繞cd邊翻轉到位置2，設先后兩次通過線框的磁通量變化分別為1和2，則()圖3A.12B.12C.12.將閉合線框從位置1平移到位置2，磁感線是從閉合線框的同一

5、面穿過的，所以1|21|12；將閉合線框從位置1繞cd邊翻轉到位置2，磁感線分別從閉合線框的正反兩面穿過，所以2|(2)1|12(以原來穿過的方向為正方向，則后來從另一面穿過的方向為負方向).故正確選項為C.答案C磁通量雖然是標量，但有正、負.該題中線框由位置1平移到位置2和繞cd邊翻轉到位置2時，在位置2的磁通量大小都相等，但磁感線穿入的方向相反.例3邊長L10cm的正方形線框有10匝，固定在勻強磁場中，磁場方向與線框平面間的夾角30，如圖4所示，磁感應強度隨時間的變化規(guī)律為B23t (T)，求：圖4(1)2s末穿過線框的磁通量.(2)第3s內穿過線框的磁通量的變化量.解析(1)2s末穿過線

6、框的磁感應強度B2(232) T8T，由BSsin，知2s末穿過線框的磁通量B2Ssin8(0.1)2sin30Wb4102Wb.(2)第3s內磁感應強度的變化B3T，所以BSsin3(0.1)2sin30Wb1.5102Wb.答案(1)4102Wb(2)1.5102Wb(1)求解磁通量的變化量時要取有效面積；(2)磁通量的變化與線圈的匝數(shù)無關；(3)磁感線從不同側面穿過線圈時磁通量的正、負不同.三、產生感應電流的條件1.導體在磁場中做切割磁感線運動如圖5所示，將可移動導體棒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5實驗操作實驗現(xiàn)象(有無電流)導體棒靜止無導體棒平行磁感

7、線上、下運動無導體棒垂直磁感線左、右運動有2.通過閉合回路的磁場發(fā)生變化如圖6所示，實驗操作及電流計指針的擺動情況如下：圖6觀察操作電流計指針的擺動情況螺線管B匝數(shù)少螺線管B匝數(shù)多螺線管A、B相互垂直開關接通瞬間輕微擺動較大擺動不擺動電流穩(wěn)定不擺動不擺動不擺動開關斷開瞬間輕微擺動較大擺動不擺動滑片快速推動較大擺動最大擺動不擺動滑片緩慢推動輕微擺動較大擺動不擺動3.歸納結論：產生感應電流的條件(1)電路閉合；(2)磁通量發(fā)生變化.如果電路不閉合，不會產生感應電流，但仍會產生感應電動勢，就像直流電路一樣，電路不閉合，沒有電流，但電源仍然存在.深度思考在螺線管A(如圖7甲所示)中電流隨時間變化的圖像

8、如圖乙所示，則tt0時刻線圈B中有感應電流嗎？圖7答案有.雖然此時穿過B的磁通量為0，但磁通量在變化，感應電流的產生取決于的變化，與的大小無關.例4圖中能產生感應電流的是()解析根據產生感應電流的條件：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，恒為零，無感應電流；D選項中，磁通量不發(fā)生變化，無感應電流.答案B(1)電路閉合和磁通量發(fā)生變化是產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，其主要內涵體現(xiàn)在“變化”上，磁通量很大若沒有變化也不會產生感應電流，某時刻磁通量雖然是零但是如果在變化仍然可以產生

9、感應電流.1(磁通量的理解)六根絕緣的導線，在同一平面內組成四個相等的正方形，導線中通以大小相等的電流，方向如圖8所示，在這個四個正方形區(qū)域中，指向紙面內且磁通量最大的區(qū)域是()圖8A BC D答案A解析由于是直線電流的磁場，6支電流在每個區(qū)域的磁感線的分布都有區(qū)別，只有逐一求出6支電流在每個區(qū)域的分磁通量之和，才能進行比較設每支電流的磁感線穿過相鄰區(qū)域的有兩條，穿過較遠區(qū)域的有1條，就可以作出穿過各區(qū)域的磁感線分布圖，如圖所示故本題正確答案為A.2.(電磁感應現(xiàn)象)在法拉第時代，下列驗證“由磁產生電”設想的實驗中，能觀察到感應電流的是()A.將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路，然后觀察

10、電流表的變化B.在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈，然后觀察電流表的變化C.將一房間內的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接，往線圈中插入條形磁鐵后，再到相鄰房間去觀察電流表的變化D.繞在同一鐵環(huán)上的兩個線圈，分別接電源和電流表，在給線圈通電或斷電的瞬間，觀察電流表的變化答案D解析產生感應電流必須滿足的條件：電路閉合；穿過閉合電路的磁通量要發(fā)生變化.選項A、B電路閉合，但磁通量不變，不能產生感應電流，故選項A、B不能觀察到電流表的變化；選項C滿足產生感應電流的條件，也能產生感應電流，但是等我們從一個房間到另一個房間后，電流表中已沒有電流，故選項C也不能觀察到電流表的變化；選項D滿足產生感應電流

11、的條件，能產生感應電流，可以觀察到電流表的變化，所以選D.3.(產生感應電流的判斷)(多選)如圖9所示，豎直放置的長直導線通有恒定電流，有一矩形線框與導線在同一平面內，在下列情況中線框產生感應電流的是()圖9A.導線中的電流變大B.線框向右平動C.線框向下平動D.線框以AB邊為軸轉動答案ABD4.(磁通量的變化)一電阻為R、面積為S的矩形導線框abcd處在磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向與線框平面成45角(如圖10所示).當導線框以ab邊為軸順時針轉過90的過程中，穿過導線框abcd的磁通量的變化量_.圖10答案BS(正、負均可)解析由BSsin，45知，初、末狀態(tài)磁通量大小都為BS，但由

12、于初、末狀態(tài)磁場穿過線框某一面方向相反，若選初BS，則末BS，所以末初BS，若選初BS，則BS.題組一電磁感應現(xiàn)象1.法拉第經過精心設計的一系列實驗，發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，將歷史上認為各自獨立的學科“電學”與“磁學”真正聯(lián)系起來.在下面幾個典型的實驗設計思想中，所做的推論后來被實驗否定的是()A.既然磁鐵可使近旁的鐵塊帶磁性，靜電荷可使近旁的導體表面感應出電荷，那么靜止導線上的穩(wěn)恒電流可使在近旁靜止的線圈中感應出電流B.既然磁鐵可使近旁運動的導體中感應出電動勢，那么穩(wěn)恒電流也可使近旁運動的線圈中感應出電流C.既然運動的磁鐵可使近旁靜止的線圈中感應出電流，那么靜止的磁鐵也可使近旁運動的導體中感應出

13、電動勢D.既然運動的磁鐵可使近旁的導體中感應出電動勢，那么運動導線上的穩(wěn)恒電流也可使近旁的線圈中感應出電流答案A解析法拉第經過研究發(fā)現(xiàn)引起感應電流的原因都與變化和運動有關，B、C、D三項所敘述的情況都被實驗證實了，A項中的推論不成立.2唱卡拉OK用的話筒內有傳感器，其中一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后粘接一個輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當聲波使膜片振動時，就將聲音信號轉化為電信號，下列說法中正確的是()A該傳感器是根據電流的磁效應工作的B該傳感器是根據電磁感應原理工作的C膜片振動時，穿過金屬線圈的磁通量不變D膜片振動時，金屬線圈中不會產生感應電動勢答案B解析當聲波使膜片前

14、后振動時，膜片后的金屬線圈就會跟著振動，從而使處于永磁體的磁場中的線圈切割磁感線，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，產生感應電流，從而將聲音信號轉化為電信號，這是電磁感應現(xiàn)象，故B項正確，A、C、D項均錯誤題組二磁通量及其變化的分析3.如圖1所示，虛線框內有勻強磁場，大環(huán)和小環(huán)是垂直于磁場方向放置的兩個圓環(huán)，分別用1和2表示穿過大、小兩環(huán)的磁通量，則有()圖1A.12B.1bB.abC.abD.不能比較答案A解析條形磁鐵磁場的磁感線的分布特點是：磁鐵內外磁感線的條數(shù)相同；磁鐵內外磁感線的方向相反；磁鐵外部磁感線的分布是兩端密、中間疏.兩個同心放置的同平面的金屬圓環(huán)與磁鐵垂直且磁鐵在中央時，通過其中的磁

15、感線的俯視圖如圖所示，穿過圓環(huán)的磁通量進出，由于兩圓環(huán)面積SaSb，兩圓環(huán)的進相同，而出ab，故A正確.題組三有無感應電流的判斷6.(多選)下列情況中都是線框在磁場中做切割磁感線運動，其中線框中有感應電流的是()答案BC解析A中導體雖然“切割”了磁感線，但穿過閉合線框的磁通量并沒有發(fā)生變化，沒有感應電流；B中線框的一部分導體“切割”了磁感線，穿過線框的磁感線條數(shù)越來越少，線框中有感應電流；C中雖然與A近似，但由于是非勻強磁場，運動過程中，穿過線框的磁感線條數(shù)增加，線框中有感應電流；D中盡管線框是部分切割，但磁感線條數(shù)不變，無感應電流.故選B、C.7.如圖4所示，恒定的勻強磁場中有一個有小缺口的

16、圓形的導體線圈，線圈平面垂直于磁場方向當線圈在此磁場中做下列哪種運動(均未出磁場)時，線圈能產生感應電流()圖4Aab連在一起，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線圈繞任意一條直徑做勻速轉動Dab連在一起，線圈繞任意一條直徑做變速轉動答案D解析B、C兩個選項錯誤的原因是線圈沒有形成回路，A選項錯誤的原因是勻速平移不會改變磁通量的大小8.(多選)如圖5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，若井字形回路中有感應電流通過，則可能()

17、圖5A.v1v2B.v1v2C.v1v2D.無法確定答案AB9.(多選)如圖6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，一半在磁場外，若要使線框中產生感應電流，下列方法中可行的是()圖6A.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)答案ABC解析將線框向左拉出磁場的過程中，線框的bc部分做切割磁感線運動，或者說穿過線框的磁通量減少，所以線框中將產生感應電流；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，所以線框中將產生感應電流；當線框以ad邊為軸轉動(小于60)時，

18、穿過線框的磁通量在減小，所以在這個過程中線框中會產生感應電流.如果轉過的角度超過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).10.某學生做觀察電磁感應現(xiàn)象的實驗，將電流表、線圈A和B、蓄電池、開關用導線連接成如圖7所示的實驗電路，當他接通、斷開開關時，電流表的指針都沒有偏轉，其原因是()圖7A.開關位置接錯B.電流表的正、負極接反C.線圈B的接頭3、4接反D.蓄電池的正、負極接反答案A解析圖中所示開關的連接不能控制含有電源的電路中電流的通斷.而本實驗的內容之一就是用來研究在開關通斷瞬間，電流的有無是否導致磁場發(fā)生變化，進而產生感應電流的情況.因而圖中接法達不到目的.關