2024-2025學年高中物理第4章電磁感應1劃時代的發(fā)現(xiàn)2探究感應電流的產(chǎn)生條件學案新人教版選修3-2

PAGE9-1劃時代的發(fā)覺2探究感應電流的產(chǎn)生條件[學習目標]1.[物理觀念]了解電磁感應現(xiàn)象及相關的物理學史．2.[科學探究]通過試驗探究產(chǎn)生感應電流的條件．(重點、難點)3.[物理觀念]能正確分析磁通量的變更狀況．(重點)4.[科學思維]能運用感應電流的產(chǎn)生條件推斷是否有感應電流產(chǎn)生．(重點、難點)一、劃時代的發(fā)覺1．奧斯特夢圓“電生磁”：1820年，丹麥物理學家奧斯特發(fā)覺了電流的磁效應．2．法拉第心系“磁生電”：1831年，英國物理學家法拉第發(fā)覺了“磁生電”的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫作電磁感應，產(chǎn)生的電流叫作感應電流．3．法拉第對引起感應電流的緣由的五類概括：二、探究感應電流的產(chǎn)生條件1．探究導體棒在磁場中運動是否產(chǎn)生電流(如圖所示)：試驗操作試驗現(xiàn)象(有無電流)試驗結論導體棒靜止無閉合回路包圍的面積A時，回路中有感應電流；包圍的面積B時，回路中無感應電流(A.變更B.不變)導體棒平行磁感線運動無導體棒切割磁感線運動有2.探究磁鐵在通電螺線管中運動是否產(chǎn)生電流(如圖所示)：試驗操作試驗現(xiàn)象(有無電流)試驗結論N(或S)極插入線圈有線圈中的磁場A時，線圈中有感應電流；線圈中的磁場B時，線圈中無感應電流(A.變更B．不變)N(或S)極停在線圈中無N(或S)極從線圈中抽出有3.模擬法拉第的試驗(如圖所示)：試驗操作試驗現(xiàn)象(線圈B中有無電流)試驗結論開關閉合瞬間有線圈B中磁場A時，線圈B中有感應電流；線圈B中磁場B時，線圈B中無感應電流(A.變更B．不變)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，快速移動滑動變阻器的滑片有4.感應電流產(chǎn)生的條件：只要穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變更，閉合導體回路中就會產(chǎn)生感應電流．1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)有電流即生磁場． (√)(2)有磁場即生電流． (×)(3)靜止的電荷四周也能產(chǎn)生磁場． (×)(4)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變更，肯定產(chǎn)生感應電流． (√)2．首先發(fā)覺電流的磁效應和電磁感應現(xiàn)象的物理學家分別是()A．安培和法拉第 B．法拉第和楞次C．奧斯特和安培 D．奧斯特和法拉第D[1820年，丹麥物理學家奧斯特發(fā)覺了電流的磁效應，1831年，英國物理學家法拉第發(fā)覺了電磁感應現(xiàn)象，選項D正確．]3．下列選項中能產(chǎn)生感應電流的是()ABCDB[A項中線圈沒有閉合，不能構成閉合回路，無感應電流產(chǎn)生，C項中穿過閉合線圈的磁通量始終為零，不發(fā)生變更，D項中，閉合線圈在勻強磁場中平動，穿過線圈的磁通量不變更，故A、C、D錯誤；B項中，閉合回路的面積增大，穿過回路的磁通量增大，有感應電流產(chǎn)生，故B正確．]磁通量Φ及其變更量ΔΦ的理解與計算1.對磁通量的三點理解(1)磁通量是標量，但是有正負．磁通量的正負不代表大小，只表示磁感線是怎樣穿過平面的．即若以向里穿過某面的磁通量為正，則向外穿過這個面的磁通量為負．(2)若穿過某一面的磁感線既有穿出，又有穿入，則穿過該面的合磁通量為凈磁感線的條數(shù)．(3)由Φ＝BS可知，磁通量的大小與線圈的匝數(shù)無關．2．勻強磁場中磁通量的計算(1)B與S垂直時：Φ＝BS.B指勻強磁場的磁感應強度，S為線圈的面積．(2)B與S不垂直時：Φ＝BS⊥.S⊥為線圈在垂直磁場方向上的有效面積，在應用時可將S分解到與B垂直的方向上，如圖所示，Φ＝BSsinθ.3．磁通量變更量的計算當B與S垂直時，通常有以下三種狀況：(1)S不變，B變更，則ΔΦ＝ΔBS.(2)S變更，B不變，則ΔΦ＝B·ΔS.(3)B、S同時變更，則ΔΦ＝B2S2－B1S1.【例1】如圖所示，有一垂直紙面對里的勻強磁場，B＝0.8T，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為1cm.現(xiàn)于紙面內先后放上圓線圈A、B、C，圓心均處于O處，線圈A的半徑為1cm，10匝；線圈B的半徑為2cm，1匝；線圈C的半徑為0.5cm，1匝．問：(1)在B減為0.4T的過程中，線圈A和線圈B中的磁通量變更了多少？(2)在磁場轉過30°角的過程中，線圈C中的磁通量變更了多少？(3)在磁場轉過180°角的過程中，線圈C中的磁通量變更了多少？思路點撥：解答本題應把握以下三點：(1)磁通量與線圈匝數(shù)無關．(2)當線圈平面與磁場不垂直時，應分解B或取S在與B垂直的平面上的投影面積．(3)磁感線反向穿過線圈平面時，Φ為負值．[解析](1)由題意知線圈B與線圈A中的磁通量始終一樣，故它們的變更量也一樣．ΔΦ＝(B′－B)·πr2≈－1.26×10－4Wb.所以，線圈A和線圈B中的磁通量都削減了1.26×10－4Wb.(2)對線圈C，Φ1＝B·πr′2，當磁場轉過30°時，Φ2＝B·πr′2cos30°，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·πr′2(cos30°－1)≈－8.41×10－6Wb.所以，線圈C中的磁通量削減了8.41×10－6Wb.(3)磁場轉過180°后，磁感線從另一側穿過線圈，若取Φ1為正，則Φ2為負，有：Φ1＝Bπr′2，Φ2＝－Bπr′2，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2Bπr′2≈－1.26×10－4Wb.所以，線圈C中的磁通量變更了1.26×10－4Wb.[答案](1)都削減了1.26×10－4Wb(2)削減了8.41×10－6Wb(3)變更了1.26×10－4Wb求解磁通量的方法(1)解答該類題目時，要留意磁感線是從平面的哪一面穿入的．(2)當規(guī)定從某一面穿入的磁通量為正值時，則從另一面穿入的就為負值，然后依據(jù)求代數(shù)和的方法求出磁通量的變更(磁通量是有正、負的標量)．(3)精確地把初、末狀態(tài)的磁通量表示出來是解題的關鍵．eq\O([跟進訓練])1．如圖所示，通過恒定電流的導線MN與閉合線框共面，第一次將線框由1平移到2，其次次將線框由1繞cd邊翻轉到2，設先后兩次通過線框的磁通量變更量分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則()A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1<ΔΦ2C．ΔΦ1＝ΔΦ2 D．無法確定B[設線框在位置1時的磁通量為Φ1，在位置2時的磁通量為Φ2，直線電流產(chǎn)生的磁場在1處比在2處要強，若平移線框，則ΔΦ1＝Φ1－Φ2，若轉動線框，磁感線是分別從線框的正反兩面穿過的，一正一負，因此ΔΦ2＝Φ1＋Φ2.依據(jù)分析知：ΔΦ1<ΔΦ2，選項B正確．]感應電流是否產(chǎn)生的推斷1.感應電流產(chǎn)生的必要條件是穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變更，所以推斷感應電流有無時必需明確以下兩點：(1)明確電路是否為閉合電路．(2)推斷穿過回路的磁通量是否發(fā)生變更．2．推斷穿過閉合導體回路的磁通量是否變更時，可充分利用磁感線來進行定性推斷．即通過視察穿過閉合導體回路的磁感線的條數(shù)是否變更推斷某過程中磁通量是否變更．【例2】如圖所示，矩形線框abcd由靜止起先運動，若要使線框中產(chǎn)生感應電流且磁通量漸漸變大，則線框的運動狀況應當是()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：解答本題時應把握以下兩點：(1)產(chǎn)生感應電流的條件是穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變更．(2)推斷線框做各種運動時穿過線框的磁通量的變更趨勢．A[選項A和D所描述的狀況，線框在磁場中的有效面積S均發(fā)生變更(A狀況下S增大，D狀況下S變小)，穿過線框的磁通量均變更，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所描述的狀況中，線框中的磁通量均不變更，不會產(chǎn)生感應電流．]上例中，若將線框abcd放在如圖位置，則線框上下、左右振動時，是否產(chǎn)生感應電流？提示：上下、左右振動時，都產(chǎn)生感應電流．1假如電路不閉合，即使磁通量發(fā)生變更也不會產(chǎn)生感應電流.2磁通量發(fā)生變更，其內涵主要體現(xiàn)在“變更”上.比如穿過電路的磁通量很大，若不變更，也不會產(chǎn)生感應電流.eq\O([跟進訓練])2．如圖所示，在豎直向下的勻強磁場中，有一閉合導體環(huán)，環(huán)面與磁場垂直．當導體環(huán)在磁場中完成下述運動時，可能產(chǎn)生感應電流的是()A．導體環(huán)保持水平且在磁場中向上或向下運動B．導體環(huán)保持水平向左或向右加速平動C．導體環(huán)以垂直環(huán)面、通過環(huán)心的軸轉動D．導體環(huán)以一條直徑為軸，在磁場中轉動D[只要導體環(huán)保持水平，無論它如何運動，穿過環(huán)的磁通量都不變，都不會產(chǎn)生感應電流，只有導體環(huán)繞通過直徑的軸在磁場中轉動時，穿過環(huán)的磁通量變更，才會產(chǎn)生感應電流，D項正確．]1．[物理觀念]感應電流，磁通量及其變更，“磁生電”．2．[科學探究]了解探究感應電流產(chǎn)生條件的試驗方法．3．[科學探究]經(jīng)驗探究過程，綜合信息得出感應電流產(chǎn)生的條件．4．[科學思維]從有序設計的系列遞進試驗，用歸納思想得出產(chǎn)生感應電流的一般性條件，并會推斷分析詳細實例．5．[科學看法與責任]了解人類探究電磁感應現(xiàn)象的過程，體會并培育探究自然規(guī)律的科學看法和科學精神．1．關于磁通量的概念，以下說法中正確的是()A．磁感應強度越大，穿過閉合回路的磁通量也越大B．磁感應強度越大，線圈面積越大，則磁通量也越大C．穿過線圈的磁通量為零，但磁感應強度不肯定為零D．磁通量發(fā)生變更，肯定是磁場發(fā)生變更引起的C[穿過閉合回路的磁通量大小取決于磁感應強度、回路所圍面積以及兩者夾角三個因素，所以只了解其中一個或兩個因素無法確定磁通量的變更狀況，A、B項錯誤；同樣由磁通量的特點，也無法推斷其中一個因素的狀況，C項正確，D項錯誤．]2．關于產(chǎn)生感應電流的條件，下列說法正確的是()A．位于磁場中的閉合線圈肯定會產(chǎn)生感應電流B．閉合線圈平行磁感線運動時，線圈中肯定產(chǎn)生感應電流C．穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生變更時，肯定產(chǎn)生感應電流D．閉合線圈垂直磁感線運動時，線圈中肯定產(chǎn)生感應電流C[位于磁場中的閉合線圈，只有磁通量發(fā)生變更，才肯定會產(chǎn)生感應電流，故A錯誤；閉合線圈平行磁感線運動時，閉合電路中磁通量沒有變更，則閉合電路中就沒有感應電流，故B錯誤；穿過閉合電路的磁感線的條數(shù)發(fā)生變更，磁通量肯定發(fā)生變更，則閉合電路中就有感應電流，故C正確；緊緊圍繞感應電流產(chǎn)生的條件：閉合電路，磁通量發(fā)生變更；導體切割磁感線，磁通量不肯定發(fā)生變更，故D錯誤．]3．如圖所示，a、b是兩個同平面、同心放置的金屬圓環(huán)，條形磁鐵穿過圓環(huán)中心且與兩環(huán)平面垂直，則穿過兩圓環(huán)的磁通量Φa、Φb的大小關系為()A．Φa>Φb B．Φa<ΦbC．Φa＝Φb D．不能比較A[條形磁鐵磁場的磁感線的分布特點是：①磁鐵內、外磁感線的條數(shù)相同；②磁鐵內、外磁感線的方向相反；③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)與條形磁鐵垂直且條形磁鐵在圓環(huán)內時，通過圓環(huán)的磁感線的俯視圖如圖所示，穿過圓環(huán)的磁通量Φ＝Φ進－Φ出，由于兩圓環(huán)面積Sa<Sb，兩圓環(huán)的Φ進相同，而Φ出a<Φ出b，所以穿過兩圓環(huán)的磁通量Φa>Φb，故A正確．]4．(多選)如圖所示，下列狀況能產(chǎn)生感應電流的是()A．如圖甲所示，導體棒AB順著磁感線運動B．如圖乙所示，條形磁鐵插入或拔出線圈時C．如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關S一干脆通時D．如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開