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

PAGE9-1劃時(shí)代的發(fā)覺2探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.[物理觀念]了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象及相關(guān)的物理學(xué)史．2.[科學(xué)探究]通過試驗(yàn)探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件．(重點(diǎn)、難點(diǎn))3.[物理觀念]能正確分析磁通量的變更狀況．(重點(diǎn))4.[科學(xué)思維]能運(yùn)用感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件推斷是否有感應(yīng)電流產(chǎn)生．(重點(diǎn)、難點(diǎn))一、劃時(shí)代的發(fā)覺1．奧斯特夢圓“電生磁”：1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)覺了電流的磁效應(yīng)．2．法拉第心系“磁生電”：1831年，英國物理學(xué)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(yīng)，產(chǎn)生的電流叫作感應(yīng)電流．3．法拉第對引起感應(yīng)電流的緣由的五類概括：二、探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件1．探究導(dǎo)體棒在磁場中運(yùn)動(dòng)是否產(chǎn)生電流(如圖所示)：試驗(yàn)操作試驗(yàn)現(xiàn)象(有無電流)試驗(yàn)結(jié)論導(dǎo)體棒靜止無閉合回路包圍的面積A時(shí)，回路中有感應(yīng)電流；包圍的面積B時(shí)，回路中無感應(yīng)電流(A.變更B.不變)導(dǎo)體棒平行磁感線運(yùn)動(dòng)無導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動(dòng)有2.探究磁鐵在通電螺線管中運(yùn)動(dòng)是否產(chǎn)生電流(如圖所示)：試驗(yàn)操作試驗(yàn)現(xiàn)象(有無電流)試驗(yàn)結(jié)論N(或S)極插入線圈有線圈中的磁場A時(shí)，線圈中有感應(yīng)電流；線圈中的磁場B時(shí)，線圈中無感應(yīng)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(yàn)(如圖所示)：試驗(yàn)操作試驗(yàn)現(xiàn)象(線圈B中有無電流)試驗(yàn)結(jié)論開關(guān)閉合瞬間有線圈B中磁場A時(shí)，線圈B中有感應(yīng)電流；線圈B中磁場B時(shí)，線圈B中無感應(yīng)電流(A.變更B．不變)開關(guān)斷開瞬間有開關(guān)保持閉合，滑動(dòng)變阻器滑片不動(dòng)無開關(guān)保持閉合，快速移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片有4.感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：只要穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變更，閉合導(dǎo)體回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流．1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)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(yīng)電流． (√)2．首先發(fā)覺電流的磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象的物理學(xué)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(xué)家奧斯特發(fā)覺了電流的磁效應(yīng)，1831年，英國物理學(xué)家法拉第發(fā)覺了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，選項(xiàng)D正確．]3．下列選項(xiàng)中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()ABCDB[A項(xiàng)中線圈沒有閉合，不能構(gòu)成閉合回路，無感應(yīng)電流產(chǎn)生，C項(xiàng)中穿過閉合線圈的磁通量始終為零，不發(fā)生變更，D項(xiàng)中，閉合線圈在勻強(qiáng)磁場中平動(dòng)，穿過線圈的磁通量不變更，故A、C、D錯(cuò)誤；B項(xiàng)中，閉合回路的面積增大，穿過回路的磁通量增大，有感應(yīng)電流產(chǎn)生，故B正確．]磁通量Φ及其變更量ΔΦ的理解與計(jì)算1.對磁通量的三點(diǎn)理解(1)磁通量是標(biāo)量，但是有正負(fù)．磁通量的正負(fù)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(gè)面的磁通量為負(fù)．(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(guān)．2．勻強(qiáng)磁場中磁通量的計(jì)算(1)B與S垂直時(shí)：Φ＝BS.B指勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，S為線圈的面積．(2)B與S不垂直時(shí)：Φ＝BS⊥.S⊥為線圈在垂直磁場方向上的有效面積，在應(yīng)用時(shí)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(jì)算當(dāng)B與S垂直時(shí)，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(shí)變更，則ΔΦ＝B2S2－B1S1.【例1】如圖所示，有一垂直紙面對里的勻強(qiáng)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(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(zhuǎn)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(zhuǎn)過180°角的過程中，線圈C中的磁通量變更了多少？思路點(diǎn)撥：解答本題應(yīng)把握以下三點(diǎn)：(1)磁通量與線圈匝數(shù)無關(guān)．(2)當(dāng)線圈平面與磁場不垂直時(shí)，應(yīng)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(shí)，Φ為負(fù)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(dāng)磁場轉(zhuǎn)過30°時(shí)，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(zhuǎn)過180°后，磁感線從另一側(cè)穿過線圈，若取Φ1為正，則Φ2為負(fù)，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(shí)，要留意磁感線是從平面的哪一面穿入的．(2)當(dāng)規(guī)定從某一面穿入的磁通量為正值時(shí)，則從另一面穿入的就為負(fù)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(fù)的標(biāo)量)．(3)精確地把初、末狀態(tài)的磁通量表示出來是解題的關(guān)鍵．eq\O([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．如圖所示，通過恒定電流的導(dǎo)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(zhuǎn)到2，設(shè)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(shè)線框在位置1時(shí)的磁通量為Φ1，在位置2時(shí)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(qiáng)，若平移線框，則ΔΦ1＝Φ1－Φ2，若轉(zhuǎn)動(dòng)線框，磁感線是分別從線框的正反兩面穿過的，一正一負(fù)，因此ΔΦ2＝Φ1＋Φ2.依據(jù)分析知：ΔΦ1<ΔΦ2，選項(xiàng)B正確．]感應(yīng)電流是否產(chǎn)生的推斷1.感應(yīng)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(yīng)電流有無時(shí)必需明確以下兩點(diǎn)：(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(dǎo)體回路的磁通量是否變更時(shí)，可充分利用磁感線來進(jìn)行定性推斷．即通過視察穿過閉合導(dǎo)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(yùn)動(dòng)，若要使線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流且磁通量漸漸變大，則線框的運(yùn)動(dòng)狀況應(yīng)當(dāng)是()A．向右平動(dòng)(ad邊還沒有進(jìn)入磁場)B．向上平動(dòng)(ab邊還沒有離開磁場)C．以bc邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)(ad邊還沒有轉(zhuǎn)入磁場)D．以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)(轉(zhuǎn)角不超過90°)思路點(diǎn)撥：解答本題時(shí)應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)產(chǎn)生感應(yīng)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(yùn)動(dòng)時(shí)穿過線框的磁通量的變更趨勢．A[選項(xiàng)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(yīng)電流的條件知線框中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流．而選項(xiàng)B、C所描述的狀況中，線框中的磁通量均不變更，不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)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(dòng)時(shí)，是否產(chǎn)生感應(yīng)電流？提示：上下、左右振動(dòng)時(shí)，都產(chǎn)生感應(yīng)電流．1假如電路不閉合，即使磁通量發(fā)生變更也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.2磁通量發(fā)生變更，其內(nèi)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(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流.eq\O([跟進(jìn)訓(xùn)練])2．如圖所示，在豎直向下的勻強(qiáng)磁場中，有一閉合導(dǎo)體環(huán)，環(huán)面與磁場垂直．當(dāng)導(dǎo)體環(huán)在磁場中完成下述運(yùn)動(dòng)時(shí)，可能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()A．導(dǎo)體環(huán)保持水平且在磁場中向上或向下運(yùn)動(dòng)B．導(dǎo)體環(huán)保持水平向左或向右加速平動(dòng)C．導(dǎo)體環(huán)以垂直環(huán)面、通過環(huán)心的軸轉(zhuǎn)動(dòng)D．導(dǎo)體環(huán)以一條直徑為軸，在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)D[只要導(dǎo)體環(huán)保持水平，無論它如何運(yùn)動(dòng)，穿過環(huán)的磁通量都不變，都不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，只有導(dǎo)體環(huán)繞通過直徑的軸在磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過環(huán)的磁通量變更，才會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，D項(xiàng)正確．]1．[物理觀念]感應(yīng)電流，磁通量及其變更，“磁生電”．2．[科學(xué)探究]了解探究感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的試驗(yàn)方法．3．[科學(xué)探究]經(jīng)驗(yàn)探究過程，綜合信息得出感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件．4．[科學(xué)思維]從有序設(shè)計(jì)的系列遞進(jìn)試驗(yàn)，用歸納思想得出產(chǎn)生感應(yīng)電流的一般性條件，并會(huì)推斷分析詳細(xì)實(shí)例．5．[科學(xué)看法與責(zé)任]了解人類探究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的過程，體會(huì)并培育探究自然規(guī)律的科學(xué)看法和科學(xué)精神．1．關(guān)于磁通量的概念，以下說法中正確的是()A．磁感應(yīng)強(qiáng)度越大，穿過閉合回路的磁通量也越大B．磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)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(yīng)強(qiáng)度、回路所圍面積以及兩者夾角三個(gè)因素，所以只了解其中一個(gè)或兩個(gè)因素?zé)o法確定磁通量的變更狀況，A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；同樣由磁通量的特點(diǎn)，也無法推斷其中一個(gè)因素的狀況，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯(cuò)誤．]2．關(guān)于產(chǎn)生感應(yīng)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(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流B．閉合線圈平行磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中肯定產(chǎn)生感應(yīng)電流C．穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生變更時(shí)，肯定產(chǎn)生感應(yīng)電流D．閉合線圈垂直磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈中肯定產(chǎn)生感應(yīng)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(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A錯(cuò)誤；閉合線圈平行磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，閉合電路中磁通量沒有變更，則閉合電路中就沒有感應(yīng)電流，故B錯(cuò)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(yīng)電流，故C正確；緊緊圍繞感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：閉合電路，磁通量發(fā)生變更；導(dǎo)體切割磁感線，磁通量不肯定發(fā)生變更，故D錯(cuò)誤．]3．如圖所示，a、b是兩個(gè)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(guān)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(diǎn)是：①磁鐵內(nèi)、外磁感線的條數(shù)相同；②磁鐵內(nèi)、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(gè)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(nèi)時(shí)，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(jìn)－Φ出，由于兩圓環(huán)面積Sa<Sb，兩圓環(huán)的Φ進(jìn)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(yīng)電流的是()A．如圖甲所示，導(dǎo)體棒AB順著磁感線運(yùn)動(dòng)B．如圖乙所示，條形磁鐵插入或拔出線圈時(shí)C．如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動(dòng)，開關(guān)S一干脆通時(shí)D．如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動(dòng)，開