2024-2025學(xué)年新教材高中物理第5章初識電磁場與電磁波第2節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象及其應(yīng)用學(xué)案魯科版第三冊

PAGE10-第2節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象及其應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.[物理觀念]知道磁通量的概念、電磁感應(yīng)現(xiàn)象及產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，能說明電磁感應(yīng)的相關(guān)現(xiàn)象。2.[科學(xué)思維]理解磁通量的概念并會相關(guān)計算，理解產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，能處理相關(guān)的問題。3.[科學(xué)探究]通過試驗探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，學(xué)會歸納總結(jié)法，能與他人溝通合作完成試驗。4.[科學(xué)看法與責(zé)任]體會電磁技術(shù)應(yīng)用對人類生活和社會發(fā)展帶來的影響，體驗人類對自然界的相識是不斷發(fā)展的，培育學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的主動看法。一、磁通量1．磁通量(1)定義：磁感應(yīng)強度B與面積S的乘積，稱為穿過這個平面的磁通量。(2)計算公式：Φ＝BS，此公式的適用條件：①勻強磁場；②磁感線與平面垂直。(3)單位：在國際制單位制中是韋伯，簡稱韋，符號是Wb,1Wb＝1T·m2。(4)磁通量是一個只用大小就能描述的物理量，是標(biāo)量。2．磁通密度磁感應(yīng)強度又稱磁通密度，B＝eq\f(Φ,Sn)，其中Sn為垂直于磁場方向的面積，表示磁感應(yīng)強度在數(shù)值上等于穿過垂直磁感線的單位面積的磁通量。說明：磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)，正、負(fù)號表示磁感線穿過同一個面的方向不同二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象1．電磁感應(yīng)現(xiàn)象：因閉合回路的磁通量變更而產(chǎn)生電流的現(xiàn)象稱為電磁感應(yīng)。2．感應(yīng)電流：由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流稱為感應(yīng)電流。留意：電磁感應(yīng)只指“磁生電”，不指“電生磁”三、電磁感應(yīng)的應(yīng)用1．計算機磁盤與磁記錄計算機磁盤在錄制時，磁頭產(chǎn)生的磁場隨數(shù)字信息而變更，當(dāng)磁性盤片轉(zhuǎn)動時，變更的磁場將磁盤上的磁性材料磁化，就記錄下相應(yīng)的磁信號。讀取信息時，磁盤再次通過磁頭，電磁感應(yīng)使磁頭產(chǎn)生的電流與錄制時的電流一樣，從而獲得錄制的信息。2．無線充電無線充電時，充電座和手機分別內(nèi)置線圈，當(dāng)手機放在充電座上時，充電座的線圈產(chǎn)生變更磁場，使手機的線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流經(jīng)轉(zhuǎn)換變?yōu)橹绷麟姾蟊隳芙o手機電池充電了。3．動圈式話筒話筒是把聲音轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕难b置，動圈式話筒由膜片、線圈、永磁體等構(gòu)成。當(dāng)人對著話筒講話時，聲波使金屬膜片振動，連接在膜片上的線圈(音圈)隨之在永磁鐵的磁場里振動，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的大小和方向不斷發(fā)生變更，這種帶有聲音信號的感應(yīng)電流經(jīng)擴音器放大后，揚聲器就能放出被放大的聲音了。說明：動圈式話筒里講話時線圈振動使磁通量發(fā)生變更，產(chǎn)生感應(yīng)電流。1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)磁通量不僅有大小而且有方向，所以是矢量。 (×)(2)穿過某一面積的磁通量為零，該處磁感應(yīng)強度不肯定為零。 (√)(3)磁只能用來記錄聲音和影像。 (×)(4)只要閉合電路內(nèi)有磁通量，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。 (×)2．下列關(guān)于磁通量的說法正確的是()A．磁通量不僅有大小，而且有正負(fù)，所以磁通量是矢量B．磁通量大的地方，磁場肯定強C．穿過某面的磁感線條數(shù)越多，磁通密度越大D．某截面的面積發(fā)生變更，磁通量可能不變D[磁通量雖然有正負(fù)之分，但正負(fù)不表示方向，其運算不符合平行四邊形定則，故磁通量是標(biāo)量，A錯誤；穿過某面的磁感線條數(shù)越多，磁通量越大，但磁通量與磁感應(yīng)強度、平面的面積和磁場與平面的夾角都有關(guān)系，所以磁場越強，磁通密度不肯定越大，B、C錯誤；截面的面積發(fā)生變更，若磁感應(yīng)強度和磁場與面的夾角也發(fā)生變更，磁通量可能不變，D正確。]3．(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(guān)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，開關(guān)S一干脆通，當(dāng)變更滑動變阻器的阻值時BD[A中導(dǎo)體棒順著磁感線運動，穿過閉合電路的磁通量沒有發(fā)生變更，無感應(yīng)電流，故選項A錯誤；B中條形磁鐵插入線圈時線圈中的磁通量增加，拔出線圈時線圈中的磁通量削減，都有感應(yīng)電流，故選項B正確；C中開關(guān)S一干脆通，回路中為恒定電流，螺線管A產(chǎn)生的磁場恒定，螺線管B中的磁通量無變更，線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故選項C錯誤；D中開關(guān)S接通，滑動變阻器的阻值變更使閉合回路中的電流變更，螺線管A的磁場發(fā)生變更，螺線管B中磁通量發(fā)生變更，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，故選項D正確。]磁通量的理解與計算磁感應(yīng)強度越大的地方，磁通量肯定越大嗎？提示：不是。由Φ＝BScosα知，磁通量大小與B、S、及夾角都有關(guān)。1．對磁通量Φ的進(jìn)一步分析(1)磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)。當(dāng)磁感線從某一平面穿入時，若規(guī)定磁通量為正值，則穿出此平面時為負(fù)值。(2)磁通量是表示穿過某平面的磁感線條數(shù)的多少，在今后的應(yīng)用中往往依據(jù)穿過平面的凈磁感線條數(shù)的多少定性推斷穿過該面的磁通量的大小。(3)B是勻強磁場的磁感應(yīng)強度，S為某一平面的面積，α為S與垂直于B的平面的夾角，則當(dāng)α＝0°時Φmax＝BS；當(dāng)α＝90°時，Φ＝0；當(dāng)0°＜α＜90°時，有Φ＝BScosα。2．磁通量的變更量ΔΦ磁通量的變更等于末狀態(tài)的磁通量減去初狀態(tài)的磁通量的肯定值。磁通量的變更一般有三種狀況(S為平面在垂直磁場方向的投影面積)：(1)B不變，S變更，則ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|B·ΔS|。(2)B變更，S不變，則ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|ΔB·S|。(3)當(dāng)B和S同時變更時，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|，但ΔΦ≠ΔB·ΔS?！纠?】如圖所示，有一個垂直紙面對里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小B0＝0.8T，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為1.0cm，現(xiàn)在紙面內(nèi)先后放上圓線圈A、B、C，圓心均在O處，A線圈半徑為1.0cm,10匝；B線圈半徑為2.0cm,1匝；C線圈半徑為0.5cm,1匝。問：(取π＝3.14，eq\r(3)＝1.732)(1)在B0減為0.4T的過程中，A和B中磁通量各變更多少？(2)在磁場方向轉(zhuǎn)過30°角的過程中，C中的磁通量變更多少？(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)思路點撥：(1)磁通量的計算要留意公式Φ＝B·S中各符號的意義。(2)磁通量變更的計算可用公式ΔΦ＝|Φ2－Φ1|。[解析](1)A線圈半徑為1.0cm，正好和圓形磁場區(qū)域的半徑相等，而B線圈半徑為2.0cm，大于圓形磁場區(qū)域的半徑，故穿過A、B線圈的磁感線的條數(shù)相等。設(shè)圓形磁場區(qū)域的半徑為R，對線圈A、B，磁通量的變更量ΔΦA(chǔ)＝ΔΦB＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2Wb＝1.256×10－4Wb。(2)題圖中線圈平面與磁場方向垂直，即磁場方向與線圈平面之間夾角為θ1＝90°，當(dāng)磁場方向轉(zhuǎn)過30°角時，磁場方向與線圈平面之間的夾角為θ2＝60°。對線圈C：Φ′1＝B0πr2sinθ1，Φ′2＝B0πr2sinθ2磁通量的變更量ΔΦ＝|Φ′2－Φ′1|＝B0πr2(sin90°－sin60°)＝0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866)Wb＝8.4×10－6Wb。[答案](1)1.256×10－4Wb(2)8.4×10－6Wb磁通量Φ＝BS的計算要留意以下兩點(1)S是指閉合回路中的有效面積。如圖所示。若閉合回路abcd和ABCD所在平面均與勻強磁場B垂直，面積分別為S1和S2，且S1＞S2，但磁場區(qū)域恰好只有ABCD那么大，則穿過S1和S2的磁通量是相同的，因此，Φ＝BS中的S應(yīng)是指閉合回路中包含磁場的那部分有效面積。(2)磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān)，也就是磁通量大小不受線圈匝數(shù)的影響，同理，磁通量的變更量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受線圈匝數(shù)的影響。所以，干脆用公式時，不必考慮線圈匝數(shù)n。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])1．關(guān)于磁通量，下列說法中正確的是()A．磁場中某處的磁感應(yīng)強度越大，面積越大，則穿過線圈的磁通量肯定就越大B．放在某處的一個平面，穿過它的磁通量為零，則該處磁感應(yīng)強度肯定為零C．磁通量的變更不肯定是由于磁場的變更而引起的D．磁場中某處的磁感應(yīng)強度不變，放在該處線圈的面積也不變，則磁通量肯定不變C[磁通量的大小與磁感應(yīng)強度的大小、面積的大小以及磁場和平面的夾角有關(guān)，所以A、B、D錯誤，C正確。]2．磁通量是探討電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重要物理量，如圖所示，通有恒定電流的導(dǎo)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，其次次將線框繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2，設(shè)先后兩次通過線框的磁通量變更量的大小分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則()A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．無法確定C[設(shè)閉合線框在位置1時穿過閉合線框的磁通量為Φ1，平移到位置2時穿過閉合線框的磁通量為Φ2，導(dǎo)線MN中的電流產(chǎn)生的磁場在位置1處的磁感應(yīng)強度比在位置2處要強，故Φ1>Φ2。將閉合線框從位置1平移到位置2，穿過閉合線框的磁感線方向不變，所以ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；將閉合線框從位置1繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2，穿過閉合線框的磁感線反向，所以ΔФ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2(以原來磁感線穿過的方向為正方向，則后來從另一面穿過的方向為負(fù)方向)，故正確選項為C。]科學(xué)探究：產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件摸索究：(1)只要穿過電路的磁通量發(fā)生變更，電路中就肯定有感應(yīng)電流嗎？(2)某一時刻穿過閉合回路的磁通量為零時，回路肯定無感應(yīng)電流對嗎？提示：(1)不是，還必需是組成閉合電路(2)不肯定，假如穿過閉合回路的磁通量正在變更，只是某一時刻磁通量為零，則回路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流。1．試驗探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件(1)閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線在初中學(xué)過，當(dāng)閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運動時，電路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流，如圖所示。導(dǎo)體棒左右平動、前后平動、上下平動，視察電流計的指針，把視察到的現(xiàn)象記錄在表1中。表1導(dǎo)體棒的運動表針的搖擺方向?qū)w棒的運動表針的搖擺方向向右平動向左向后平動不搖擺向左平動向右向上平動不搖擺向前平動不搖擺向下平動不搖擺結(jié)論：只有左右平動時，導(dǎo)體棒切割磁感線，才有感應(yīng)電流產(chǎn)生；前后平動、上下平動，導(dǎo)體棒都不切割磁感線，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。(2)向線圈中插入磁鐵，把磁鐵從線圈中拔出如圖所示，把磁鐵的某一個磁極向線圈中插入，或從線圈中抽出，或靜止地放在線圈中。視察電流計的指針，把視察到的現(xiàn)象記錄在表2中。表2磁鐵的運動表針的搖擺方向磁鐵的運動表針的搖擺方向N極插入線圈向右S極插入線圈向左N極停在線圈中不搖擺S極停在線圈中不搖擺N極從線圈中抽出向左S極從線圈中抽出向右結(jié)論：只有磁鐵相對線圈運動時，才有感應(yīng)電流產(chǎn)生；磁鐵相對線圈靜止時，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生。(3)模擬法拉第的試驗如圖所示，線圈A通過滑動變阻器和開關(guān)連接到電源上，線圈B的兩端與電流計連接，把線圈A裝在線圈B的里面。視察以下四項操作中線圈B中是否有電流產(chǎn)生。把視察到的現(xiàn)象記錄在表3中。表3操作現(xiàn)象開關(guān)閉合瞬間有電流產(chǎn)生開關(guān)斷開瞬間有電流產(chǎn)生開關(guān)閉合時，滑動變阻器的滑片不動無電流產(chǎn)生開關(guān)閉合時，快速移動滑動變阻器的滑片有電流產(chǎn)生結(jié)論：只有當(dāng)線圈A中電流變更時，線圈B中才有感應(yīng)電流產(chǎn)生。2.結(jié)論不論用什么方法，不論何種緣由，只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變更，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。3．產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件(1)閉合電路；(2)磁通量發(fā)生變更。【例2】線圈在長直導(dǎo)線電流的磁場中做如圖所示的運動：A向右平動，B向下平動，C繞軸轉(zhuǎn)動(ad邊向里)，D垂直于紙面對紙外做平動，E向上平動(E線圈有個缺口)，推斷線圈中有沒有感應(yīng)電流。ABCDE[解析]在直導(dǎo)線電流磁場中的五個線圈，原來磁通量都是垂直紙面對里的。對直線電流來說，離電流越遠(yuǎn)，磁場就越弱。A向右平動，穿過線圈的磁通量沒有變更，故線圈中沒有感應(yīng)電流。B向下平動，穿過線圈的磁通量削減，必產(chǎn)生感應(yīng)電流。C繞軸轉(zhuǎn)動，穿過線圈的磁通量變更(起先時削減)，必產(chǎn)生感應(yīng)電流。D離紙面越遠(yuǎn)，線圈中磁通量越少，線圈中有感應(yīng)電流。E向上平動，穿過線圈的磁通量增加，但由于線圈沒有閉合，因此無感應(yīng)電流。[答案]A、E中無感應(yīng)電流；B、C、D中有感應(yīng)電流推斷是否產(chǎn)生感應(yīng)電流的關(guān)鍵是明確電路是否閉合，分清磁感線的疏密分布，從而推斷磁通量是否變更，而不是看磁通量的有無。eq\o([跟進(jìn)訓(xùn)練])3．下圖中能在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()B[A選項中，電路沒有閉合，無感應(yīng)電流；B選項中，面積增大，通過閉合電路的磁通量增大，有感應(yīng)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(yīng)電流；D選項中，磁通量不發(fā)生變更，無感應(yīng)電流，B符合題意。]4．(多選)如圖所示，在勻強磁場中有兩條平行的金屬導(dǎo)軌，磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直。導(dǎo)軌上有兩條可沿導(dǎo)軌自由移動的金屬棒ab、cd，與導(dǎo)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(yīng)電流產(chǎn)生，則可能()A．v1＞v2 B．v1＜v2C．v1＝v2 D．無法確定AB[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)生變更，閉合回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。故選項A、B正確。]1．物理觀念：磁通量、電磁感應(yīng)、感應(yīng)電流。2．科學(xué)思維：磁通量的理解與計算，產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件的探究與應(yīng)用。3．科學(xué)方法：試驗法、限制變量法、歸納法等。1．(多選)下列說法正確的是()A．通過某平面的磁感線條數(shù)為零，則此平面處的磁感應(yīng)強度肯定為零B．空間某點磁感應(yīng)強度的方向就是該點的磁場方向C．凡是磁感應(yīng)強度大小到處相等的磁場就是勻強磁場D．磁感應(yīng)強度為零，則通過放在該處的某平面的磁感線條數(shù)肯定為零BD[磁感應(yīng)強度反映磁場的強弱和方向，它的方向就是該處磁場的方向，故B項正確；磁感應(yīng)強度為零，放在該處的某平面無磁感線穿過，故D項正確；若某平面無磁感線穿過，可能磁場很強，只是平面平行于磁場放置而導(dǎo)致磁感線穿過該平面的條數(shù)為零，所以A項錯誤；磁感應(yīng)強度是矢量，既有大小又有方向，只有磁感應(yīng)強度大小和方向到處相同的磁場才是勻強磁場，C項錯誤。]2．如圖所示的磁場中垂直磁場放置兩個面積相同的閉合線圈S1(左)、S2(右)，由圖可知穿過線圈S1、S2的磁通量大小關(guān)系正確的是()A．穿過線圈S1的磁通量比較大B．穿過線圈S2的磁通量比較大C．穿過線圈S1、S2的磁通量一樣大D．不能比較A[穿過線圈S1的磁感線條數(shù)多，故穿過線圈S1的磁通量比較大，A正確。]3．如圖所示，矩形線框abcd放置在水平面內(nèi)，磁場方向與水平方向成α角，已知sinα＝eq\f(4,5)，回路面積為S，磁感應(yīng)強度為B，則通過線框的磁通量為()A．BS B.eq\f(4,5)BSC.eq\f(3,5)BS D.eq\f(3,4)BSB[依據(jù)磁通量的定義可得通過線框的磁通量Φ＝BSsinα，代入解得Φ＝eq\f(4,5)BS，所以B選項正確。]4．如圖所示，用導(dǎo)線做成圓形或正方形回路，這些回路與始終導(dǎo)線構(gòu)成幾種位置組合(彼此絕緣)，下列組合中，切斷直導(dǎo)線中的電流時，閉合回路中會有感應(yīng)電流產(chǎn)生的是()eq\o(\s\up(導(dǎo)線與線圈共面，,O為線圈圓心