2024-2025學(xué)年高中物理第1章電磁感應(yīng)第1節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象第2節(jié)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件學(xué)案粵教版選修3-2

PAGE8-第一節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象其次節(jié)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象及相關(guān)的物理學(xué)史.2.通過試驗探究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件．(重點、難點)3.能正確分析磁通量的變更狀況．(重點)4.能運用感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件推斷是否有感應(yīng)電流產(chǎn)生．(重點、難點)一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象1．“電生磁”的發(fā)覺1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)覺了電流的磁效應(yīng)．2．“磁生電”的發(fā)覺1831年，英國物理學(xué)家法拉第發(fā)覺了電磁感應(yīng)現(xiàn)象．3．法拉第的概括法拉第把引起感應(yīng)電流的緣由概括為五類：(1)變更著的電流；(2)變更著的磁場；(3)運動的恒定電流；(4)運動的磁鐵；(5)在磁場中運動的導(dǎo)體．4．電磁感應(yīng)現(xiàn)象法拉第把他發(fā)覺的磁生電的現(xiàn)象叫作電磁感應(yīng)現(xiàn)象，產(chǎn)生的電流叫作感應(yīng)電流．5．發(fā)覺電磁感應(yīng)現(xiàn)象的意義使人們找到了磁生電的條件，開拓了人類的電氣化時代．二、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件1．利用導(dǎo)體棒在磁場中運動探究(如圖所示)試驗操作試驗現(xiàn)象(有無電流)試驗探究結(jié)論導(dǎo)體棒靜止無閉合電路包圍的面積變更時，電路中有電流產(chǎn)生；包圍的面積不變時，電路中無電流產(chǎn)生導(dǎo)體棒平行磁感線運動無導(dǎo)體棒切割磁感線運動有2.利用條形磁鐵在螺線管中運動探究(如圖所示)試驗操作試驗現(xiàn)象(有無電流)試驗探究結(jié)論N極插入線圈有線圈中的磁場變更時，線圈中有感應(yīng)電流；線圈中的磁場不變時，線圈中無感應(yīng)電流N極停在線圈中無N極從線圈中抽出有S極插入線圈有S極停在線圈中無S極從線圈中抽出有3.利用通電螺線管的磁場探究(如圖所示)試驗操作試驗現(xiàn)象(線圈B中有無電流)試驗探究結(jié)論開關(guān)閉合瞬間有線圈B中磁場變更時，線圈B中有感應(yīng)電流；磁場不變時，線圈B中無感應(yīng)電流開關(guān)斷開瞬間有開關(guān)保持閉合，滑動變阻器的滑片不動無開關(guān)保持閉合，快速移動滑動變阻器的滑片有4.感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件不論何種緣由，只要使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．1．思索推斷(正確的打“√”，錯誤的打“×”)(1)首先發(fā)覺電磁感應(yīng)現(xiàn)象的科學(xué)家是奧斯特．(×)(2)只要閉合線圈內(nèi)有磁通量，閉合線圈就有感應(yīng)電流產(chǎn)生．(×)(3)閉合線圈內(nèi)有磁場，就有感應(yīng)電流．(×)(4)只要磁通量發(fā)生變更，線圈中肯定有感應(yīng)電流．(×)(5)穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生變更，線圈中肯定會有感應(yīng)電流．(√)2．下列試驗現(xiàn)象，屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是()A.導(dǎo)線通電后，其下方的小磁針偏轉(zhuǎn)B.通電導(dǎo)線AB在磁場中運動C.eq\O(\A\AL(金屬桿AB切割磁感線時，,電流表指針偏轉(zhuǎn)))D.通電線圈在磁場中轉(zhuǎn)動C[小磁針在磁場作用下運動，說明白電流的磁效應(yīng)，故A錯誤；通電導(dǎo)線在磁場中受到磁場力而運動，說明磁場對通電導(dǎo)線有力的作用，由圖示可知，B、D只能說明磁場對通電導(dǎo)線有力的作用，故B、D錯誤；導(dǎo)體棒切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，由圖示可知，C是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，故C正確．]3．(多選)下列狀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(yīng)電流的是()ABCDBC[A中雖然導(dǎo)體“切割”了磁感線，但穿過閉合線框的磁通量并沒有發(fā)生變更，沒有感應(yīng)電流．B中線框的一部分導(dǎo)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(yīng)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(yīng)電流．D中線框盡管是部分切割，但磁感線條數(shù)不變，無感應(yīng)電流，故選B、C.]磁通量及其變更量1．勻強磁場中磁通量的計算(1)B與S垂直時：Φ＝BS，B為勻強磁場的磁感應(yīng)強度，S為線圈的有效面積．(2)B與S不垂直時：Φ＝BS⊥，S⊥為線圈在垂直磁場方向上的投影面積，在應(yīng)用時可將S投影到與B垂直的方向上或者將B分解為垂直于S和平行于S的兩個重量，則Φ＝B⊥S，如圖所示，Φ＝BSsinθ.(3)實例：甲乙如圖甲所示，兩個環(huán)a和b，其面積Sa<Sb，則Φa>Φb.如圖乙所示，Φ＝BS中的S應(yīng)指閉合回路中處于磁場中的那部分有效面積S2.2．磁通量變更量的計算(1)磁感應(yīng)強度B變更，有效面積S不變，則ΔΦ＝ΔBS.(2)磁感應(yīng)強度B不變，有效面積S變更，則ΔΦ＝BΔS.(3)磁感應(yīng)強度B和有效面積S同時發(fā)生變更，則ΔΦ＝Φ2－Φ1.3．引起磁通量變更的緣由(1)面積S不變，磁感應(yīng)強度B發(fā)生變更，則磁通量Φ發(fā)生變更．(2)面積S變更，磁感應(yīng)強度B不發(fā)生變更，則磁通量Φ發(fā)生變更．(3)線圈平面和磁場方向的夾角發(fā)生變更，則磁通量Φ發(fā)生變更．【例1】如圖所示，有一個100匝的線圈，其橫截面是邊長為L＝0.20m的正方形，放在磁感應(yīng)強度為B＝0.50T的勻強磁場中，線圈平面與磁場垂直．若將這個線圈橫截面的形態(tài)由正方形變更成圓形(橫截面的周長不變)，在這一過程中穿過線圈的磁通量變更了多少？思路點撥：①利用正方形與圓形周長相等求出圓半徑．②利用Φ＝BS分別求正方形和圓形線圈的磁通量，再利用ΔΦ＝|Φ2－Φ1|計算．[解析]線圈橫截面為正方形時的面積S1＝L2＝(0.20)2m2＝4.0×10穿過線圈的磁通量Φ1＝BS1＝0.50×4.0×10－2Wb＝2.0×10－2Wb橫截面形態(tài)為圓形時，其半徑r＝eq\f(4L,2π)＝eq\f(2L,π)橫截面積大小S2＝πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2L,π)))2＝eq\f(4,25π)m2穿過線圈的磁通量Φ2＝BS2＝0.50×eq\f(4,25π)Wb≈2.55×10－2Wb所以，磁通量的變更ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0)×10－2Wb＝5.5×10－3Wb.[答案]5.5×10－3Wb公式Φ＝BS的計算要留意的兩個問題(1)S是指閉合回路途圈在垂直于磁場方向上的有效面積．(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，干脆用公式求Φ、ΔΦ時，不必考慮線圈匝數(shù)n.訓(xùn)練角度1：Φ和ΔΦ的定性分析1．如圖所示，套在條形磁鐵外的三個線圈，其面積S1>S2＝S3，且“3”線圈在磁鐵的正中間．設(shè)各線圈中的磁通量依次為Φ1、Φ2、Φ3，則它們的大小關(guān)系是()A．Φ1>Φ2>Φ3 B．Φ1>Φ2＝Φ3C．Φ1<Φ2<Φ3 D．Φ1<Φ2＝Φ3C[全部磁感線都會經(jīng)過磁體內(nèi)部，穿過線圈內(nèi)外的磁場方向相反，所以線圈面積越大則抵消的磁場越大，則Φ1<Φ2，線圈3在正中間，此處磁鐵外部磁場最弱，即抵消得最少，所以Φ3>Φ2，選C.]訓(xùn)練角度2：Φ和ΔΦ的定量計算2．如圖所示，有一個垂直于紙面對里的勻強磁場，磁感應(yīng)強度B＝0.8T，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為1cm.在紙面內(nèi)先后放不同的圓形線圈，圓心均在O處，A線圈半徑為1cm,10匝；B線圈半徑為2cm,1匝；C線圈半徑為0.5cm,1匝．(1)在磁感應(yīng)強度B減小為0.4T的過程中，線圈A和B中磁通量變更量的大小分別為多少？(2)當(dāng)磁感應(yīng)強度維持0.8T不變而方向轉(zhuǎn)過30°，在此過程中線圈C中磁通量變更量的大小為多少？[解析](1)對A線圈：Φ1＝B1πR2，Φ2＝B2πR2，磁通量變更量的大小ΔΦA(chǔ)＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2Wb≈1.3×10－4Wb對B線圈：磁通量變更量的大小ΔΦB＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2Wb≈1.3×10－4Wb.(2)對C線圈：Φ1′＝Bπr2磁場方向轉(zhuǎn)過30°時，Φ2′＝Bπr2cos30°磁通量變更量的大小ΔΦC＝|Φ2′－Φ1′|＝Bπr2(1－cos30°)＝0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866)Wb≈8.4×10－6Wb.[答案](1)1.3×10－4Wb1.3×10－4Wb(2)8.4×10－6Wb感應(yīng)電流有無的推斷1．感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變更．不論什么狀況，只要滿意電路閉合和磁通量發(fā)生變更這兩個條件，就必定產(chǎn)生感應(yīng)電流；反之，只要產(chǎn)生了感應(yīng)電流，那么電路肯定是閉合的，穿過該電路的磁通量也肯定發(fā)生了變更．2．推斷感應(yīng)電流有無的方法：(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．3．ΔΦ與Φ意義不同，大小也沒有必定的聯(lián)系．感應(yīng)電流的產(chǎn)生與Φ無關(guān)，只取決于Φ的變更，即與ΔΦ有關(guān)．【例2】如圖所示，在正方形線圈的內(nèi)部有一條形磁鐵，線圈與磁鐵在同一平面內(nèi)，兩者有共同的中心軸線OO′，下列關(guān)于線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的說法中，正確的是()A．當(dāng)磁鐵向紙面外平移時，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流B．當(dāng)磁鐵向上平移時，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流C．當(dāng)磁鐵向下平移時，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流D．當(dāng)磁鐵N極向紙外，S極向紙里繞OO′軸轉(zhuǎn)動時，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流思路點撥：解答本題應(yīng)把握以下兩點：①條形磁鐵四周的磁感線特點．②穿過線圈的磁通量與磁鐵內(nèi)、外的磁感線都有關(guān)．D[由條形磁鐵四周磁感線的分布特點可知，當(dāng)磁鐵平動時，穿過正方形線圈的磁通量始終為零不發(fā)生變更，線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A、B、C錯；當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)動時，穿過正方形線圈的磁通量發(fā)生變更，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流，D對．]“三看”巧判是否產(chǎn)生感應(yīng)電流(1)看回路是否閉合：假如回路不閉合時，無論如何都不會產(chǎn)生感應(yīng)電流．(2)看磁場方向與閉合回路平面之間的關(guān)系：即磁場的方向與閉合回路平面是垂直、平行還是成某一夾角．(3)看穿過回路的磁感線的條數(shù)是否發(fā)生變更：若變更則產(chǎn)生感應(yīng)電流，否則不產(chǎn)生感應(yīng)電流．3．下列狀況能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()A．如圖甲所示，導(dǎo)體AB順著磁感線運動B．如圖乙所示，條形磁鐵插入線圈中不動時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)變更滑動變阻器阻值時D[感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件：穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變更，首先是電路要閉合，再一個就是閉合回路的磁通量發(fā)生變更，或者閉合回路部分導(dǎo)體做切割磁感線運動，所以D正確．]課堂小結(jié)知識脈絡(luò)1.奧斯特發(fā)覺了電流的磁效應(yīng)，法拉第發(fā)覺了電磁感應(yīng)現(xiàn)象．2．磁通量的大小及其變更量大小與線圈的匝數(shù)大小無關(guān)．3．感應(yīng)電流存在的條件：①閉合電路，②回路磁通量發(fā)生變更，且兩個條件必需同時滿意.1．關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，下列說法中正確的是()A．閉合線圈放在變更的磁場中，必定有感應(yīng)電流產(chǎn)生B．閉合正方形線圈在勻強磁場中垂直磁感線運動，必定產(chǎn)生感應(yīng)電流C．穿過閉合線圈的磁通量變更時，線圈中有感應(yīng)電流D．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)電流產(chǎn)生C[產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：(1)閉合電路；(2)磁通量Φ發(fā)生變更，兩個條件缺一不行。]2.如圖所示，兩個單匝線圈a、b的半徑分別為r和2r.圓形勻強磁場B的邊緣恰好與a線圈重合，則穿過a、b兩線圈的磁通量之比為()A．1∶1 B．1∶2C．1∶4 D．4∶1A[依據(jù)Φ＝BS，S為與磁場垂直的有效面積，因此a、b兩線圈的有效面積相等，故磁通量之比Φa∶Φb＝1∶1，選項A正確．]3．磁通量是探討電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重要物理量，如圖所示，通有恒定電流的直導(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，其次次將線框由位置1繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2，設(shè)前后兩次通過線框的磁通量變更分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則()A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．無法確定C[第一次將線框由位置1平移到位置2，磁感線從線框的同一側(cè)穿入，ΔΦ1為前后兩位置磁通量的肯定值之差．其次次將線框由位置1繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2，磁感線從線框的不同側(cè)穿入，ΔΦ2為前后兩位置磁通量的肯定值之和。故ΔΦ1<ΔΦ2，選項C正確．]4．(多選)下圖中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()ABCDBD[依據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：A選項中，電路沒有閉合，無感應(yīng)電流；B選項中，面積增大，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