《2018-2019學年高中物理 第一章 電磁感應 1 電磁感應的發(fā)現 2 感應電流產生的條件學案 教科版選修3-2》由會員分享,可在線閱讀,更多相關《2018-2019學年高中物理 第一章 電磁感應 1 電磁感應的發(fā)現 2 感應電流產生的條件學案 教科版選修3-2(9頁珍藏版)》請在裝配圖網上搜索。
1、
1.電磁感應的發(fā)現
2.感應電流產生的條件
學 習 目 標
知 識 脈 絡
1.知道與電流磁效應和電磁感應現象相關的物理學史,體會人類探索自然規(guī)律的科學態(tài)度和科學精神.
2.通過實驗探究理解感應電流的產生條件.
3.會運用感應電流產生的條件判斷是否有感應電流產生.(重點)
4.學會判斷磁通量是否會發(fā)生變化及是否產生感應電流.(難點)
[自 主 預 習·探 新 知]
[知識梳理]
一、電磁感應的發(fā)現
1.丹麥物理學家奧斯特發(fā)現載流導體能使小磁針轉動,這種作用稱為電流的磁效應,揭示了電現象與磁現象之間存在密切聯系.
2.英國物理學家法拉第發(fā)現了電磁感應現象,即“磁生
2、電”現象,他把這種現象命名為電磁感應.產生的電流叫做感應電流.
二、感應電流產生的條件
1.探究導體棒在磁場中運動是否產生感應電流(實驗圖如圖1-1-1所示)
圖1-1-1
實驗操作
實驗現象(有無電流)
分析論證
導體棒靜止
無
閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時,電路中有感應電流產生
導體棒平行
磁感線運動
無
導體棒切割
磁感線運動
有
2.探究通過閉合回路的磁場變化時是否產生感應電流(實驗圖如圖1-1-2所示)
圖1-1-2
實驗操作
實驗現象
(線圈B中有無電流)
分析論證
開關閉合瞬間
有
線圈B中磁場變化時,線圈
3、B中有感應電流;磁場不變時,線圈B中無感應電流
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,迅速移動滑動變阻器的滑片
有
3.產生感應電流的條件
大量實驗證實,穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時,這個閉合電路中就有感應電流產生.
[基礎自測]
1.思考判斷
(1)白熾燈泡就是根據電磁感應現象發(fā)明的. (×)
(2)“磁生電”是一種在變化、運動的過程中才能出現的現象. (√)
(3)麥克斯韋建立了電磁場理論,并預言了電磁波的存在. (√)
(4)線圈不閉合時,即使穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,線圈中也無感應電流產生. (√)
(5)穿過電路的磁通
4、量發(fā)生變化,電路中一定會產生感應電流. (×)
(6)閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時,電路中有感應電流產生. (√)
2.下列現象中,屬于電磁感應的是( )
A.小磁針在通電導線附近發(fā)生偏轉
B.通電線圈在磁場中轉動
C.因閉合線圈在磁場中運動而產生的電流
D.磁鐵吸引小磁針
C [電磁感應是指“磁生電”的現象,而小磁針和通電線圈在磁場中轉動反映了磁場力的性質,所以A、B、D不屬于電磁感應現象,C屬于電磁感應現象.]
3.如圖所示,矩形線框在磁場內做的各種運動中,能夠產生感應電流的是( )
【導學號:24622001】
A B C
5、 D
B [A中線圈運動時,穿過線圈的磁通量不變,無感應電流;C、D中線圈運動時穿過線圈的磁通量總為零,故無感應電流產生;只有B中,當線圈勻速轉動時,穿過線圈的磁通量不斷變化,故有電流產生,故選B.]
[合 作 探 究·攻 重 難]
磁通量的理解與計算
1.勻強磁場中磁通量的計算
(1)B與S垂直時,Φ=BS.
(2)B與S不垂直時,Φ=B⊥S,B⊥為B垂直于線圈平面的分量.如圖1-1-3甲所示,Φ=B⊥S=(Bsin θ)·S.也可以Φ=BS⊥,S⊥為線圈在垂直于磁場方向上的投影面積,如圖1-1-3乙所示,Φ=BS⊥=BScos θ.
甲 乙
圖1
6、-1-3
2.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1-1-4(a)所示.
(2)有效面積S不變,磁感應強度B發(fā)生變化.如圖1-1-4(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1-1-4(c)所示.
(a) (b) (c)
圖1-1-4
兩個圓環(huán)A、B如圖1-1-5所示放置,且圓環(huán)半徑RA>RB,一條形磁鐵的軸線過兩個圓環(huán)的圓心處,且與圓環(huán)平面垂直,則穿過A、B環(huán)的磁通量ΦA和ΦB的關系是( )
圖1-1-5
A.ΦA>ΦB B.ΦA=
7、ΦB
C.ΦA<ΦB D.無法確定
思路點撥:①磁通量可以形象地理解為穿過線圈的磁感線的條數.②若該線圈內有磁感線穿進和穿出兩種情況,可以把磁通量理解為穿過線圈的凈磁感線條數.
C [解題時要注意有兩個方向的磁感線穿過圓環(huán),磁通量應是抵消之后剩余的磁感線的條數.從上向下看,穿過圓環(huán)A、B的磁感線如圖所示,磁感線有進有出,A、B環(huán)向外的磁感線條數一樣多,但A環(huán)向里的磁感線條數較多,抵消的條數多,凈剩條數少,所以ΦA<ΦB,C正確.]
(1)磁通量是標量,但有正、負之分.
(2)在所研究的閉合電路內有磁感線穿進和穿出兩種情況時,若規(guī)定穿進的磁通量為正,則穿出的磁通量為負.
8、
[針對訓練]
1.(多選)彼此絕緣、相互交叉的兩根通電直導線與閉合線圈共面,圖中穿過線圈的磁通量可能為零的是( )
AD [要使線圈中的磁通量為零,必須滿足兩根通電直導線關于線圈的中心軸線對稱,并且兩根通電直導線在線圈中磁場方向相反,故A、D正確.]
2.如圖1-1-6所示,有一垂直紙面向里的勻強磁場,B=0.8 T,磁場有明顯的圓形邊界,圓心為O,半徑為1 cm.現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1 cm,10匝;線圈B的半徑為2 cm,1匝;線圈C的半徑為0.5 cm,1匝.問:
圖1-1-6
(1)在B減為0.4 T的過程中,線圈A和
9、線圈B中的磁通量變化了多少?
(2)在磁場轉過90°角的過程中,線圈C中的磁通量變化了多少?轉過180°角呢?
【解析】 (1)A、B線圈中的磁通量始終一樣,故它們的變化量也一樣.
ΔΦ=(B2-B)·πr2=-1.256×10-4 Wb
即A、B線圈中的磁通量都減少1.256×10-4 Wb
(2)對線圈C,Φ1=Bπr′2=6.28×10-5 Wb
當轉過90°時,Φ2=0,
故ΔΦ1=Φ2-Φ1=0-6.28×10-5 Wb=-6.28×10-5 Wb
即線圈C的磁通量減少了6.28×10-5 Wb
當轉過180°時,磁感線從另一側穿過線圈,若取Φ1為正,則Φ3為負,有
10、Φ3=-Bπr′2,故ΔΦ2=Φ3-Φ1=-2Bπr′2=-1.256×10-4 Wb.即線圈C的磁通量減少了1.256×10-4 Wb.
【答案】 (1)A、B線圈的磁通量均減少了1.256×10-4 Wb
(2)減少了6.28×10-5 Wb 減少了1.256×10-4 Wb
感應電流產生條件的理解及應用
1.產生感應電流的條件
(1)電路必須是閉合電路.
(2)穿過回路的磁通量發(fā)生變化.
2.對產生感應電流條件的理解
(1)不論用什么方法,只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化,閉合電路中就有感應電流產生.
(2)在閉合電路中有磁通量但不變化,即使磁場很強,磁通量很大,也
11、不會產生感應電流.
(3)產生感應電流的條件可以歸納為兩個:一個是電路本身的屬性,即電路必須是閉合的;另一個是穿過電路的磁通量必須發(fā)生變化.
(多選)如圖1-1-7所示,矩形線框abcd由靜止開始運動,若要使線框中產生感應電流,則線框的運動情況應該是 ( )
圖1-1-7
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:①產生感應電流的條件是穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化.②判斷線框做各種運動時穿過線框的磁通量是否發(fā)生變化.
AD [選項A和D所
12、描述的情況,線框在磁場中的有效面積S均發(fā)生變化(A情況下S增大,D情況下S減小),穿過線框的磁通量均改變,由產生感應電流的條件知線框中會產生感應電流.而選項B、C所描述的情況中,穿過線框中的磁通量均不改變,不會產生感應電流.]
判斷是否產生感應電流的技巧
(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,其主要內涵體現在“變化”上,磁通量很大若沒有變化也不會產生感應電流,磁通量雖然是零,但是變化的,仍然可以產生感應電流.
(3)磁通量與線圈的匝數無關,磁通量大小不受線圈匝數的影響.
(4)磁通量的變化量ΔΦ=Φ2-Φ1也不受線圈匝數的影
13、響.用公式求Φ、ΔΦ時,不必考慮線圈匝數n.
[針對訓練]
3.(多選)在下列選項中,用導線做成圓形或正方形回路,這些回路與一直導線構成幾種位置組合(彼此絕緣),下列組合中,切斷直導線中的電流時,閉合回路中會有感應電流產生的是( )
【導學號:24622002】
CD [利用安培定則判斷直線電流產生的磁場,其磁感線是一些以直導線上各點為圓心的無數組同心圓,即磁感線所在平面均垂直于導線,且直線電流產生的磁場分布情況是靠近直導線處磁場強,遠離直導線處磁場弱.所以,A中穿過圓形線圈的磁場如圖甲所示,其有效磁通量為ΦA=Φ出-Φ進=0,且始終為0,即使切斷導線中的電流,ΦA也始終為
14、0,A中不可能產生感應電流;B中線圈平面與磁場平行,穿過B的磁通量也始終為0,B中也不能產生感應電流;C中穿過線圈的磁通量如圖乙所示,Φ進>Φ出,即ΦC≠0,當切斷導線中電流后,穿過線圈的磁通量ΦC減小為0,所以C中有感應電流產生;D中線圈的磁通量ΦD不為0,當電流切斷后,ΦD最終也減小為0,所以D中也有感應電流產生.]
4.(多選)如圖1-1-8所示,繞在鐵芯上的線圈與電源、滑動變阻器和開關組成閉合電路,在鐵芯的右端套有一個表面絕緣的銅環(huán)A,下列各種情況中銅環(huán)A中有感應電流的是( )
【導學號:24622003】
圖1-1-8
A.線圈中通以恒定的電流
B.通電過程中,使變
15、阻器的滑片P做勻速移動
C.通電過程中,使變阻器的滑片P做加速移動
D.將開關突然斷開的瞬間
BCD [線圈中通以恒定的電流,銅環(huán)A中磁通量不變,銅環(huán)A中沒有感應電流,A錯;變阻器的滑片P做勻速、加速移動時,線圈中電流變化,銅環(huán)A中磁通量發(fā)生變化,銅環(huán)A中有感應電流,B、C對;將開關突然斷開的瞬間,線圈中電流變?yōu)榱悖~環(huán)A中磁通量發(fā)生變化,銅環(huán)A中有感應電流,D對.]
[當 堂 達 標·固 雙 基]
1.六根絕緣的導線,在同一平面內組成四個相同的正方形,導線中通以大小相等的電流,方向如圖1-1-9所示.在這四個正方形區(qū)域中,指向紙面向里且合磁通量最大的區(qū)域是( )
圖1-1-
16、9
A.Ⅰ B.Ⅱ
C.Ⅲ D.Ⅳ
A [由于是直線電流的磁場,六支電流在每個區(qū)域都有磁感線的分布,只有逐一分析六支電流在每個區(qū)域的合磁通量,才能進行比較。假設每支電流的磁感線穿過相鄰區(qū)域的有2條,穿過較遠區(qū)域的有1條,這樣可以作出穿過各區(qū)域的磁感線分布圖,如圖所示,分析可知選項A正確.]
2.(多選)如圖1-1-10所示,有一金屬環(huán)和一條形磁鐵,下列哪些過程環(huán)中會產生感應電流 ( )
圖1-1-10
A.環(huán)不動,將磁鐵插入環(huán)中
B.環(huán)不動,將磁鐵從環(huán)中拔出
C.磁鐵不動,將環(huán)套入磁鐵
D.磁鐵在環(huán)中與環(huán)保持相對靜止并一起向下運動
ABC [環(huán)不動
17、,將磁鐵插入環(huán)中,穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,產生感應電流;環(huán)不動,將磁鐵從環(huán)中拔出時,穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,產生感應電流;磁鐵不動,將環(huán)套入磁鐵時,穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,產生感應電流;把磁鐵在環(huán)中與環(huán)保持相對靜止并一起向下運動時,穿過線圈的磁通量不變,不能產生感應電流,故選A、B、C.]
3.(多選)下圖中能產生感應電流的是( )
A B
C D
BD [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,Φ恒為零,無感應電流;D選項中,磁通
18、量發(fā)生變化,有感應電流.]
4.(多選)如圖1-1-11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,下列辦法中可行的是 ( )
【導學號:24622004】
圖1-1-11
A.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°)
ABC [將線框向左拉出磁場的過程中,線框的bc部分切割磁感線,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
19、框中將產生感應電流;當線框以ad邊為軸轉動(小于60°)時,穿過線框的磁通量在減小,所以在這個過程中線框內會產生感應電流.如果轉過的角度超過60°(60°~300°),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).]
5.邊長l=10 cm的正方形線框固定在勻強磁場中,磁場方向與線框平面間的夾角θ=30°,如圖1-1-12所示.磁感應強度隨時間變化的規(guī)律為B=(2+3t) T,則第3 s內穿過線框的磁通量的變化量ΔΦ為多少?
圖1-1-12
【解析】 第3 s內就是從2 s末到3 s末,所以2 s末的磁場的磁感應強度為B1=(2+3×2) T=8 T,3 s末的磁場的磁感應強度為B2=(2+3×3) T=11 T,則ΔΦ=ΔBSsin θ=(11-8)×0.12×sin 30° Wb=1.5×10-2 Wb.
【答案】 1.5×10-2 Wb
9