人教版選修11 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 第1課時 學(xué)案.docx

3.1電磁感應(yīng)現(xiàn)象學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程，體會人類探索自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神.2.知道感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件.3.能夠運用感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件判斷感應(yīng)電流能否產(chǎn)生重點：了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程 知道感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件難點：運用感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件判斷感應(yīng)電流能否產(chǎn)生新課預(yù)習(xí)：一、電磁感應(yīng)的探索歷程1電生磁：1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)2磁生電：(1)“磁生電”的發(fā)現(xiàn)：1831年，英國物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象(2)法拉第把引起電流的原因概括為五類：變化著的電流；變化著的磁場；運動的恒定電流；運動的磁鐵；在磁場中運動的導(dǎo)體3電磁感應(yīng)現(xiàn)象和感應(yīng)電流：由磁生電的現(xiàn)象，叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象由電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的電流，叫感應(yīng)電流思考電流的磁效應(yīng)與電磁感應(yīng)有什么區(qū)別？答案電流的磁效應(yīng)是指電流周圍產(chǎn)生磁場，即“電生磁”電磁感應(yīng)現(xiàn)象是利用磁場產(chǎn)生感應(yīng)電流，即“磁生電”“電生磁”和“磁生電”是兩種因果關(guān)系相反的現(xiàn)象，要正確區(qū)分這兩種現(xiàn)象，弄清現(xiàn)象的因果關(guān)系是關(guān)鍵典例分析：例1下列屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是()a通電導(dǎo)體周圍產(chǎn)生磁場b磁場對感應(yīng)電流發(fā)生作用，阻礙導(dǎo)體運動c由于導(dǎo)體自身電流發(fā)生變化，在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流d電荷在磁場中定向移動形成電流解析根據(jù)引起電流原因的五類情況可知，導(dǎo)體自身電流發(fā)生變化，在回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流為電磁感應(yīng)現(xiàn)象故選項c正確答案c二、磁通量及其變化1磁通量的計算(1)b與s垂直時：bs，s為線圈的有效面積如圖1(a)所示(2)b與s不垂直時：bsbs，s為線圈在垂直磁場方向上的投影面積b為b在垂直于s方向上的分量如圖(b)、(c)所示(3)某線圈所圍面積內(nèi)有不同方向的磁場時，規(guī)定某個方向的磁通量為正，反方向的磁通量為負，求其代數(shù)和，如圖(d)所示圖12磁通量是標(biāo)量，但有正、負，其正、負分別表示與規(guī)定的穿入方向相同、相反3磁通量的變化大致可分為以下幾種情況：(1)磁感應(yīng)強度b不變，有效面積s發(fā)生變化如圖2(a)所示(2)有效面積s不變，磁感應(yīng)強度b發(fā)生變化如圖(b)所示(3)磁感應(yīng)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(c)所示圖24用磁感線的條數(shù)表示磁通量當(dāng)回路中有不同方向的磁感線穿過時，磁通量是指穿過某一面磁感線的“凈”條數(shù)，即不同方向的磁感線的條數(shù)差思考將兩個同圓心但大小不同的線圈套在條形磁鐵上，通過哪個線圈的磁通量大？答案通過小線圈的磁通量大若穿過某一平面的磁感線既有穿出，又有穿入，則穿過該面的合磁通量為磁感線的凈條數(shù)典例分析：例2磁通量是研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重要物理量，如圖3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，第二次將線框繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2，設(shè)先后兩次通過線框的磁通量變化量分別為1和2，則()圖3a12b12c12.將閉合線框從位置1平移到位置2，磁感線是從閉合線框的同一面穿過的，所以1|21|12；將閉合線框從位置1繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2，磁感線分別從閉合線框的正反兩面穿過，所以2|(2)1|12(以原來穿過的方向為正方向，則后來從另一面穿過的方向為負方向)故正確選項為c.答案c磁通量雖然是標(biāo)量，但有正、負.該題中線框由位置1平移到位置2和繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2時，在位置2的磁通量大小都相等，但磁感線穿入的方向相反.例3邊長l10 cm的正方形線框有10匝，固定在勻強磁場中，磁場方向與線框平面間的夾角30，如圖4所示，磁感應(yīng)強度隨時間的變化規(guī)律為b23t(t)，求：圖4(1)2 s末穿過線框的磁通量(2)第3 s內(nèi)穿過線框的磁通量的變化量.解析(1)2 s末穿過線框的磁感應(yīng)強度b2(232) t8 t，由bssin，知2 s末穿過線框的磁通量b2ssin 8(0.1)2sin 30 wb4102wb.(2)第3 s內(nèi)磁感應(yīng)強度的變化b3 t，所以bssin3(0.1)2sin 30 wb1.5102wb.答案(1)4102wb(2)1.5102wb(1)求解磁通量的變化量時要取有效面積；(2)磁通量的變化與線圈的匝數(shù)無關(guān)；(3)磁感線從不同側(cè)面穿過線圈時磁通量的正、負不同.三、探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件實驗1.利用蹄形磁鐵的磁場如圖5所示，將可移動導(dǎo)體ab放置在磁場中，并和電流表組成閉合回路實驗操作及現(xiàn)象如下：圖5實驗操作實驗現(xiàn)象(有無電流)導(dǎo)體棒靜止無導(dǎo)體棒平行磁感線運動無導(dǎo)體棒切割磁感線運動有實驗2.利用條形磁鐵的磁場如圖6所示，將螺線管與電流表組成閉合回路，把條形磁鐵插入或拔出螺線管實驗操作及現(xiàn)象如下：圖6實驗操作實驗現(xiàn)象(有無電流)n極插入線圈有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極從線圈中抽出有實驗3.利用通電螺線管的磁場如圖7所示，線圈a通過變阻器和開關(guān)連接到電源上，線圈b的兩端連到電流表上，把線圈a裝在線圈b的里面實驗操作及現(xiàn)象如下：圖7實驗操作實驗現(xiàn)象(線圈b中有無電流)開關(guān)閉合瞬間有開關(guān)斷開瞬間有開關(guān)閉合時，滑動變阻器不動無開關(guān)閉合時，迅速移動滑動變阻器的滑片有4.歸納結(jié)論：產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件(1)電路閉合；(2)磁通量發(fā)生變化如果電路不閉合，不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，但仍會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，就像直流電路一樣，電路不閉合，沒有電流，但電源仍然存在深度思考在螺線管a(如圖8甲所示)中電流隨時間變化的圖象如圖乙所示，則tt0時刻線圈b中有感應(yīng)電流嗎？圖8答案有雖然此時穿過b的磁通量為0，但磁通量在變化，感應(yīng)電流的產(chǎn)生與無關(guān)，取決于的變化典例分析：例4下圖中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()解析根據(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，穿過線圈的磁感線相互抵消，恒為零，無感應(yīng)電流；d選項中，磁通量不發(fā)生變化，無感應(yīng)電流答案b(1)電路閉合和磁通量發(fā)生變化是產(chǎn)生感應(yīng)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(nèi)涵體現(xiàn)在“變化”上，磁通量很大若沒有變化也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，某時刻磁通量雖然是零但是如果在變化仍然可以產(chǎn)生感應(yīng)電流.課堂檢測：1(磁通量的理解)如圖9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角，已知sin ，回路面積為s，磁感應(yīng)強度為b，則通過線框的磁通量為()圖9abs b.bs c.bs d.bs答案b解析根據(jù)磁通量的定義可得通過線框的磁通量bssin，代入解得bs，所以b選項正確2(電磁感應(yīng)現(xiàn)象的產(chǎn)生)在法拉第時代，下列驗證“由磁產(chǎn)生電”設(shè)想的實驗中，能觀察到感應(yīng)電流的是()a將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路，然后觀察電流表的變化b在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈，然后觀察電流表的變化c將一房間內(nèi)的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接，往線圈中插入條形磁鐵后，再到相鄰房間去觀察電流表的變化d繞在同一鐵環(huán)上的兩個線圈，分別接電源和電流表，在給線圈通電或斷電的瞬間，觀察電流表的變化答案d解析產(chǎn)生感應(yīng)電流必須滿足的條件：電路閉合；穿過閉合電路的磁通量要發(fā)生變化選項a、b電路閉合，但磁通量不變，不能產(chǎn)生感應(yīng)電流，故選項a、b不能觀察到電流表的變化；選項c滿足產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，也能產(chǎn)生感應(yīng)電流，但是等我們從一個房間到另一個房間后，電流表中已沒有電流，故選項c也不能觀察到電流表的變化；選項d滿足產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，能產(chǎn)生感應(yīng)電流，可以觀察到電流表的變化，所以選d.3(產(chǎn)生感應(yīng)電流的判斷)如圖10所示，豎直放置的長直導(dǎo)線通有恒定電流，有一矩形線框與導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，在下列情況中線框不產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()圖10a導(dǎo)線中的電流變大b線框向右平動c線框向下平動d線框以ab邊為軸轉(zhuǎn)動答案c4(磁通量的變化)一電阻為r、面積為s的矩形導(dǎo)線框abcd處在磁感應(yīng)強度為b的勻強磁場中，磁場方向與線框平面成45角(如圖11所示)當(dāng)導(dǎo)線框以ab邊為軸順時針轉(zhuǎn)過90的過程中，穿過導(dǎo)線框abcd的磁通量的變化量_.圖11答案bs(正、負均可)解析由bssin，45知，初、末狀態(tài)磁通量大小都為bs，但由于初、末狀態(tài)磁場穿過線框某一面方向相反，若選初bs，則末bs，所以末初bs，若選初bs，則bs.作業(yè)：1法拉第經(jīng)過精心設(shè)計的一系列實驗，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，將歷史上認為各自獨立的學(xué)科“電學(xué)”與“磁學(xué)”真正聯(lián)系起來在下面幾個典型的實驗設(shè)計思想中，所做的推論后來被實驗否定的是()a既然磁鐵可使近旁的鐵塊帶磁性，靜電荷可使近旁的導(dǎo)體表面感應(yīng)出電荷，那么靜止導(dǎo)線上的穩(wěn)恒電流可使在近旁靜止的線圈中感應(yīng)出電流b既然磁鐵可使近旁運動的導(dǎo)體中感應(yīng)出電動勢，那么穩(wěn)恒電流也可使近旁運動的線圈中感應(yīng)出電流c既然運動的磁鐵可使近旁靜止的線圈中感應(yīng)出電流，那么靜止的磁鐵也可使近旁運動的導(dǎo)體中感應(yīng)出電動勢d既然運動的磁鐵可使近旁的導(dǎo)體中感應(yīng)出電動勢，那么運動導(dǎo)線上的穩(wěn)恒電流也可使近旁的線圈中感應(yīng)出電流答案a解析法拉第經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)引起感應(yīng)電流的原因都與變化和運動有關(guān)，b、c、d三項所敘述的情況都被實驗證實了，a項中的推論不成立2如圖1所示，虛線框內(nèi)有勻強磁場，大環(huán)和小環(huán)是垂直于磁場方向放置的兩個圓環(huán)，分別用1和2表示穿過大、小兩環(huán)的磁通量，則有()圖1a12b1bbabcabd不能比較答案a解析條形磁鐵磁場的磁感線的分布特點是：磁鐵內(nèi)外磁感線的條數(shù)相同；磁鐵內(nèi)外磁感線的方向相反；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)與磁鐵垂直且磁鐵在中央時，通過其中的磁感線的俯視圖如圖所示，穿過圓環(huán)的磁通量進出，由于兩圓環(huán)面積sasb，兩圓環(huán)的進相同，而出ab，故a正確5關(guān)于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，下列說法中正確的是()a閉合線圈放在變化的磁場中，必然有感應(yīng)電流產(chǎn)生b閉合正方形線框在勻強磁場中垂直磁感線運動，必然產(chǎn)生感應(yīng)電流c穿過閉合線圈的磁通量變化時，線圈中有感應(yīng)電流d只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生答案c解析產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：(1)閉合電路；(2)磁通量發(fā)生變化，兩個條件缺一不可6(多選)下列情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()答案bc解析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)生變化，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中盡管線框是部分切割，但磁感線條數(shù)不變，無感應(yīng)電流故選b、c.7.如圖4所示，閉合圓導(dǎo)線圈平行地放置在勻強磁場中，其中ac、bd分別是平行、垂直于磁場方向的兩直徑試分析線圈做以下哪種運動時能產(chǎn)生感應(yīng)電流()圖4a使線圈在其平面內(nèi)平動或轉(zhuǎn)動b使線圈平面沿垂直紙面方向向紙外平動c使線圈以ac為軸轉(zhuǎn)動d使線圈以bd為軸稍做轉(zhuǎn)動答案d解析線圈在勻強磁場中運動，磁感應(yīng)強度b為定值，由bs知：只要回路中相對磁場的正對面積改變量s0，則磁通量一定會改變，回路中一定有感應(yīng)電流產(chǎn)生當(dāng)線圈在紙面內(nèi)平動或轉(zhuǎn)動時，線圈相對磁場的正對面積始終為零，因此s0，因而無感應(yīng)電流產(chǎn)生，a錯；當(dāng)線圈平面沿垂直紙面方向向紙外平動時，同樣s0，因而無感應(yīng)電流產(chǎn)生，b錯；當(dāng)線圈以ac為軸轉(zhuǎn)動時，線圈相對磁場的正對面積改變量s仍為零，回路中仍無感應(yīng)電流，c錯；當(dāng)線圈以bd為軸稍做轉(zhuǎn)動時，線圈相對磁場的正對面積發(fā)生了改變，因此在回路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流故選d.8(多選)如圖5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，若井字形回路中有感應(yīng)電流通過，則可能()圖5av1v2bv1v2cv1v2d無法確定答案ab9(多選)如圖6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(nèi)，一半在磁場外，若要使線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流，下列辦法中可行的是()圖6a將線框向左拉出磁場b將線框豎直向上拉動c以ad邊為軸轉(zhuǎn)動(小于60)d以bc邊為軸轉(zhuǎn)動(小于60)答案ac解析將線框向左拉出磁場的過程中，線框的bc部分做切割磁感線運動，或者說穿過線框的磁通量減小，所以線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流；將線框豎直向上拉動時，線框內(nèi)磁通量不變，沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生當(dāng)線框以ad邊為軸轉(zhuǎn)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中會產(chǎn)生感應(yīng)電流如果轉(zhuǎn)過的角度超過60(60300)，bc邊將進入無磁場區(qū)，那么線框中將不產(chǎn)生感應(yīng)電流；當(dāng)線框以bc邊為軸轉(zhuǎn)動時，如果轉(zhuǎn)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(yīng)強度與矩形線框面積的一半的乘積)10某學(xué)生做觀察電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實驗，將電流表、線圈a和b、蓄電池、開關(guān)用導(dǎo)線連接成如圖7所示的實驗電路，當(dāng)他接通、斷開開關(guān)時，電流表的指針都沒有偏轉(zhuǎn)，其原因是()圖7a開關(guān)位置接錯b電流表的正、負極接反c線圈b的接頭3、4接反d蓄電池的正、負極接反答案a解析圖中所示開關(guān)的連接不能控制含有電源的電路中電流的通斷而本實驗的內(nèi)容之一就是用來研究在開關(guān)通斷瞬間，電流的有無是否導(dǎo)致磁場發(fā)生變化，進而產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況因而圖中接法達不到