2017高中創(chuàng)新設(shè)計(jì)物理教科版選修32學(xué)案 12 電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn) 感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件

1、目標(biāo)定位1.知道奧斯特實(shí)驗(yàn)、電磁感應(yīng)現(xiàn)象，了解電生磁和磁生電的發(fā)現(xiàn)過程.2.通過實(shí)驗(yàn)觀察和實(shí)驗(yàn)探究，理解感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件.3.能說出磁通量變化的含義，會利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件解決實(shí)際問題.一、電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)1.奧斯特實(shí)驗(yàn)的啟迪1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng).不少物理學(xué)家根據(jù)對稱性的思考提出，既然電能產(chǎn)生磁，是否磁能產(chǎn)生電呢？2.電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(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，即“由磁生電”的條件，產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流.法拉第將“磁生電”的現(xiàn)象分為五類：(1)變化中的電流；(2)變化中的磁場；(3)運(yùn)動中的恒定電流；(4)運(yùn)動中的磁鐵；(5)運(yùn)動中的導(dǎo)線.

2、深度思考電流的磁效應(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.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(yùn)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(xiàng)C正確.答案C二、磁通量及其變化1.磁通量的計(jì)算(1)B與S垂直時(shí)：BS，S為線圈

3、的有效面積.如圖1(a)所示.(2)B與S不垂直時(shí)：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(shí)，規(guī)定某個(gè)方向的磁通量為正，反方向的磁通量為負(fù)，求其代數(shù)和，如圖(d)所示.圖12.磁通量是標(biāo)量，但有正、負(fù)，其正、負(fù)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(qiáng)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(qiáng)度B發(fā)生變化.如圖(b)所示.(3)磁感應(yīng)強(qiáng)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

4、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(shí)，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.深度思考將兩個(gè)同圓心但大小不同的線圈套在條形磁鐵上，通過哪個(gè)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).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分別為1和2，則()圖3A.12B.12C.12.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

5、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?yàn)檎较颍瑒t后來從另一面穿過的方向?yàn)樨?fù)方向).故正確選項(xiàng)為C.答案C磁通量雖然是標(biāo)量，但有正、負(fù).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(shí)，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L10cm的正方形線框有10匝，固定在勻強(qiáng)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(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律為B23t (T)，求：圖4(1)2s末穿過線框的磁通量.(2)第3s內(nèi)穿過線框的磁通量的變化量.解析(1)2s末穿過線

6、框的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2(232) T8T，由BSsin，知2s末穿過線框的磁通量B2Ssin8(0.1)2sin30Wb4102Wb.(2)第3s內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化B3T，所以BSsin3(0.1)2sin30Wb1.5102Wb.答案(1)4102Wb(2)1.5102Wb(1)求解磁通量的變化量時(shí)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(shí)磁通量的正、負(fù)不同.三、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件1.導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動如圖5所示，將可移動導(dǎo)體棒AB放置在磁場中，并和電流表組成閉合回路.實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象如下：圖5實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(有無電流)導(dǎo)體棒靜止無導(dǎo)體棒平行磁感

7、線上、下運(yùn)動無導(dǎo)體棒垂直磁感線左、右運(yùn)動有2.通過閉合回路的磁場發(fā)生變化如圖6所示，實(shí)驗(yàn)操作及電流計(jì)指針的擺動情況如下：圖6觀察操作電流計(jì)指針的擺動情況螺線管B匝數(shù)少螺線管B匝數(shù)多螺線管A、B相互垂直開關(guān)接通瞬間輕微擺動較大擺動不擺動電流穩(wěn)定不擺動不擺動不擺動開關(guān)斷開瞬間輕微擺動較大擺動不擺動滑片快速推動較大擺動最大擺動不擺動滑片緩慢推動輕微擺動較大擺動不擺動3.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7甲所示)中電流隨時(shí)間變化的圖像

8、如圖乙所示，則tt0時(shí)刻線圈B中有感應(yīng)電流嗎？圖7答案有.雖然此時(shí)穿過B的磁通量為0，但磁通量在變化，感應(yīng)電流的產(chǎn)生取決于的變化，與的大小無關(guān).例4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(xiàng)中，電路沒有閉合，無感應(yīng)電流；B選項(xiàng)中，面積增大，閉合電路的磁通量增大，有感應(yīng)電流；C選項(xiàng)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(xiàng)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(gè)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(shí)刻磁通量雖然是零但是如果在變化仍然可以產(chǎn)生

9、感應(yīng)電流.1(磁通量的理解)六根絕緣的導(dǎo)線，在同一平面內(nèi)組成四個(gè)相等的正方形，導(dǎo)線中通以大小相等的電流，方向如圖8所示，在這個(gè)四個(gè)正方形區(qū)域中，指向紙面內(nèi)且磁通量最大的區(qū)域是()圖8A BC D答案A解析由于是直線電流的磁場，6支電流在每個(gè)區(qū)域的磁感線的分布都有區(qū)別，只有逐一求出6支電流在每個(gè)區(qū)域的分磁通量之和，才能進(jìn)行比較設(shè)每支電流的磁感線穿過相鄰區(qū)域的有兩條，穿過較遠(yuǎn)區(qū)域的有1條，就可以作出穿過各區(qū)域的磁感線分布圖，如圖所示故本題正確答案為A.2.(電磁感應(yīng)現(xiàn)象)在法拉第時(shí)代，下列驗(yàn)證“由磁產(chǎn)生電”設(shè)想的實(shí)驗(yàn)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

10、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(gè)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(xiàng)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(xiàng)A、B不能觀察到電流表的變化；選項(xiàng)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(gè)房間到另一個(gè)房間后，電流表中已沒有電流，故選項(xiàng)C也不能觀察到電流表的變化；選項(xiàng)D滿足產(chǎn)生感應(yīng)電流

11、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)(多選)如圖9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)，在下列情況中線框產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()圖9A.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ABD4.(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(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與線框平面成45角(如圖10所示).當(dāng)導(dǎo)線框以ab邊為軸順時(shí)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10答案BS(正、負(fù)均可)解析由BSsin，45知，初、末狀態(tài)磁通量大小都為BS，但由

12、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.題組一電磁感應(yīng)現(xiàn)象1.法拉第經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的一系列實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，將歷史上認(rèn)為各自獨(dú)立的學(xué)科“電學(xué)”與“磁學(xué)”真正聯(lián)系起來.在下面幾個(gè)典型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想中，所做的推論后來被實(shí)驗(yàn)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(yùn)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(yùn)動的線圈中感應(yīng)出電流C.既然運(yùn)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(yùn)動的導(dǎo)體中感應(yīng)出

13、電動勢D.既然運(yùn)動的磁鐵可使近旁的導(dǎo)體中感應(yīng)出電動勢，那么運(yùn)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(yùn)動有關(guān)，B、C、D三項(xiàng)所敘述的情況都被實(shí)驗(yàn)證實(shí)了，A項(xiàng)中的推論不成立.2唱卡拉OK用的話筒內(nèi)有傳感器，其中一種是動圈式的，它的工作原理是在彈性膜片后粘接一個(gè)輕小的金屬線圈，線圈處于永磁體的磁場中，當(dāng)聲波使膜片振動時(shí)，就將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，下列說法中正確的是()A該傳感器是根據(jù)電流的磁效應(yīng)工作的B該傳感器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的C膜片振動時(shí)，穿過金屬線圈的磁通量不變D膜片振動時(shí)，金屬線圈中不會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢答案B解析當(dāng)聲波使膜片前

14、后振動時(shí)，膜片后的金屬線圈就會跟著振動，從而使處于永磁體的磁場中的線圈切割磁感線，穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而將聲音信號轉(zhuǎn)化為電信號，這是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，故B項(xiàng)正確，A、C、D項(xiàng)均錯(cuò)誤題組二磁通量及其變化的分析3.如圖1所示，虛線框內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，大環(huán)和小環(huán)是垂直于磁場方向放置的兩個(gè)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1A.12B.1bB.abC.abD.不能比較答案A解析條形磁鐵磁場的磁感線的分布特點(diǎn)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(gè)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(shí)，通過其中的磁

15、感線的俯視圖如圖所示，穿過圓環(huán)的磁通量進(jìn)出，由于兩圓環(huán)面積SaSb，兩圓環(huán)的進(jìn)相同，而出ab，故A正確.題組三有無感應(yīng)電流的判斷6.(多選)下列情況中都是線框在磁場中做切割磁感線運(yùn)動，其中線框中有感應(yīng)電流的是()答案BC解析A中導(dǎo)體雖然“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(qiáng)磁場，運(yùn)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，恒定的勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)有小缺口的

16、圓形的導(dǎo)體線圈，線圈平面垂直于磁場方向當(dāng)線圈在此磁場中做下列哪種運(yùn)動(均未出磁場)時(shí)，線圈能產(chǎn)生感應(yīng)電流()圖4Aab連在一起，線圈沿自身所在的平面做勻速運(yùn)動B線圈沿自身所在的平面做加速運(yùn)動C線圈繞任意一條直徑做勻速轉(zhuǎn)動Dab連在一起，線圈繞任意一條直徑做變速轉(zhuǎn)動答案D解析B、C兩個(gè)選項(xiàng)錯(cuò)誤的原因是線圈沒有形成回路，A選項(xiàng)錯(cuò)誤的原因是勻速平移不會改變磁通量的大小8.(多選)如圖5所示，在勻強(qiáng)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(yùn)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()

17、圖5A.v1v2B.v1v2C.v1v2D.無法確定答案AB9.(多選)如圖6所示，開始時(shí)矩形線框與勻強(qiáng)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，下列方法中可行的是()圖6A.將線框向左拉出磁場B.以ab邊為軸轉(zhuǎn)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ABC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(yùn)動，或者說穿過線框的磁通量減少，所以線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流；當(dāng)線框以ab邊為軸轉(zhuǎn)動時(shí)，線框的cd邊的右半段在做切割磁感線運(yùn)動，或者說穿過線框的磁通量在發(fā)生變化，所以線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流；當(dāng)線框以ad邊為軸轉(zhuǎn)動(小于60)時(shí)，

18、穿過線框的磁通量在減小，所以在這個(gè)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(jìn)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(shí)，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(qiáng)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(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)電路，當(dāng)他接通、斷開開關(guān)時(shí)，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(cuò)B.電流表的正、負(fù)極接反C.線圈B的接頭3、4接反D.蓄電池的正、負(fù)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(shí)驗(yàn)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(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況.因而圖中接法達(dá)不到目的.關(guān)