XX省專用學(xué)年高中物理第四章電磁感應(yīng)第節(jié)劃時代發(fā)現(xiàn)探究感應(yīng)電流產(chǎn)生條件講義含解析新人教選修

XX省專用學(xué)年高中物理第四章電磁感覺第節(jié)劃時代的發(fā)現(xiàn)研究感覺電流的產(chǎn)生條件講義含分析新人教版選修XX省專用學(xué)年高中物理第四章電磁感覺第節(jié)劃時代的發(fā)現(xiàn)研究感覺電流的產(chǎn)生條件講義含分析新人教版選修PAGEXX省專用學(xué)年高中物理第四章電磁感覺第節(jié)劃時代的發(fā)現(xiàn)研究感覺電流的產(chǎn)生條件講義含分析新人教版選修第1、2節(jié)劃時代的發(fā)現(xiàn)研究感覺電流的產(chǎn)生條件1．奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感覺現(xiàn)象。2．惹起電磁感覺現(xiàn)象的原由主要有五類，分別是變化的電流、變化的磁場、運(yùn)動的恒定電流、運(yùn)動的磁鐵、在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)體。3．只需穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化，閉合導(dǎo)體回路中就有感覺電流。一、電磁感覺的研究歷程1．“電生磁”的發(fā)現(xiàn)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”的發(fā)現(xiàn)1831年，英國物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感覺現(xiàn)象。產(chǎn)生的電流叫做感覺電流。二、磁通量的計(jì)算和物理意義1．磁通量的計(jì)算(1)公式：Φ＝BS。(2)合用條件：①勻強(qiáng)磁場；②S是垂直磁場的有效面積。(3)單位：韋伯，1Wb＝1T·m2。2．磁通量的物理意義(1)能夠形象地理解為磁通量就是穿過某一面積的磁感線的條數(shù)。(2)同一個平面，當(dāng)它跟磁場方向垂直時，磁通量最大，當(dāng)它跟磁場方向平行時，磁通量為eq\a\vs4\al(0)。三、研究感覺電流的產(chǎn)生條件1．研究導(dǎo)體棒在磁場中運(yùn)動能否產(chǎn)生電流(以以下圖)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(有無電流)分析論證導(dǎo)體棒靜止eq\a\vs4\al(無)閉合電路包圍的面積變化時，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(yùn)動eq\a\vs4\al(無)導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動eq\a\vs4\al(有)2．研究磁鐵在通電螺線管中運(yùn)動能否產(chǎn)生電流(以以下圖)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(有無電流)分析論證N極插入線圈eq\a\vs4\al(有)線圈中的磁場變化時，線圈中有感覺電流；線圈中的磁場不變時，線圈中無感覺電流N極停在線圈中eq\a\vs4\al(無)N極從線圈中抽出eq\a\vs4\al(有)S極插入線圈eq\a\vs4\al(有)S極停在線圈中eq\a\vs4\al(無)S極從線圈中抽出eq\a\vs4\al(有)3.模擬法拉第的實(shí)驗(yàn)(以以下圖)實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(線圈B中有無電流)分析論證開封閉合瞬時eq\a\vs4\al(有)線圈B中磁場變化時，線圈B中有感覺電流；線圈B中磁場不變時，線圈B中無感覺電流開關(guān)斷開瞬時eq\a\vs4\al(有)開關(guān)保持閉合，滑動變阻器滑片不動eq\a\vs4\al(無)開關(guān)保持閉合，快速挪動滑動變阻器的滑片eq\a\vs4\al(有)4．概括結(jié)論只需穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變化，閉合導(dǎo)體回路中就有感覺電流。1．自主思慮——判一判(1)有電流即生磁場。(√)(2)有磁場即生電流。(×)(3)靜止的電荷四周也能產(chǎn)生磁場。(×)(4)磁通量計(jì)算公式Φ＝BS，可計(jì)算任何磁場的磁通量。(×)(5)導(dǎo)體棒切割磁感線不用然產(chǎn)生感覺電流，但若垂直切割，則必定產(chǎn)生感覺電流。(×)(6)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，必定產(chǎn)生感覺電流。(√)2．合作研究——議一議(1)法拉第總結(jié)的惹起感覺電流的原由有哪些？提示：變化的電流、變化的磁場、運(yùn)動的恒定電流、運(yùn)動的磁鐵、在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)體。(2)同一勻強(qiáng)磁場中兩個面積不一樣樣的線圈，磁通量必定不一樣樣嗎？提示：不用然，當(dāng)兩個線圈與磁場方向的夾角不一樣樣時，磁通量可能相同。(3)某一時辰穿過閉合回路的磁通量為零時，回路必定無感覺電流嗎？提示：不用然，假如穿過閉合回路的磁通量正在變化，但是某一時辰磁通量為零，則回路中會產(chǎn)生感覺電流。磁通量Φ及其變化量ΔΦ的理解與計(jì)算1．對磁通量的理解(1)磁通量表示穿過某一面積的磁感線條數(shù)的多少。(2)磁通量是標(biāo)量，但是有正負(fù)。磁通量的正負(fù)不代表大小，只表示磁感線是如何穿過平面的。即若以向里穿過某面的磁通量為正，則向外穿過這個面的磁通量為負(fù)。(3)某面積內(nèi)有相反方向的磁場時，分別計(jì)算不一樣樣方向的磁場的磁通量，此后規(guī)定某個方向的磁通量為正，反方向的磁通量為負(fù)，求其代數(shù)和。2．磁通量的計(jì)算(1)B與S垂直時(勻強(qiáng)磁場中)，Φ＝BS。B指勻強(qiáng)磁場的磁感覺強(qiáng)度，S為線圈的面積。(2)B與S不垂直時(勻強(qiáng)磁場中)，Φ＝BS⊥。S⊥為線圈在垂直磁場方向上的投影，S⊥＝Ssinθ，稱之為有效面積，如圖甲所示?；蛟SΦ＝B⊥S。B⊥為磁感線B垂直線圈平面方向上的重量，B⊥＝Bsinθ，如圖乙所示。二者磁通量相等，Φ＝BSsinθ。3．磁通量的變化磁通量的變化，大概可分為以下幾種狀況：(1)磁感覺強(qiáng)度B不變，閉合電路的面積S發(fā)生變化，如圖a。(2)閉合電路的面積S不變，磁感覺強(qiáng)度B發(fā)生變化，如圖b。(3)磁感覺強(qiáng)度B和閉合電路的面積S都不變，它們之間的夾角α發(fā)生變化，如圖c。[典例]以以下圖，有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場，B＝0.8T，磁場有顯然的圓形界限，圓心為O，半徑為1cm?，F(xiàn)于紙面內(nèi)先后放上圓線圈A、B、C，圓心均處于O處，線圈A的半徑為1cm,10匝；線圈B的半徑為2cm,1匝；線圈C的半徑為0.5cm,1匝。問：(1)在B減為0.4T的過程中，線圈A和線圈B中的磁通量變化多少？(2)在磁場轉(zhuǎn)過30°角的過程中，線圈C中的磁通量變化了多少？(3)在磁場轉(zhuǎn)過180°角的過程中，線圈C中的磁通量變化了多少？[思路點(diǎn)撥]解答此題應(yīng)掌握以下三點(diǎn)：(1)磁通量與線圈匝數(shù)沒關(guān)。(2)當(dāng)線圈平面與磁場不垂直時，應(yīng)分解B或取S在與B垂直的平面上的投影面積。(3)磁感線反向穿過線圈平面時，Φ為負(fù)值。[分析](1)由題意知線圈B與線圈A中的磁通量素來相同，故它們的變化量也相同。ΔΦ＝(B2－B1)·πr2≈－1.26×10－4Wb。所以，線圈A和線圈B中的磁通量都減少1.26×10－4Wb。(2)對線圈C，Φ1＝B·πr′2，當(dāng)磁場轉(zhuǎn)過30°時，Φ2＝B·πr′2cos30°，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·πr′2(cos30°－1)＝－8.41×10－6Wb。所以，線圈C中的磁通量減少8.41×10－6Wb。(3)磁場轉(zhuǎn)過180°后，磁感線從另一側(cè)穿過線圈，若取Φ1為正，則Φ2為負(fù)，有：Φ1＝Bπr′2，Φ2＝－Bπr′2，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2Bπr′2＝－1.26×10－4Wb。故線圈C中的磁通量變化了1.26×10－4Wb。[答案](1)都減少1.26×10－4Wb(2)減少了8.41×10－6Wb(3)1.26×10－4Wb磁通量的計(jì)算公式中S為有效面積，以以下圖，穿過方框a、b的磁通量相等，而不是Φa<Φb。1.以以下圖，a、b、c三個閉合線圈放在同一平面內(nèi)，當(dāng)線圈a中有電流I經(jīng)過時，穿過三個線圈的磁通量分別為Φa、Φb、Φc，則()A．Φa<Φb<ΦcB．Φa>Φb>ΦcC．Φa<Φc<ΦbD．Φa>Φc>Φb分析：選B當(dāng)a中有電流經(jīng)過時，穿過a、b、c三個閉合線圈垂直紙面向里的磁感線條數(shù)相同多，向外的磁感線的條數(shù)c最多，其次是b，a中沒有向外的磁感線，所以穿過閉合線圈的凈磁感線條數(shù)a最多，b次之，c最少，即Φa>Φb>Φc，選項(xiàng)B正確。2.以以下圖，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1平移到2，第二次將線框繞cd邊翻轉(zhuǎn)到2，設(shè)先后兩次經(jīng)過線框的磁通量變化分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則()A．ΔΦ1>ΔΦ2B．ΔΦ1<ΔΦ2C．ΔΦ1＝ΔΦ2D．沒法確立分析：選B設(shè)線框在地點(diǎn)1時的磁通量為Φ1，在地點(diǎn)2時的磁通量為Φ2，直線電流產(chǎn)生的磁場在1處比在2處要強(qiáng)，若平移線框，則ΔΦ1＝Φ1－Φ2，若轉(zhuǎn)動線框，磁感線是從線框的正反兩面穿過的，一正一負(fù)，所以ΔΦ2＝Φ1＋Φ2。依據(jù)分析知：ΔΦ1<ΔΦ2，選項(xiàng)B正確。感覺電流能否產(chǎn)生的判斷[典例]以以下圖，矩形線框abcd由靜止開始運(yùn)動，若要使線框中產(chǎn)生感覺電流且磁通量漸漸變大，則線框的運(yùn)動狀況應(yīng)當(dāng)是()A．向右平動(ad邊還沒有進(jìn)入磁場)B．向上平動(ab邊還沒有走開磁場)C．以bc邊為軸轉(zhuǎn)動(ad邊還沒有轉(zhuǎn)入磁場)D．以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(轉(zhuǎn)角不超出90°)[思路點(diǎn)撥]解答此題時應(yīng)掌握以下兩點(diǎn)：(1)產(chǎn)生感覺電流的條件是穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化。(2)判斷線框做各樣運(yùn)動時穿過線框的磁通量能否發(fā)生變化。[分析]選項(xiàng)A和D所描繪的狀況，線框在磁場中的有效面積S均發(fā)生變化(A狀況下S增大，D狀況下S變小)，穿過線框的磁通量均改變，由產(chǎn)生感覺電流的條件知線框中會產(chǎn)生感覺電流。而選項(xiàng)B、C所描繪的狀況中，線框中的磁通量均不改變，不會產(chǎn)生感覺電流。D中磁通量的大小變小。[答案]A判斷產(chǎn)生感覺電流的條件應(yīng)注意的問題(1)磁通量有變化，但回路沒閉合，不產(chǎn)生感覺電流。(2)閉合回路切割磁感線，但磁通量沒變，不產(chǎn)生感覺電流。(3)初、末地點(diǎn)磁通量相同，但過程中閉合回路磁通量有變化，產(chǎn)生感覺電流。(4)線圈有正反兩面，磁感線穿過的方向不一樣樣，磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感覺電流?？傊?，無論什么狀況，只需知足同時電路閉合和磁通量發(fā)生變化這兩個條件，就必定產(chǎn)生感覺電流；反過來說，只需產(chǎn)生了感覺電流，那么電路必定是閉合的，穿過該電路的磁通量也必定發(fā)生了變化。1．[多項(xiàng)選擇]以以下圖均為閉合線框在磁場中運(yùn)動，請判斷能產(chǎn)生感覺電流的狀況()分析：選CD產(chǎn)生感覺電流的條件是穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，A、B沒有磁通量的變化，所以沒有感覺電流，C、D是閉合回路，同時磁通量發(fā)生變化，所以產(chǎn)生感覺電流。2．以以下圖，條形磁鐵以速度v向螺線管湊近，下邊幾種說法中正確的選項(xiàng)是()A．螺線管中不會產(chǎn)生感覺電流B．螺線管中會產(chǎn)生感覺電流C．只有磁鐵速度足夠大時，螺線管中才能產(chǎn)生感覺電流D．只有在磁鐵的磁性足夠強(qiáng)時，螺線管中才會產(chǎn)生感覺電流分析：選B螺線管所在的回路是閉合的，當(dāng)條形磁鐵向螺線管湊近時，穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感覺電流。3．在“研究感覺電流的產(chǎn)生”的實(shí)驗(yàn)中，小明的四次實(shí)驗(yàn)狀況分別以以下圖。(1)有同學(xué)說：“只需閉合電路中的一部分導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動，就會產(chǎn)生感覺電流?！蹦阋詾樗恼f法對嗎？______________，圖________可支持你的結(jié)論。(2)研究感覺電流的方向跟磁場方向和導(dǎo)體運(yùn)動方向之間的關(guān)系。A．依據(jù)圖甲和圖乙的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能夠得出結(jié)論：_________________________。B．依據(jù)圖乙和圖丁的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能夠得出結(jié)論：_________________________________。分析：(1)一部分導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動磁通量不用然發(fā)生變化，所以不用然發(fā)生電磁感覺現(xiàn)象，也就不用然產(chǎn)生感覺電流，圖丙中指針不偏轉(zhuǎn)就說明這一結(jié)論。(2)A項(xiàng)，圖甲和圖乙是采納控制變量法的比較實(shí)驗(yàn)，即保持磁場方向不變的狀況下，研究指針的偏轉(zhuǎn)方向(感覺電流的方向)與導(dǎo)體的運(yùn)動方向間的關(guān)系。B項(xiàng)，圖乙和圖丁也是采納控制變量法的比較實(shí)驗(yàn)，即保持導(dǎo)體運(yùn)動方向不變的狀況下，研究指針的偏轉(zhuǎn)方向(感覺電流的方向)與磁場方向間的關(guān)系。答案：(1)不對丙(2)A項(xiàng)，當(dāng)磁場方向不變時，感覺電流的方向與導(dǎo)體的運(yùn)動方向相關(guān)B項(xiàng)，當(dāng)導(dǎo)體的運(yùn)動方向不變時，感覺電流的方向與磁場的方向相關(guān)1．對于磁通量的看法，以下說法中正確的選項(xiàng)是()A．磁感覺強(qiáng)度越大，穿過閉合回路的磁通量也越大B．磁感覺強(qiáng)度越大，線圈面積越大，則磁通量也越大C．穿過線圈的磁通量為零，但磁感覺強(qiáng)度不用然為零D．磁通量發(fā)生變化，必定是磁場發(fā)生變化惹起的分析：選C穿過閉合回路的磁通量大小取決于磁感覺強(qiáng)度、回路所圍面積以及二者夾角三個要素，所以只知道此中一個或兩個要素沒法確立磁通量的變化狀況，A、B項(xiàng)錯誤；相同由磁通量的特色，也沒法判斷此中一個要素的狀況，C項(xiàng)正確，D項(xiàng)錯誤。2.以以下圖，半徑為R的圓形線圈共有n匝，此中心地點(diǎn)處半徑為r的范圍內(nèi)有勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直線圈平面，若磁感覺強(qiáng)度為B，則穿過線圈的磁通量為()A．πBR2B．πBr2C．nπBR2D．nπBr2分析：選B由磁通量的定義式知Φ＝BS＝πBr2，故B正確。3.以以下圖，AB是水平面上一個圓的直徑，在過AB的豎直面內(nèi)有一根通電直導(dǎo)線CD，已知CD∥AB。當(dāng)CD豎直向上平移時，電流的磁場穿過圓面積的磁通量將()A．漸漸增大B．漸漸減小C．素來為零D．不為零，但保持不變分析：選C因?yàn)橥娭睂?dǎo)線CD位于AB的正上方，依據(jù)安培定章可知，通電直導(dǎo)線CD產(chǎn)生的磁感線在以AB為直徑的圓內(nèi)穿入和穿出的條數(shù)相同，所以無論電流怎么變化，導(dǎo)線下邊圓內(nèi)部的磁通量素來為0。4.以以下圖，通電螺線管水平固定，OO′為其軸線，a、b、c三點(diǎn)在該軸線上，在這三點(diǎn)處各放一個圓滿相同的小圓環(huán)，且各圓環(huán)平面垂直于OO′軸。則對于這三點(diǎn)的磁感覺強(qiáng)度Ba、Bb、Bc的大小關(guān)系及穿過三個小圓環(huán)的磁通量Φa、Φb、Φc的大小關(guān)系，以下判斷正確的選項(xiàng)是()A．Ba＝Bb＝Bc，Φa＝Φb＝ΦcB．Ba>Bb>Bc，Φa<Φb<ΦcC．Ba>Bb>Bc，Φa>Φb>ΦcD．Ba>Bb>Bc，Φa＝Φb＝Φc分析：選C越湊近螺線管的地方磁場的磁感覺強(qiáng)度越強(qiáng)，由題圖知，a、b、c三點(diǎn)的磁感覺強(qiáng)度Ba、Bb、Bc的大小關(guān)系為Ba>Bb>Bc；三個小圓環(huán)的面積相同，依據(jù)磁通量的定義Φ＝BS可知，Φa>Φb>Φc，所以A、B、D錯，C正確。5．[多項(xiàng)選擇]以以下圖，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)軌自由挪動的金屬棒ab、cd，與導(dǎo)軌接觸優(yōu)秀。這兩條金屬棒ab、cd的運(yùn)動速度分別是v1、v2，且井字形回路中有感覺電流經(jīng)過，則兩金屬棒的運(yùn)動狀況可能是()A．v1＞v2B．v1＜v2C．v1＝v2D．沒法確立分析：選AB只需金屬棒ab、cd的運(yùn)動速度不相等，穿過井字形回路的磁通量就發(fā)生變化，閉合回路中就會產(chǎn)生感覺電流。應(yīng)選項(xiàng)A、B正確。6.以以下圖，一有限范圍的勻強(qiáng)磁場，寬度為d，將一邊長為l的正方形導(dǎo)線框以速度v勻速地經(jīng)過磁場所區(qū)，若d>l，則線框中不產(chǎn)生感覺電流的時間應(yīng)等于()A.eq\f(d,v)B.eq\f(l,v)C.eq\f(d－l,v)D.eq\f(d－2l,v)分析：選C當(dāng)線框剛剛圓滿進(jìn)入磁場時至線框剛剛出磁場時，經(jīng)過線框的磁通量不發(fā)生變化，線框中不會產(chǎn)生感覺電流，C正確。7.以以下圖，在條形磁鐵的外面套著一個閉合金屬彈簧線圈P，現(xiàn)使勁從四周拉彈簧線圈，使線圈包圍的面積變大，則以下對于穿過彈簧線圈磁通量的變化以及線圈中能否有感覺電流產(chǎn)生的說法中，正確的選項(xiàng)是()A．磁通量增大，有感覺電流產(chǎn)生B．磁通量增大，無感覺電流產(chǎn)生C．磁通量減小，有感覺電流產(chǎn)生D．磁通量減小，無感覺電流產(chǎn)生分析：選C此題中條形磁鐵磁感線的散布以以下圖(從上向下看)。磁通量是指穿過一個面的磁感線的多少，因?yàn)榇怪奔埫嫦蛲獾暮痛怪奔埫嫦蚶锏拇鸥芯€要抵消一部分，當(dāng)彈簧線圈P的面積擴(kuò)大時，垂直紙面向里的磁感線條數(shù)增添，而垂直紙面向外的磁感線條數(shù)是必定的，故穿過這個面的磁通量將減小，回路中會有感覺電流產(chǎn)生，選項(xiàng)C正確。8.以以下圖，大圓導(dǎo)線環(huán)A中通有逆時針方向的電流，在導(dǎo)線環(huán)所在平面內(nèi)有一個圓B，它的一半面積在A環(huán)內(nèi)，另一半面積在A環(huán)外，則穿過圓B的磁通量()A．為零B．垂直環(huán)面向里C．垂直環(huán)面向外D．條件不足，沒法判斷分析：選C因?yàn)橥妼?dǎo)線環(huán)的磁場的磁感線是中心密集、外面罕見，所以穿過圓B的合磁通量是垂直環(huán)面向外的，選項(xiàng)C正確。9.兩根通電直導(dǎo)線M、N都垂直紙面固定擱置，經(jīng)過它們的電流方向以以下圖，線圈的平面跟紙面平行，現(xiàn)將線圈從地點(diǎn)A沿M、N連線的中垂線快速平移到地點(diǎn)B，則在平移過程中，線圈中的感覺電流()A．沿順時針方向，且愈來愈小B．沿逆時針方向，且愈來愈大C．素來為零D．先沿順時針方向，后沿逆時針方向分析：選C由安培定章可判斷出AB連線上的磁場方向平行于紙面，所以穿過線圈的磁通量素來為零，線圈中不產(chǎn)生感覺電流，應(yīng)選C。10.[多項(xiàng)選擇]以以下圖，在同一鐵芯上有A和C兩個線圈，此中A線圈與滑動變阻器、電源、開關(guān)相連，C線圈兩頭與敏捷電流計(jì)相連。在以下采納的做法中，能使敏捷電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)的是()A．開關(guān)S閉合的瞬時B．開關(guān)S閉合后，變阻器滑片P向右滑動C．開關(guān)S閉合后，變阻器滑片P保持不動D．開關(guān)S斷開的瞬時分析：選ABD當(dāng)開關(guān)S閉合瞬時，A線圈中電流變化，磁通量變化，使C線圈中的磁通量變化，產(chǎn)生感覺電流，敏捷電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，選項(xiàng)A