2019_2020版高中物理第四章电磁感应1～2划时代的发现探究感应电流的产生条件教案新人教版.docx

划时代的发现 探究感应电流的产生条件学科素养与目标要求物理观念：能够从分析归纳感应电流产生条件的过程中，加深对磁通量的概念及其变化的理解，形成“磁生电”的认识.科学探究：1.了解探究感应电流产生条件的实验方法.2.经历探究过程，综合信息得出感应电流产生的条件.科学思维：从有序设计的系列递进实验，用归纳思想得出产生感应电流的一般性条件，并会判断分析具体实例.科学态度与责任：了解人类探究电磁感应现象的过程，体会并培养探究自然规律的科学态度和科学精神.一、划时代的发现1.丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动，这种作用称为电流的磁效应，揭示了电现象与磁现象之间存在密切联系.2.英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”现象，他把这种现象命名为电磁感应.产生的电流叫做感应电流.二、感应电流的产生条件只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流.1.判断下列说法的正误.(1)若把导线东西放置，当接通电源时，导线下面的小磁针一定会发生转动.()(2)奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象.()(3)小磁针在通电导线附近发生偏转的现象是电磁感应现象.()(4)通电线圈在磁场中转动的现象是电流的磁效应.()2.如图1所示，条形磁铁A沿竖直方向插入线圈B的过程中，电流表G的指针_(填“不偏转”或“偏转”)；若条形磁铁A在线圈B中保持不动，电流表G的指针_(填“不偏转”或“偏转”).图1答案偏转不偏转一、磁通量及其变化如图所示，闭合导线框架的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B.(1)分别求出BS(图示位置)和BS(线框绕OO转90)时，穿过闭合导线框架平面的磁通量.(2)由图示位置绕OO转过60时，穿过框架平面的磁通量为多少？这个过程中磁通量变化了多少？答案(1)BS0(2)BS减少了BS1.对磁通量的理解(1)磁通量表示穿过某一面积的磁感线条数的多少，与线圈匝数无关.(2)磁通量是标量，但有正、负，其正、负分别表示与规定的穿入方向相同、相反.2.匀强磁场中磁通量的计算(1)B与S垂直时，BS.(2)B与S不垂直时，BS(S为线圈在垂直磁场方向上的投影面积)或BS(B为B垂直于线圈平面的分量).如图2所示，BSsin .图23.磁通量的变化大致可分为以下几种情况：(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化.如图3(a)所示.(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化.如图(b)所示.(3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化.如图(c)所示.图3例1如图4所示，有一垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为r.现于纸面内先后放上圆形线圈A、B、C，圆心均处于O处，线圈A的半径为r，10匝；线圈B的半径为2r，1匝；线圈C的半径为，1匝.图4(1)在磁感应强度B减为的过程中，线圈A和线圈B中的磁通量变化了多少？(2)在磁场转过90角的过程中，线圈C中的磁通量变化了多少？转过180角呢？答案(1)A、B线圈的磁通量均减少了(2)减少了Br2减少了Br2解析(1)A、B线圈中的磁通量始终一样，故它们的变化量也一样.r2即A、B线圈中的磁通量都减少了(2)对线圈C，1Br2Br2当磁场转过90时，20，故121Br2当转过180时，磁感线从另一侧穿过线圈，若取1为正，则3为负，有3Br2，故231Br2.例2磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图5所示，通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框由位置1绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变化量的大小分别为1和2，则()图5A.12 B.12C.12.将闭合线框从位置1平移到位置2，穿过闭合线框的磁感线方向不变，所以1|21|12；将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2，穿过闭合线框的磁感线反向，所以2|(2)1|12(以原来磁感线穿过的方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向)，故正确选项为C.二、感应电流产生的条件1.实验：探究感应电流产生的条件(1)如图6所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中_电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中_电流产生.(均填“有”或“无”)图6(2)如图7所示，当条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中_电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中_电流产生.(均填“有”或“无”)图7(3)如图8所示，将小螺线管A插入大螺线管B中不动，当开关S闭合或断开时，电流表中_电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中_电流通过；而开关一直闭合，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表中_电流通过.(填“有”或“无”)图8(4)归纳总结：实验一中：导体棒切割磁感线运动，回路面积发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流.实验二中：磁铁插入或拔出线圈时，线圈中的磁场发生变化，从而引起了磁通量的变化，产生了感应电流.实验三中：开关闭合、断开、滑动变阻器的滑动触头移动时，A线圈中电流变化，从而引起穿过B的磁通量变化，产生了感应电流.三个实验共同特点是：产生感应电流时闭合回路的磁通量都发生了变化.答案(1)有无(2)有无(3)有有无2.感应电流产生条件的理解不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生感应电流；反之，只要产生了感应电流，那么电路一定是闭合的，且穿过该电路的磁通量也一定发生了变化.例3(多选)下图中能产生感应电流的是()答案BD解析A选项中，电路没有闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，通过闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过圆环的磁感线相互抵消，磁通量恒为零，无感应电流；D选项中，穿过闭合电路的磁通量减小，有感应电流.学科素养本题通过分析四种情况是否有感应电流的产生，加深了学生对磁通量概念、磁通量的变化的理解，进一步掌握感应电流产生的两个条件：(1)闭合电路；(2)磁通量发生变化；二者缺一不可.通过这样的训练锻炼了学生的归纳思维能力，较好地体现了“物理观念”和“科学思维”的学科素养.针对训练(多选)如图9所示装置，在下列各种情况中，能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是()图9A.开关S闭合的瞬间B.开关S闭合后，电路中电流稳定时C.开关S闭合后，滑动变阻器滑片滑动的瞬间D.开关S断开的瞬间答案ACD1.(电磁感应现象的认识)(2018南通市高二上学期调研)下列现象中，属于电磁感应现象的是()A.通电线圈在磁场中转动B.因闭合线圈在磁场中运动而产生电流C.磁铁吸引小磁针D.小磁针在通电导线附近发生偏转答案B解析线圈在磁场中由于磁通量的变化而产生电流的现象叫电磁感应，B正确.A中通电线圈在磁场中转动是因为受安培力作用，A错误.D是电流的磁效应，D错误.C中磁铁吸引小磁针是磁场的作用，C错误.2.(对磁通量的理解)如图10所示，a、b是两个同平面、同心放置的金属圆环，条形磁铁穿过圆环中心且与两环平面垂直，则穿过两圆环的磁通量a、b的大小关系为()图10A.abB.abC.abD.不能比较答案A解析条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是：磁铁内、外磁感线的条数相同；磁铁内、外磁感线的方向相反；磁铁外部磁感线的分布是两端密、中间疏.两个同心放置的同平面的金属圆环与条形磁铁垂直且条形磁铁在圆环内时，通过圆环的磁感线的俯视图如图所示，穿过圆环的磁通量进出，由于两圆环面积SaSb，两圆环的进相同，而出ab，故A正确.3.(产生感应电流的判断)(多选)如图所示，正方形线圈处在电流恒定的长直导线形成的磁场中：A向右平动，B向下平动，C绕轴转动(ad边向外)，D向上平动(D线圈有个缺口).则线圈中能产生感应电流的是()答案BC解析在通电长直导线的磁场中，四个线圈所处位置的磁通量都是垂直于纸面向里的，离导线越远，磁场就越弱.A向右平动，穿过线圈的磁通量没有变化，故A线圈中没有产生感应电流；B向下平动，穿过线圈的磁通量减少，必产生感应电流；C绕轴转动，穿过线圈的磁通量不断变化，必产生感应电流；D向上平动，穿过线圈的磁通量增加，但由于线圈不闭合，因此无感应电流.4.(产生感应电流的条件)(2018上海鲁迅中学高二上学期期末)图11为“研究感应电流产生的条件”的实验电路图.图11(1)请在图中连线，把实验装置连接完整.(2)开始实验时，滑动变阻器滑片P应该放置在_(填“a”或“b”)端.(3)闭合开关后，请写出三种使线圈B中产生感应电流的方法：_；_；_.答案(1)见解析图(2)a(3)断开开关插入或拔出线圈A移动滑动变阻器的滑片解析(1)将电源、开关、滑动变阻器、线圈A串联成一个回路，注意滑动变阻器接一上一下两个接线柱，再将灵敏电流计与线圈B串联成另一个回路，电路图如图所示.(2)由图示电路图可知，滑动变阻器采用限流式接法，为保护电路应该使接入电路的电阻最大，在闭合开关S前，滑动变阻器滑片P应置于a端.(3)开关S闭合后还有多种方法能使线圈B中产生感应电流，如：移动滑动变阻器的滑片、线圈A在线圈B中插入或拔出、断开开关等.一、选择题考点一电磁感应现象的发现与认识1.许多科学家在物理学发展中做出了重要贡献，下列表述中正确的是()A.牛顿测出引力常量B.法拉第发现电磁感应现象C.安培提出了磁场对运动电荷的作用力公式D.奥斯特总结并确认了真空中两个静止点电荷之间的相互作用规律答案B2.在法拉第时代，下列验证“由磁产生电”设想的实验中，能观察到感应电流的是()A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路，然后观察电流表示数的变化B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈，一段时间后观察电流表示数的变化C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接，往线圈中插入条形磁铁后，再到相邻房间去观察电流表示数的变化D.绕在同一铁环上的两个线圈，分别接电源和电流表，在给线圈通电或断电的瞬间，观察电流表示数的变化答案D解析同时满足电路闭合和穿过电路的磁通量发生变化这两个条件，电路中才会产生感应电流，本题中的A、B选项都不会使电路中的磁通量发生变化，并不满足产生感应电流的条件，故都不正确.C选项中磁铁插入线圈时，虽有短暂电流产生，但未能及时观察，C项错误.在给线圈通电、断电瞬间，会引起穿过另一线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，因此D项正确.考点二磁通量及其变化的分析3.如图1所示，虚线框内有匀强磁场，大环和小环是垂直于磁场方向同心放置的两个圆环，分别用1和2表示穿过大、小两环的磁通量，则有()图1A.12B.12C.12D.无法确定答案C解析对于大环和小环来说，磁感线的净条数没有变化，所以选C.4.如图2所示，线圈ABCO的面积为0.4 m2，匀强磁场的磁感应强度B0.1 T，方向为x轴正方向.在线圈由图示位置绕z轴向下转过60的过程中，通过线圈的磁通量改变量为()图2A.3.46102 WbB.2102 WbC.0D.4102 Wb答案A解析在题图实线位置时，线圈平面与磁场方向平行，通过线圈的磁通量10；当线圈由题图所示位置绕z轴向下转过60时，磁通量为2BSsin 600.10.4 Wb3.46102 Wb，则通过线圈的磁通量改变量为213.46102 Wb，A正确.5.如图3所示为一水平放置的条形磁铁，一闭合线框abcd位于磁铁的左端，线框平面始终与磁铁的上表面垂直，并与磁铁的端面平齐.当线框由图中位置经过中间位置到达位置时，穿过线框的磁通量变化情况为()图3A.不发生变化B.先减少后增加C.先增加后减少D.不能确定答案B解析条形磁铁的磁感线分布如图所示，两端磁感线分布密集，中间磁感线分布稀疏，线框在位置时磁通量最小，故从经到，磁通量先减少后增加，选项B正确.6.如图4所示，固定的长直导线中通有恒定电流，一矩形线框从abcd位置平移到abcd位置的过程中，关于穿过线框的磁通量情况，下列叙述正确的是 (线框平行于纸面)()图4A.一直增加B.一直减少C.先增加后减少D.先增加，再减少到零，然后再增加，然后再减少答案D解析离导线越近，磁场越强，当线框从左向右靠近导线的过程中，穿过线框的磁通量增大，当线框跨在导线上向右运动时，磁通量减小，当导线在线框正中央时，磁通量为零，从该位置向右，磁通量又增大，当线框离开导线向右运动的过程中，磁通量又减小，故D正确.考点三有无感应电流的判断7.(多选)下列选项中的操作能使如图5所示的三种装置产生感应电流的是()图5A.甲图中，使导体棒AB顺着磁感线运动B.乙图中，使条形磁铁插入或拔出线圈C.丙图中，开关S保持闭合，使小螺线管A插入大螺线管B中不动D.丙图中，开关S保持闭合，使小螺线管A插入大螺线管B中不动，移动滑动变阻器的滑片答案BD解析A中导体棒顺着磁感线运动，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化，无感应电流，故A错误；B中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加，拔出线圈时线圈中的磁通量减少，线圈中都能产生感应电流，故B正确；C中开关S一直接通，回路中为恒定电流，螺线管A产生的磁场稳定，螺线管B中的磁通量无变化，无感应电流，故C错误；D中开关S接通，小螺线管A插入大螺线管B中不动，移动滑动变阻器的滑片使闭合回路中的电流变化，从而使螺线管A产生的磁场变化，故螺线管B中的磁通量变化，有感应电流，故D正确.8.(2018南通中学高二上学期期中)如图所示，矩形线框在足够大的匀强磁场中做的各种运动中，能够产生感应电流的是()答案B解析矩形线框中磁通量变化的只有B图，因此只有B图能产生感应电流，故选B.9.(多选)(2018广南县一中高二上学期月考)如图6所示，线圈abcd在磁场区域ABCD中，下列哪种情况下线圈中有感应电流产生()图6A.把线圈变成圆形(周长不变)B.使线圈在磁场中加速平移C.使磁场增强或减弱D.使线圈以过ab的直线为轴旋转答案ACD解析把线圈变成圆形(周长不变)，线圈面积变大，通过线圈的磁通量增大，线圈中有感应电流产生，A正确；使线圈在磁场中加速平移，通过线圈的磁通量不变，线圈中没有感应电流产生，B错误；使磁场增强或减弱，通过线圈的磁通量增大或减小，线圈中有感应电流产生，C正确；使线圈以过ab的直线为轴旋转，线圈在磁场中的有效面积发生变化，线圈中磁通量发生变化，线圈中有感应电流产生，D正确.10.(多选)如图7所示，线圈和线圈绕在同一个铁芯上，下列情况中能引起电流计指针转动的是()图7A.闭合开关瞬间B.开关闭合稳定后C.开关闭合稳定后移动滑动变阻器的滑片D.断开开关瞬间答案ACD解析开关闭合瞬间线圈中电流从无到有，穿过线圈的磁通量也从无到有，线圈中产生感应电流，电流计有示数.开关闭合稳定后，线圈中电流稳定不变，穿过线圈的磁通量稳定不变，线圈