2019-2020学年高中物理 第一章 电磁感应 第1节 电磁感应的发现 第2节 感应电流产生的条件学案 教科版选修3-2

第1节电磁感应的发现 第2节感应电流产生的条件1.了解电磁的相关物理学史及电磁感应现象的发现过程，知道电磁感应现象和感应电流2.明确感应电流产生条件的实验探究过程，掌握产生感应电流的条件(重点难点)3.理解磁通量的概念，掌握其计算方法，会分析判断通过电路的磁通量的变化情况(重点难点)一、奥斯特实验的启迪1820年，奥斯特发现了电流的磁效应根据对称性，很多物理学家做了不少“磁生电”的实验都以失败告终.1821年，法拉第全身投入“磁生电”的研究中二、电磁感应现象的发现11831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，并将“磁生电”的现象分为五类：(1)变化中的电流；(2)变化中的磁场；(3)运动中的恒定电流；(4)运动中的磁铁；(5)运动中的导线2由电磁感应现象产生的电流叫感应电流法拉第时代，还没有电流表，在“磁生电”的实验研究中，法拉第是怎样检测电流的呢？提示：利用电流的磁效应，在南北方向的导线下放一可旋转的小磁针当导线中有电流时，小磁针就发生转动，当导线中无电流时，小磁针就指南北极三、电磁感应规律的发现及其对社会发展的意义1法拉第在发现感应电流之后，通过大量的实验，又归纳总结出电磁感应的规律，并发明了人类历史上第一台感应发电机2电磁感应的发现不仅对物理学和现代技术的发展做出了划时代的贡献，而且对整个现代文明的发展有着深刻的影响；电磁感应的发现使人们发明了发电机、变压器、感应电动机等，麦克斯韦在此基础上建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在四、探究感应电流的产生条件探究1：导体在磁场中做切割磁感线的运动如图甲所示，将导轨、可移动导体ab放置在磁场中，并和电流计组成闭合回路，把实验现象记录在下表中实验操作实验现象(有无电流)导体棒静止无导体棒左右运动有导体棒上下运动无甲乙探究2：通过闭合回路的磁场发生变化如图乙所示，螺线管b套在螺线管a外边，螺线管a经过滑动变阻器和开关与电池相连构成直流电路；螺线管b接电流计构成闭合电路将实验现象填入下表中观察操作电流计指针的摆动情况螺线管b匝数少螺线管b匝数多螺线管ab相互垂直开关接通瞬间轻微摆动较大摆动不摆动电流稳定不摆动不摆动不摆动开关断开瞬间轻微摆动较大摆动不摆动滑动片快速推动较大摆动最大摆动不摆动滑动片缓慢推动轻微摆动较大摆动不摆动五、产生感应电流的条件穿过闭合电路的磁通量发生变化时，这个闭合电路中就有感应电流产生磁通量及其变化的理解及计算1对磁通量的认识(1)b与s垂直时(匀强磁场中)：bs.b指匀强磁场的磁感应强度，s为线圈的面积(2)b与s不垂直时(匀强磁场中)：bs.s为线圈在垂直磁场方向上的有效面积，在应用时可将s分解到与b垂直的方向上，如图所示bssin .(3)某面积内有相反方向的磁场时：分别计算不同方向的磁场的磁通量，然后规定某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，求其代数和2磁通量变化的几种形式磁通量的变化一般有四种情形：(1)b不变，s变化，则bs(2)b变化，s不变，则bs(3)b变化，s也变化，则b2s2b1s1(4)b不变，s不变，变化，则bs(sin 2sin 1)在求磁通量的变化量时要注意：磁通量是标量，若规定穿入线圈正面的方向为正，则从线圈背面方向穿入时磁通量为负，在线圈翻转180时，磁通量的变化应等于其绝对值之和，而不是绝对值之差，磁通量的正、负不表示方向，是为了计算磁通量变化而引入的 命题视角1和的定性分析磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图所示，通过恒定电流的导线mn与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移到位置2，第二次将线框绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变化分别为1和2，则()a12b12c12.将闭合线框从位置1平移到位置2，磁感线是从闭合线框的同一面穿过的，所以1|21|12；将闭合线框从位置1绕cd边转到位置2，磁感线分别从闭合线框的正反两面穿过，所以2|(2)1|12(以原来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.答案c 命题视角2和的定量计算如图所示，有一个垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度b0.8 t，磁场有明显的圆形边界，圆心为o，半径为1 cm.在纸面内先后放不同的圆形线圈，圆心均在o处，a线圈半径为1 cm，10匝；b线圈半径为2 cm，1匝；c线圈半径为0.5 cm，1 匝(1)在磁感应强度b减小为0.4 t的过程中，线圈a和b中磁通量变化量的大小分别为多少？(2)当磁感应强度维持0.8 t不变而方向转过30，在此过程中线圈c中磁通量变化量的大小为多少？思路点拨 本题涉及磁通量及磁通量变化量的计算，必须明确不同情况下磁通量变化量的计算方法，同时要注意磁通量正负的意义及磁通量与线圈匝数无关解析(1)对a线圈：1b1r2，2b2r2，磁通量变化量的大小a|21|(0.80.4)3.14(1102)2wb1.3104wb.对b线圈：磁通量变化量的大小b|21|(0.80.4)3.14(1102)2wb1.3104wb.(2)对c线圈：1br2磁场方向转过30时，2br2cos 30磁通量变化量的大小c|21|br2(1cos 30)0.83.14(5103)2(10.866)wb8.4106wb.答案(1)1.3104wb1.3104wb(2)8.4106wb求解磁通量变化量时应注意其变化是由何种原因引起的另外还要注意：(1)求解磁通量的变化量时要取有效面积；(2)磁通量的变化与线圈的匝数无关；(3)磁感线从不同侧面穿过线圈时磁通量的正负不同 命题视角3导线切割磁感线引起的磁通量的变化(多选)如图所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流通过，则可能()av1v2bv1出，即c0，当切断导线中电流后，经过一定时间，穿过线圈的磁通量c减小为0，所以c中有感应电流产生d中线圈的磁通量d不为0，当电流切断后，d最终也减小为0，所以d中也有感应电流产生10如图所示，a、b两回路中各有一开关s1、s2，且回路a中接有电源，回路b中接有灵敏电流计，下列操作及相应的结果中可能的是()a先闭合s2，后闭合s1的瞬间，电流计指针偏转bs1、s2闭合后，在断开s2的瞬间，电流计指针偏转c先闭合s1，后闭合s2的瞬间，电流计指针偏转ds1、s2闭合后，在断开s1的瞬间，电流计指针偏转解析：选ad.回路a中有电源，当s1闭合后，回路中有电流，在回路的周围产生磁场，回路b中有磁通量，在s1闭合或断开的瞬间，回路a中的电流从无到有或从有到无，电流周围的磁场发生变化，从而使穿过回路b的磁通量发生变化，产生感应电动势，此时若s2是闭合的，则回路b中有感应电流，电流计指针偏转，所以选项a、d正确三、非选择题11为了探究“感应电流产生的条件”，甲同学将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈a、线圈b、电流计及开关如图连接，经乙同学检查后发现甲同学接线有误，应该_(用导线两端的字母符号表示错误连线的导线)乙同学认为：在实验开始前必须首先判断电流计指针的偏转方向与流入电表的电流方向的关系甲同学认为：此项实验操作没有必要你认为_同学的说法是正确的，理由是_.解析：甲同学接线有错误，接错的导线是gh，这根导线多余了，将导致开关失去作用该实验研究的是产生感应电流的条件，因为当大线圈中磁通量发生变化，即会产生感应电流，不需要考虑电流的方向所以甲同学说法是正确的，因为在探究感应电流产生条件时，不涉及电流的方向答案：拆除gh导线甲该实验只需判断有没有产生感应电流，不必判断感应电流的方向12如图所示，在边长为2l的正方形区域内存在着磁感应强度为b的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，有一边长为l的正方形导线框沿垂直磁场方向以速度v匀速通过磁场区域，从ab边刚进入磁场时开始计时(t0)(1)试指出哪些时间段线框中有感应电流产生；(2)画出磁通量随时间变化的图像解析：(1)线框进入磁场的过程，在0时间段内有感应电流产生；线框离开磁场过程，在时间段内有感应电流产生(2)如图所示，图中磁通量最大值mbsbl2.答案：见解析13如图所示，有一个100 匝的线圈，其横截面是边长为l0.20 m的正方形，放在磁感应强度b0.50 t的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形(横截面的周长不变)，则在这一过程中穿过线圈的磁通量改变