2019-2020学年高中物理 第3章 划时代的发现 1 法拉第的探索学案 沪科版选修1-1

法拉第的探索1了解电磁感应现象发现的历史过程体会对称思想和科学猜想在物理学发展中的重要作用2通过实验，知道电磁感应现象及其产生的条件3了解法拉第及其对电磁学的贡献，认识发现磁生电对推动电磁学理论和电磁技术发展的重要作用一、思维定势遭挫折1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，它揭示了电现象和磁现象之间存在某种联系许多科学家都寄希望于依靠强磁性磁铁或强电流使放在旁边的闭合线圈感应出电流，但都失败了二、偶然成功却迷茫1831年8月29日，法拉第发现了电磁感应现象如图所示，在软铁环的一边绕有三个线圈(便于改变匝数)，另一边绕有两个线圈，线圈a跟电源相连线圈b的两端用一根长导线连接起来，当线圈a通电或切断电源时，可以看到长导线下方的小磁针发生了偏转，说明线圈b中产生了电流三、顽强追求得真谛与线圈a相连的电源接通和断开时，会引起铁环中磁的变化，正是这个变化，才在线圈b中感应出电流来一、对法拉第实验的分析在实验中，无论磁场有多强，电流有多大，线圈b中都不会产生感应电流，只有当线圈a通电或断开时，或a线圈中电流发生变化时，线圈b中才会产生感应电流可以通过如下实验进行验证如图所示，在磁铁不动，闭合回路中的一部分导线在磁场中做切割磁感线运动时能产生电流同样，如果导线不动，磁场发生改变时，也可能产生电流二、感应电流产生条件的分析1产生感应电流的常见方法(1)闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动如图甲所示，导体ab做切割磁感线运动时，回路中有电流产生，而导体ab顺着磁感线运动时，回路中无电流产生(2)磁铁在线圈中运动如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但磁铁在线圈中静止不动时，回路中无电流产生(3)改变螺线管ab中的电流如图丙所示，将小螺线管ab插入大螺线管cd中不动，当开关s接通或断开时，电流表中有电流通过；若开关s一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中也有电流通过丙2产生感应电流的条件感应电流产生的条件是：无论是闭合回路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，还是穿过闭合回路的磁通量发生变化，都会引起穿过闭合回路的磁通量发生变化，在回路中就会有感应电流产生其条件可以归纳为两个：一是电路本身必须闭合，二是穿过回路本身的磁通量发生变化，主要体现在“变化”上，回路中有没有磁通量穿过不是产生感应电流的条件，如果穿过回路的磁通量很大但无变化，那么无论多大，都不会产生感应电流产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，而不是有磁通量，故整个线框完全在磁场中运动时，不产生感应电流题型1产生感应电流的条件如图所示，在有界匀强磁场中有一矩形线圈abcd垂直磁场放置，现使线圈做如下几种运动：(a)向上加速平移，(未出磁场)，(b)匀速向右平移，(c)绕ab边转90，其中线圈中能产生感应电流的是_思路点拨 在判断是否有感应电流时，除了确定是闭合电路外，要着重判断闭合电路在磁场中的面积是否变化，以及和磁感线的夹角是否发生变化，以确定磁通量是否变化，从而确定是否有感应电流产生解析要判断线圈中是否有感应电流产生，则需判断穿过线圈的磁通量是否发生变化在(a)中，穿过线圈平面的磁感线始终与线圈平面垂直且线圈在磁场中的面积未发生变化，所以穿过线圈的磁通量没有变化，线圈中没有感应电流产生在(b)中，线圈平移出磁场的过程中，在磁场中的面积逐渐减小，穿过线圈的磁通量在减少，所以线圈中有感应电流产生在(c)中，线圈从图示位置绕ab边转动90的过程中，线圈面积不变，但磁感线与线圈平面的夹角越来越小，穿过线圈的磁感线条数在减少，故磁通量越来越小，线圈中有感应电流产生答案(b)(c)题型2产生感应电流的实验探究如图所示，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正确的是()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，电流计指针偏转思路点拨 对于这类问题，首先要判断该电流的磁场方向，从而确定是否有磁感线穿过线圈平面，然后再根据电流的变化情况判断磁通量是否变化，若产生磁场的电流虽然发生了变化，但穿过线圈平面的磁通量始终为零，那么闭合回路中也不会产生感应电流解析回路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，电流表指针偏转所以 a、d正确答案ad1下列现象中涉及电磁感应的是()解析：选ba、d是磁场对运动电荷的作用，c是磁场对电流的作用，b是利用电磁感应现象2关于电磁感应现象，下列说法正确的是()a只要电路中的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，此电路中就必然有感应电流b只要闭合电路中的一部分导体在磁场中运动，此电路中就必然有感应电流c只要闭合电路中的磁通量发生变化，此电路中就必然有感应电流d只要闭合线圈在磁场中转动，此线圈中就一定有感应电流解析：选c产生感应电流必须同时满足电路闭合和磁通量变化这两个条件选项a不明确电路是否闭合，选项b不明确导体是否切割磁感线运动(磁通量是否变化)，故选项a、b错误选项d线圈在磁场中转动时，如果转轴平行于匀强磁场的磁感线，则磁通量不变，故选项d错误3若某处的地磁场为匀强磁场，一同学在该处手拿矩形线圈面向南方，如图所示，则能够使线圈中产生感应电流的操作是()a上下移动线圈b南北移动线圈c东西移动线圈d将线圈转到水平解析：选d根据感应电流的产生条件，只要让通过线圈中的磁通量发生变化，回路中就能产生感应电流根据该处地磁场分布，无论线圈是上下、南北、还是东西移动，通过线圈的磁通量均不变，不能产生感应电流而d项操作，线圈中的磁通量发生变化，能产生感应电流4如图所示，线圈m和线圈p绕在同一铁心上，则()a当合上开关s的瞬间，线圈p中没有感应电流b当合上开关s的瞬间，线圈p中有感应电流c当断开开关s的瞬间，线圈p中没有感应电流d当断开开关s的瞬间，线圈p中有感应电流解析：选bd闭合开关s的瞬间，线圈m中有电流通过，电流产生磁场，穿过线圈p的磁通量增大，线圈p中产生感应电流断开开关s的瞬间，线圈m中电流消失，电流产生的磁场消失，穿过线圈p的磁通量减小，线圈p中产生感应电流5如图所示的条形磁铁的上方，放置一矩形线框，线框平面水平且与条形磁铁平行，则线框在由n端匀速平移到s端的过程中，线框中感应电流的变化情况是()a线框中始终无感应电流b线框中始终