2024-2025学年高中物理第4章电磁感应1划时代的发现2探究感应电流的产生条件学案新人教版选修3-2

PAGE9-1划时代的发觉2探究感应电流的产生条件[学习目标]1.[物理观念]了解电磁感应现象及相关的物理学史．2.[科学探究]通过试验探究产生感应电流的条件．(重点、难点)3.[物理观念]能正确分析磁通量的变更状况．(重点)4.[科学思维]能运用感应电流的产生条件推断是否有感应电流产生．(重点、难点)一、划时代的发觉1．奥斯特梦圆“电生磁”：1820年，丹麦物理学家奥斯特发觉了电流的磁效应．2．法拉第心系“磁生电”：1831年，英国物理学家法拉第发觉了“磁生电”的现象，这种现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流．3．法拉第对引起感应电流的缘由的五类概括：二、探究感应电流的产生条件1．探究导体棒在磁场中运动是否产生电流(如图所示)：试验操作试验现象(有无电流)试验结论导体棒静止无闭合回路包围的面积A时，回路中有感应电流；包围的面积B时，回路中无感应电流(A.变更B.不变)导体棒平行磁感线运动无导体棒切割磁感线运动有2.探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流(如图所示)：试验操作试验现象(有无电流)试验结论N(或S)极插入线圈有线圈中的磁场A时，线圈中有感应电流；线圈中的磁场B时，线圈中无感应电流(A.变更B．不变)N(或S)极停在线圈中无N(或S)极从线圈中抽出有3.模拟法拉第的试验(如图所示)：试验操作试验现象(线圈B中有无电流)试验结论开关闭合瞬间有线圈B中磁场A时，线圈B中有感应电流；线圈B中磁场B时，线圈B中无感应电流(A.变更B．不变)开关断开瞬间有开关保持闭合，滑动变阻器滑片不动无开关保持闭合，快速移动滑动变阻器的滑片有4.感应电流产生的条件：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变更，闭合导体回路中就会产生感应电流．1．思索推断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)有电流即生磁场． (√)(2)有磁场即生电流． (×)(3)静止的电荷四周也能产生磁场． (×)(4)穿过闭合回路的磁通量发生变更，肯定产生感应电流． (√)2．首先发觉电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是()A．安培和法拉第 B．法拉第和楞次C．奥斯特和安培 D．奥斯特和法拉第D[1820年，丹麦物理学家奥斯特发觉了电流的磁效应，1831年，英国物理学家法拉第发觉了电磁感应现象，选项D正确．]3．下列选项中能产生感应电流的是()ABCDB[A项中线圈没有闭合，不能构成闭合回路，无感应电流产生，C项中穿过闭合线圈的磁通量始终为零，不发生变更，D项中，闭合线圈在匀强磁场中平动，穿过线圈的磁通量不变更，故A、C、D错误；B项中，闭合回路的面积增大，穿过回路的磁通量增大，有感应电流产生，故B正确．]磁通量Φ及其变更量ΔΦ的理解与计算1.对磁通量的三点理解(1)磁通量是标量，但是有正负．磁通量的正负不代表大小，只表示磁感线是怎样穿过平面的．即若以向里穿过某面的磁通量为正，则向外穿过这个面的磁通量为负．(2)若穿过某一面的磁感线既有穿出，又有穿入，则穿过该面的合磁通量为净磁感线的条数．(3)由Φ＝BS可知，磁通量的大小与线圈的匝数无关．2．匀强磁场中磁通量的计算(1)B与S垂直时：Φ＝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：Φ＝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，Φ＝BSsinθ.3．磁通量变更量的计算当B与S垂直时，通常有以下三种状况：(1)S不变，B变更，则ΔΦ＝ΔBS.(2)S变更，B不变，则ΔΦ＝B·ΔS.(3)B、S同时变更，则ΔΦ＝B2S2－B1S1.【例1】如图所示，有一垂直纸面对里的匀强磁场，B＝0.8T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1cm.现于纸面内先后放上圆线圈A、B、C，圆心均处于O处，线圈A的半径为1cm，10匝；线圈B的半径为2cm，1匝；线圈C的半径为0.5cm，1匝．问：(1)在B减为0.4T的过程中，线圈A和线圈B中的磁通量变更了多少？(2)在磁场转过30°角的过程中，线圈C中的磁通量变更了多少？(3)在磁场转过180°角的过程中，线圈C中的磁通量变更了多少？思路点拨：解答本题应把握以下三点：(1)磁通量与线圈匝数无关．(2)当线圈平面与磁场不垂直时，应分解B或取S在与B垂直的平面上的投影面积．(3)磁感线反向穿过线圈平面时，Φ为负值．[解析](1)由题意知线圈B与线圈A中的磁通量始终一样，故它们的变更量也一样．ΔΦ＝(B′－B)·πr2≈－1.26×10－4Wb.所以，线圈A和线圈B中的磁通量都削减了1.26×10－4Wb.(2)对线圈C，Φ1＝B·πr′2，当磁场转过30°时，Φ2＝B·πr′2cos30°，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·πr′2(cos30°－1)≈－8.41×10－6Wb.所以，线圈C中的磁通量削减了8.41×10－6Wb.(3)磁场转过180°后，磁感线从另一侧穿过线圈，若取Φ1为正，则Φ2为负，有：Φ1＝Bπr′2，Φ2＝－Bπr′2，故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2Bπr′2≈－1.26×10－4Wb.所以，线圈C中的磁通量变更了1.26×10－4Wb.[答案](1)都削减了1.26×10－4Wb(2)削减了8.41×10－6Wb(3)变更了1.26×10－4Wb求解磁通量的方法(1)解答该类题目时，要留意磁感线是从平面的哪一面穿入的．(2)当规定从某一面穿入的磁通量为正值时，则从另一面穿入的就为负值，然后依据求代数和的方法求出磁通量的变更(磁通量是有正、负的标量)．(3)精确地把初、末状态的磁通量表示出来是解题的关键．eq\O([跟进训练])1．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1平移到2，其次次将线框由1绕cd边翻转到2，设先后两次通过线框的磁通量变更量分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则()A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1<ΔΦ2C．ΔΦ1＝ΔΦ2 D．无法确定B[设线框在位置1时的磁通量为Φ1，在位置2时的磁通量为Φ2，直线电流产生的磁场在1处比在2处要强，若平移线框，则ΔΦ1＝Φ1－Φ2，若转动线框，磁感线是分别从线框的正反两面穿过的，一正一负，因此ΔΦ2＝Φ1＋Φ2.依据分析知：ΔΦ1<ΔΦ2，选项B正确．]感应电流是否产生的推断1.感应电流产生的必要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变更，所以推断感应电流有无时必需明确以下两点：(1)明确电路是否为闭合电路．(2)推断穿过回路的磁通量是否发生变更．2．推断穿过闭合导体回路的磁通量是否变更时，可充分利用磁感线来进行定性推断．即通过视察穿过闭合导体回路的磁感线的条数是否变更推断某过程中磁通量是否变更．【例2】如图所示，矩形线框abcd由静止起先运动，若要使线框中产生感应电流且磁通量渐渐变大，则线框的运动状况应当是()A．向右平动(ad边还没有进入磁场)B．向上平动(ab边还没有离开磁场)C．以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)D．以ab边为轴转动(转角不超过90°)思路点拨：解答本题时应把握以下两点：(1)产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变更．(2)推断线框做各种运动时穿过线框的磁通量的变更趋势．A[选项A和D所描述的状况，线框在磁场中的有效面积S均发生变更(A状况下S增大，D状况下S变小)，穿过线框的磁通量均变更，由产生感应电流的条件知线框中会产生感应电流．而选项B、C所描述的状况中，线框中的磁通量均不变更，不会产生感应电流．]上例中，若将线框abcd放在如图位置，则线框上下、左右振动时，是否产生感应电流？提示：上下、左右振动时，都产生感应电流．1假如电路不闭合，即使磁通量发生变更也不会产生感应电流.2磁通量发生变更，其内涵主要体现在“变更”上.比如穿过电路的磁通量很大，若不变更，也不会产生感应电流.eq\O([跟进训练])2．如图所示，在竖直向下的匀强磁场中，有一闭合导体环，环面与磁场垂直．当导体环在磁场中完成下述运动时，可能产生感应电流的是()A．导体环保持水平且在磁场中向上或向下运动B．导体环保持水平向左或向右加速平动C．导体环以垂直环面、通过环心的轴转动D．导体环以一条直径为轴，在磁场中转动D[只要导体环保持水平，无论它如何运动，穿过环的磁通量都不变，都不会产生感应电流，只有导体环绕通过直径的轴在磁场中转动时，穿过环的磁通量变更，才会产生感应电流，D项正确．]1．[物理观念]感应电流，磁通量及其变更，“磁生电”．2．[科学探究]了解探究感应电流产生条件的试验方法．3．[科学探究]经验探究过程，综合信息得出感应电流产生的条件．4．[科学思维]从有序设计的系列递进试验，用归纳思想得出产生感应电流的一般性条件，并会推断分析详细实例．5．[科学看法与责任]了解人类探究电磁感应现象的过程，体会并培育探究自然规律的科学看法和科学精神．1．关于磁通量的概念，以下说法中正确的是()A．磁感应强度越大，穿过闭合回路的磁通量也越大B．磁感应强度越大，线圈面积越大，则磁通量也越大C．穿过线圈的磁通量为零，但磁感应强度不肯定为零D．磁通量发生变更，肯定是磁场发生变更引起的C[穿过闭合回路的磁通量大小取决于磁感应强度、回路所围面积以及两者夹角三个因素，所以只了解其中一个或两个因素无法确定磁通量的变更状况，A、B项错误；同样由磁通量的特点，也无法推断其中一个因素的状况，C项正确，D项错误．]2．关于产生感应电流的条件，下列说法正确的是()A．位于磁场中的闭合线圈肯定会产生感应电流B．闭合线圈平行磁感线运动时，线圈中肯定产生感应电流C．穿过闭合线圈的磁通量发生变更时，肯定产生感应电流D．闭合线圈垂直磁感线运动时，线圈中肯定产生感应电流C[位于磁场中的闭合线圈，只有磁通量发生变更，才肯定会产生感应电流，故A错误；闭合线圈平行磁感线运动时，闭合电路中磁通量没有变更，则闭合电路中就没有感应电流，故B错误；穿过闭合电路的磁感线的条数发生变更，磁通量肯定发生变更，则闭合电路中就有感应电流，故C正确；紧紧围绕感应电流产生的条件：闭合电路，磁通量发生变更；导体切割磁感线，磁通量不肯定发生变更，故D错误．]3．如图所示，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Φa、Φb的大小关系为()A．Φa>Φb B．Φa<ΦbC．Φa＝Φb D．不能比较A[条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是：①磁铁内、外磁感线的条数相同；②磁铁内、外磁感线的方向相反；③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Φ＝Φ进－Φ出，由于两圆环面积Sa<Sb，两圆环的Φ进相同，而Φ出a<Φ出b，所以穿过两圆环的磁通量Φa>Φb，故A正确．]4．(多选)如图所示，下列状况能产生感应电流的是()A．如图甲所示，导体棒AB顺着磁感线运动B．如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时C．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一干脆通时D．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开