2024-2025学年新教材高中物理第5章初识电磁场与电磁波第2节电磁感应现象及其应用学案鲁科版第三册

PAGE10-第2节电磁感应现象及其应用学习目标：1.[物理观念]知道磁通量的概念、电磁感应现象及产生感应电流的条件，能说明电磁感应的相关现象。2.[科学思维]理解磁通量的概念并会相关计算，理解产生感应电流的条件，能处理相关的问题。3.[科学探究]通过试验探究产生感应电流的条件，学会归纳总结法，能与他人沟通合作完成试验。4.[科学看法与责任]体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响，体验人类对自然界的相识是不断发展的，培育学科学、用科学的主动看法。一、磁通量1．磁通量(1)定义：磁感应强度B与面积S的乘积，称为穿过这个平面的磁通量。(2)计算公式：Φ＝BS，此公式的适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直。(3)单位：在国际制单位制中是韦伯，简称韦，符号是Wb,1Wb＝1T·m2。(4)磁通量是一个只用大小就能描述的物理量，是标量。2．磁通密度磁感应强度又称磁通密度，B＝eq\f(Φ,Sn)，其中Sn为垂直于磁场方向的面积，表示磁感应强度在数值上等于穿过垂直磁感线的单位面积的磁通量。说明：磁通量是标量，但有正负，正、负号表示磁感线穿过同一个面的方向不同二、电磁感应现象1．电磁感应现象：因闭合回路的磁通量变更而产生电流的现象称为电磁感应。2．感应电流：由电磁感应产生的电流称为感应电流。留意：电磁感应只指“磁生电”，不指“电生磁”三、电磁感应的应用1．计算机磁盘与磁记录计算机磁盘在录制时，磁头产生的磁场随数字信息而变更，当磁性盘片转动时，变更的磁场将磁盘上的磁性材料磁化，就记录下相应的磁信号。读取信息时，磁盘再次通过磁头，电磁感应使磁头产生的电流与录制时的电流一样，从而获得录制的信息。2．无线充电无线充电时，充电座和手机分别内置线圈，当手机放在充电座上时，充电座的线圈产生变更磁场，使手机的线圈产生感应电流，感应电流经转换变为直流电后便能给手机电池充电了。3．动圈式话筒话筒是把声音转变为电信号的装置，动圈式话筒由膜片、线圈、永磁体等构成。当人对着话筒讲话时，声波使金属膜片振动，连接在膜片上的线圈(音圈)随之在永磁铁的磁场里振动，从而产生感应电流。感应电流的大小和方向不断发生变更，这种带有声音信号的感应电流经扩音器放大后，扬声器就能放出被放大的声音了。说明：动圈式话筒里讲话时线圈振动使磁通量发生变更，产生感应电流。1．思索推断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量。 (×)(2)穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度不肯定为零。 (√)(3)磁只能用来记录声音和影像。 (×)(4)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生。 (×)2．下列关于磁通量的说法正确的是()A．磁通量不仅有大小，而且有正负，所以磁通量是矢量B．磁通量大的地方，磁场肯定强C．穿过某面的磁感线条数越多，磁通密度越大D．某截面的面积发生变更，磁通量可能不变D[磁通量虽然有正负之分，但正负不表示方向，其运算不符合平行四边形定则，故磁通量是标量，A错误；穿过某面的磁感线条数越多，磁通量越大，但磁通量与磁感应强度、平面的面积和磁场与平面的夹角都有关系，所以磁场越强，磁通密度不肯定越大，B、C错误；截面的面积发生变更，若磁感应强度和磁场与面的夹角也发生变更，磁通量可能不变，D正确。]3．(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，开关S一干脆通，当变更滑动变阻器的阻值时BD[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更，无感应电流，故选项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削减，都有感应电流，故选项B正确；C中开关S一干脆通，回路中为恒定电流，螺线管A产生的磁场恒定，螺线管B中的磁通量无变更，线圈中不产生感应电流，故选项C错误；D中开关S接通，滑动变阻器的阻值变更使闭合回路中的电流变更，螺线管A的磁场发生变更，螺线管B中磁通量发生变更，线圈中产生感应电流，故选项D正确。]磁通量的理解与计算磁感应强度越大的地方，磁通量肯定越大吗？提示：不是。由Φ＝BScosα知，磁通量大小与B、S、及夹角都有关。1．对磁通量Φ的进一步分析(1)磁通量是标量，但有正负。当磁感线从某一平面穿入时，若规定磁通量为正值，则穿出此平面时为负值。(2)磁通量是表示穿过某平面的磁感线条数的多少，在今后的应用中往往依据穿过平面的净磁感线条数的多少定性推断穿过该面的磁通量的大小。(3)B是匀强磁场的磁感应强度，S为某一平面的面积，α为S与垂直于B的平面的夹角，则当α＝0°时Φmax＝BS；当α＝90°时，Φ＝0；当0°＜α＜90°时，有Φ＝BScosα。2．磁通量的变更量ΔΦ磁通量的变更等于末状态的磁通量减去初状态的磁通量的肯定值。磁通量的变更一般有三种状况(S为平面在垂直磁场方向的投影面积)：(1)B不变，S变更，则ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|B·ΔS|。(2)B变更，S不变，则ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|ΔB·S|。(3)当B和S同时变更时，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|，但ΔΦ≠ΔB·ΔS。【例1】如图所示，有一个垂直纸面对里的匀强磁场，磁感应强度大小B0＝0.8T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1.0cm，现在纸面内先后放上圆线圈A、B、C，圆心均在O处，A线圈半径为1.0cm,10匝；B线圈半径为2.0cm,1匝；C线圈半径为0.5cm,1匝。问：(取π＝3.14，eq\r(3)＝1.732)(1)在B0减为0.4T的过程中，A和B中磁通量各变更多少？(2)在磁场方向转过30°角的过程中，C中的磁通量变更多少？(计算结果保留两位有效数字)思路点拨：(1)磁通量的计算要留意公式Φ＝B·S中各符号的意义。(2)磁通量变更的计算可用公式ΔΦ＝|Φ2－Φ1|。[解析](1)A线圈半径为1.0cm，正好和圆形磁场区域的半径相等，而B线圈半径为2.0cm，大于圆形磁场区域的半径，故穿过A、B线圈的磁感线的条数相等。设圆形磁场区域的半径为R，对线圈A、B，磁通量的变更量ΔΦA＝ΔΦB＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2Wb＝1.256×10－4Wb。(2)题图中线圈平面与磁场方向垂直，即磁场方向与线圈平面之间夹角为θ1＝90°，当磁场方向转过30°角时，磁场方向与线圈平面之间的夹角为θ2＝60°。对线圈C：Φ′1＝B0πr2sinθ1，Φ′2＝B0πr2sinθ2磁通量的变更量ΔΦ＝|Φ′2－Φ′1|＝B0πr2(sin90°－sin60°)＝0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866)Wb＝8.4×10－6Wb。[答案](1)1.256×10－4Wb(2)8.4×10－6Wb磁通量Φ＝BS的计算要留意以下两点(1)S是指闭合回路中的有效面积。如图所示。若闭合回路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂直，面积分别为S1和S2，且S1＞S2，但磁场区域恰好只有ABCD那么大，则穿过S1和S2的磁通量是相同的，因此，Φ＝BS中的S应是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积。(2)磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响，同理，磁通量的变更量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受线圈匝数的影响。所以，干脆用公式时，不必考虑线圈匝数n。eq\o([跟进训练])1．关于磁通量，下列说法中正确的是()A．磁场中某处的磁感应强度越大，面积越大，则穿过线圈的磁通量肯定就越大B．放在某处的一个平面，穿过它的磁通量为零，则该处磁感应强度肯定为零C．磁通量的变更不肯定是由于磁场的变更而引起的D．磁场中某处的磁感应强度不变，放在该处线圈的面积也不变，则磁通量肯定不变C[磁通量的大小与磁感应强度的大小、面积的大小以及磁场和平面的夹角有关，所以A、B、D错误，C正确。]2．磁通量是探讨电磁感应现象的重要物理量，如图所示，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，其次次将线框绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框的磁通量变更量的大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则()A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．无法确定C[设闭合线框在位置1时穿过闭合线框的磁通量为Φ1，平移到位置2时穿过闭合线框的磁通量为Φ2，导线MN中的电流产生的磁场在位置1处的磁感应强度比在位置2处要强，故Φ1>Φ2。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ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；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ΔФ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2(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。]科学探究：产生感应电流的条件摸索究：(1)只要穿过电路的磁通量发生变更，电路中就肯定有感应电流吗？(2)某一时刻穿过闭合回路的磁通量为零时，回路肯定无感应电流对吗？提示：(1)不是，还必需是组成闭合电路(2)不肯定，假如穿过闭合回路的磁通量正在变更，只是某一时刻磁通量为零，则回路中会产生感应电流。1．试验探究感应电流产生的条件(1)闭合电路的部分导体切割磁感线在初中学过，当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，如图所示。导体棒左右平动、前后平动、上下平动，视察电流计的指针，把视察到的现象记录在表1中。表1导体棒的运动表针的摇摆方向导体棒的运动表针的摇摆方向向右平动向左向后平动不摇摆向左平动向右向上平动不摇摆向前平动不摇摆向下平动不摇摆结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，才有感应电流产生；前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有感应电流产生。(2)向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出如图所示，把磁铁的某一个磁极向线圈中插入，或从线圈中抽出，或静止地放在线圈中。视察电流计的指针，把视察到的现象记录在表2中。表2磁铁的运动表针的摇摆方向磁铁的运动表针的摇摆方向N极插入线圈向右S极插入线圈向左N极停在线圈中不摇摆S极停在线圈中不摇摆N极从线圈中抽出向左S极从线圈中抽出向右结论：只有磁铁相对线圈运动时，才有感应电流产生；磁铁相对线圈静止时，没有感应电流产生。(3)模拟法拉第的试验如图所示，线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端与电流计连接，把线圈A装在线圈B的里面。视察以下四项操作中线圈B中是否有电流产生。把视察到的现象记录在表3中。表3操作现象开关闭合瞬间有电流产生开关断开瞬间有电流产生开关闭合时，滑动变阻器的滑片不动无电流产生开关闭合时，快速移动滑动变阻器的滑片有电流产生结论：只有当线圈A中电流变更时，线圈B中才有感应电流产生。2.结论不论用什么方法，不论何种缘由，只要穿过闭合电路的磁通量发生变更，闭合电路中就有感应电流产生。3．产生感应电流的条件(1)闭合电路；(2)磁通量发生变更。【例2】线圈在长直导线电流的磁场中做如图所示的运动：A向右平动，B向下平动，C绕轴转动(ad边向里)，D垂直于纸面对纸外做平动，E向上平动(E线圈有个缺口)，推断线圈中有没有感应电流。ABCDE[解析]在直导线电流磁场中的五个线圈，原来磁通量都是垂直纸面对里的。对直线电流来说，离电流越远，磁场就越弱。A向右平动，穿过线圈的磁通量没有变更，故线圈中没有感应电流。B向下平动，穿过线圈的磁通量削减，必产生感应电流。C绕轴转动，穿过线圈的磁通量变更(起先时削减)，必产生感应电流。D离纸面越远，线圈中磁通量越少，线圈中有感应电流。E向上平动，穿过线圈的磁通量增加，但由于线圈没有闭合，因此无感应电流。[答案]A、E中无感应电流；B、C、D中有感应电流推断是否产生感应电流的关键是明确电路是否闭合，分清磁感线的疏密分布，从而推断磁通量是否变更，而不是看磁通量的有无。eq\o([跟进训练])3．下图中能在回路中产生感应电流的是()B[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，穿过线圈的磁感线相互抵消，Φ恒为零，无感应电流；D选项中，磁通量不发生变更，无感应电流，B符合题意。]4．(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产生，则可能()A．v1＞v2 B．v1＜v2C．v1＝v2 D．无法确定AB[只要金属棒ab、cd的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变更，闭合回路中就会产生感应电流。故选项A、B正确。]1．物理观念：磁通量、电磁感应、感应电流。2．科学思维：磁通量的理解与计算，产生感应电流的条件的探究与应用。3．科学方法：试验法、限制变量法、归纳法等。1．(多选)下列说法正确的是()A．通过某平面的磁感线条数为零，则此平面处的磁感应强度肯定为零B．空间某点磁感应强度的方向就是该点的磁场方向C．凡是磁感应强度大小到处相等的磁场就是匀强磁场D．磁感应强度为零，则通过放在该处的某平面的磁感线条数肯定为零BD[磁感应强度反映磁场的强弱和方向，它的方向就是该处磁场的方向，故B项正确；磁感应强度为零，放在该处的某平面无磁感线穿过，故D项正确；若某平面无磁感线穿过，可能磁场很强，只是平面平行于磁场放置而导致磁感线穿过该平面的条数为零，所以A项错误；磁感应强度是矢量，既有大小又有方向，只有磁感应强度大小和方向到处相同的磁场才是匀强磁场，C项错误。]2．如图所示的磁场中垂直磁场放置两个面积相同的闭合线圈S1(左)、S2(右)，由图可知穿过线圈S1、S2的磁通量大小关系正确的是()A．穿过线圈S1的磁通量比较大B．穿过线圈S2的磁通量比较大C．穿过线圈S1、S2的磁通量一样大D．不能比较A[穿过线圈S1的磁感线条数多，故穿过线圈S1的磁通量比较大，A正确。]3．如图所示，矩形线框abcd放置在水平面内，磁场方向与水平方向成α角，已知sinα＝eq\f(4,5)，回路面积为S，磁感应强度为B，则通过线框的磁通量为()A．BS B.eq\f(4,5)BSC.eq\f(3,5)BS D.eq\f(3,4)BSB[依据磁通量的定义可得通过线框的磁通量Φ＝BSsinα，代入解得Φ＝eq\f(4,5)BS，所以B选项正确。]4．如图所示，用导线做成圆形或正方形回路，这些回路与始终导线构成几种位置组合(彼此绝缘)，下列组合中，切断直导线中的电流时，闭合回路中会有感应电流产生的是()eq\o(\s\up(导线与线圈共面，,O为线圈圆心