教科版高中物理選修(3-2)《1.1電磁感應的發(fā)現(xiàn)1.2感應電流產(chǎn)生的條件》學案

1、教科版高中物理選修（32）1.1電磁感應的發(fā)現(xiàn)1.2感應電流產(chǎn)生的條件學案【學習目標】1 .知道奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應、法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象.2 .知道磁通量和磁通量變化量的含義.3 .知道感應電流產(chǎn)生的條件.【知識探究梳理知識要點】一、電磁感應的發(fā)現(xiàn)問題設計哲學家康德說過，各種自然現(xiàn)象之間是相互聯(lián)系和相互轉(zhuǎn)化并且是和諧統(tǒng)一 的.你能舉出一個例子嗎？在電磁學領域，誰發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應？誰證實了 “磁生電”現(xiàn)象的存在？答案摩擦生熱表明了機械運動向熱運動的轉(zhuǎn)化，而蒸汽機則實現(xiàn)了熱運動向機 械運動的轉(zhuǎn)化.奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，法拉第證實了“磁生電”現(xiàn)象的存 在.要點梳理1 .奧斯特實驗的啟迪

2、1820年，奧斯特從實驗中發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應,啟迪人們?nèi)ヌ骄渴遣皇谴嬖诖?產(chǎn)生電.2 .電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1831年，英國物理學家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象,產(chǎn)生的電流叫做感應電 流.他把“磁生電”的現(xiàn)象分為五類：變化中的電流、變化中的磁場、運動中的 恒定電流、運動中的磁鐵、運動中的導線.二、磁通量及其變化問題設計如圖1所示，框架的面積為S,勻強磁場的磁感應強度為6.試求：ox B*I。'框架平面與磁感應強度6垂直時，穿過框架平面的磁通量為多少？若框架繞仇/轉(zhuǎn)過60° ,則穿過框架平面的磁通量為多少？(3)若從圖示位置轉(zhuǎn)過90° ,則穿過框架平面的磁通量的變化量為多少

3、？ (4)若從圖示位置轉(zhuǎn)過180。，則穿過框架平面的磁通量的變化量為多少? 答案8s (2)；8S (3) -BS (4)28S 要點梳理1 .磁通量(1)定義：閉合導體回路的面積與垂直穿過它的磁感應強度的乘積叫磁通量,符 號為在數(shù)值上等于穿過投影面的磁感線的條數(shù)一(2)公式：。=變其中S為回路平面在垂直磁場方向上的投影面積，也稱為有效 面積.所以當回路平面與磁場方向之間的夾角為。時，磁通量=5SsinJ 如圖2所示.單位：韋伯，簡稱韋，符號Wb.(4)注意：磁通量是標量，但有正負之分.一般來說，如果磁感線從線圈的正 面穿入，線圈的磁通量就為“ + ”，磁感線從線圈的反面穿入，線圈的磁通量就

4、為“二”.磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān).2 .磁通量的變化量A(1)當5不變，有效面積S變化時，=B*當5變化，S不變時，仁S(3)3和S同時變化，則A"一%,但此時A豐bBAS 特別提醒 計算穿過某平面的磁通量的變化量時，要注意前后磁通量的正負，如 原磁通量A = 5S,當平面轉(zhuǎn)過180。后，磁通量。二-6S,磁通量的變化量A = -2BS.三、感應電流產(chǎn)生的條件問題設計1 .實驗1（導體在磁場中做切割磁感線的運動）：如圖3所示，導體力6垂直磁感線運動時，線路中 電流產(chǎn)生，而導體月5沿著磁感線運動時，線路中電流產(chǎn)生（均填“有”或“無”）.實驗表明什么情況下能產(chǎn)生感應電 流？答案有無實驗表

5、明：當閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動 時，電路中就有感應電流產(chǎn)生.2 .實驗2（通過閉合回路的磁場發(fā)生變化）：如圖4所示，螺線管6套在螺線管力外邊，螺線管力經(jīng)過滑動變阻器和開關(guān)與電 池相連構(gòu)成直流電路：螺線管6接電流計構(gòu)成閉合電路.進行以下操作并觀察電 流計指針擺動的情況.將觀察結(jié)果填入表中.（填空中均填“擺動”或“不擺 動”）觀察 操作、電流計指針的擺動情況螺線管8套在螺線管A外面螺紋管月、B相互垂直開關(guān)接通瞬間撰動不擺動電流穩(wěn)定丕擺邊丕擺邊開關(guān)斷開瞬間撰功不擺動滑動片快速推動撰動不擺動(1)實驗2中并沒有導體在磁場中做切割磁感線的運動，但在接通或斷開電源的 瞬間或改變滑動變阻

6、器的阻值時，6線圈中卻出現(xiàn)感應電流，這說明什么？答案說明導體在磁場中做切割磁感線運動不是產(chǎn)生感應電流的本質(zhì)原因，通過 閉合電路的磁場發(fā)生變化也可以產(chǎn)生感應電流.當實驗2中開關(guān)閉合后，線圈電流穩(wěn)定時，6線圈中也存在磁場，但不出現(xiàn) 感應電流，這說明什么？答案 說明感應電流的產(chǎn)生，不在于閉合回路中是否有磁場.(3)實驗2兩個線圈相互垂直放置時不能產(chǎn)生感應電流，這乂說明什么？答案說明感應電流的產(chǎn)生，不在于磁場是否變化.3 .試總結(jié)產(chǎn)生感應電流的條件.答案 實驗1中，磁場是穩(wěn)定的，但在導體切割磁感線運動時，通過回路的磁通 量發(fā)生變化，回路中產(chǎn)生了感應電流；實驗2通過改變電流從而改變磁場強弱， 進而改變了

7、磁通量，從而產(chǎn)生了感應電流，所以可以將產(chǎn)生感應電流的條件描述 為“只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會產(chǎn)生感應電流”. 要點提煉1 .產(chǎn)生感應電流的條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化.2 .特例：閉合電路的一部分導體在磁場內(nèi)做切割磁感線運動.在利用“切割” 來討論和判斷有無感應電流時，應該注意：(1)導體是否將磁感線“割斷”，如果沒有“割斷”就不能說切割.如圖5所示, 甲、乙兩圖中，導體是真“切割”，而圖丙中，導體沒有切割磁感線.B'6OQT"E一"丙 圖5是否僅是閉合電路的一部分導體在磁場內(nèi)做切割磁感線運動，如圖丁.如果 山切割不容易判斷，則要回歸到磁

8、通量是否變化上去.延伸思考電路不閉合時，磁通量發(fā)生變化是否能產(chǎn)生電磁感應現(xiàn)象？答案 當電路不閉合時，沒有感應電流，但有感應電動勢，只產(chǎn)生感應電動勢的 現(xiàn)象也可以稱為電磁感應現(xiàn)象.【學以致用探索應用所學知識解決問題之道】一、磁通量G及其變化量A G的理解與計算【例11如圖6所示，水平放置的扁平條形磁鐵，在磁鐵的左端正上方有一金屬 線框，線框平面與磁鐵垂直，當線框從左端正上方沿水平方向平移到右端正上方 的過程中，穿過它的磁通量的變化情況是（）V圖6A.先減小后增大B.始終減小C.始終增大D.先增大后減小解析線框在磁鐵兩端的正上方時穿過該線框的磁通量最大，在磁鐵中央時穿過 該線框的磁通量最小，所以該

9、過程中的磁通量先減小后增大，故A對.答案A【例2】如圖7所示的線框，面積為S,處于磁感應強度為6的勻強磁場中，S的 方向與線框平面成J角，當線框轉(zhuǎn)過90。到如圖所示的虛線位置時，試求：初、末位置穿過線框的磁通量它和處（2）磁通量的變化量A.解析（1）解法一：在初始位置，把線框平面向垂直于磁場方向進行投影，可得 垂直于磁場方向的面積為S_ = Ssin ，所以G：=6Ssin .在末位置，把線框 平面向垂直于磁場方向進行投影，可得垂直于磁場方向的面積為=5cos 8. 由于磁感線從反面穿入，所以:=_BScos 0,解法二：如圖所示，把磁感應強度5沿垂直于線框平面和平行于線框平面進行分 解，得5

10、上=5sin 8 , 6卑=反os 0所以叱=6上S=£Ssin 0,a： S= BScqs 0.(2)開始時3與線框平面成。角,穿過線框的磁通量叱= 6Ssin k當線框按 順時針方向轉(zhuǎn)動時.，穿過線框的磁通量減小，當轉(zhuǎn)動。時，穿過線框的磁通量 減小為零，繼續(xù)轉(zhuǎn)動至90。時，磁感線從另一面穿過，磁通量變?yōu)椤柏摗敝担?嘰=一BScos。.所以，此過程中磁通量的變化量為A =仇一尸一BScos 0 BSsin 0=-8S(cos +sin ).答案 (l)5Ssin 0 BScos 0(2) 6S(cos +sin )二、產(chǎn)生感應電流的分析判斷及實驗探究【例3】如圖8所示，在勻強磁場中

11、的矩形金屬軌道上有等長的兩根金屬棒aS和 cd,它們以相同的速度勻速運動，貝h)c ab S圖8A.斷開開關(guān)S,晶中有感應電流B.閉合開關(guān)S,劭中有感應電流C.無論斷開還是閉合開關(guān)S,助中都有感應電流D.無論斷開還是閉合開關(guān)S, ab中都沒有感應電流解析兩根金屬棒a6和cd以相同的速度勻速運動，若斷開開關(guān)S,兩根金屬棒 與導軌構(gòu)成的回路中磁通量無變化，則回路中無感應電流，故選項A、C錯誤； 若閉合開關(guān)S,兩根金屬棒與導軌構(gòu)成的回路中磁通量發(fā)生變化，則回路中有感 應電流，故選項B正確，D錯誤.答案B針對訓練 如圖9所示裝置，在下列各種情況中，能使懸掛在螺線管附近的銅質(zhì) 閉合線圈A中產(chǎn)生感應電流的

12、是()A.開關(guān)S接通的瞬間B.開關(guān)S接通后，電路中電流穩(wěn)定時C.開關(guān)S接通后，滑動變阻器觸頭滑動的瞬間D.開關(guān)S斷開的瞬間 答案ACD 【例4】在研究電磁感應現(xiàn)象的實驗中所用器材如圖10所示.它們是電流表、 直流電源、帶鐵芯的線圈4線圈從開關(guān)、滑動變阻器（用來控制電流以改變磁場強弱）.試按實驗的要求在實物圖上連線（圖中已連好一根導線）.圖10答案課堂要點小結(jié)電磁感應 的發(fā)現(xiàn)感應電流產(chǎn)生的條件電磁用的發(fā)現(xiàn)電生磁一奧斯特實驗磁生電電流的磁效應只有磁感應 一強度B變化L感應電海產(chǎn)一生的條件只有閉合電路的 磁通最_ 有效面積5變化 的變化一磁雁應強度B與 閉合電路的有效 面積S都變化電路閉合【學練結(jié)合

13、培養(yǎng)解決問題的能力】題組一電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)1 .奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應，使整個科學界受到了極大的震動，通過對電流磁效 應的逆向思維，人們提出的問題是（）A.電流具有熱效應B.電流具有磁效應C.磁能生電D.磁體具有磁化效應答案C2 .下列選項中屬于電磁感應現(xiàn)象的是（）A.通電導體周圍產(chǎn)生磁場B.磁場對通電導體發(fā)生作用C.閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動時。，在電路中產(chǎn)生電流的現(xiàn)象D.電荷在磁場中定向移動形成電流答案C解析電流能產(chǎn)生磁場，是電流的磁效應現(xiàn)象，不是電磁感應現(xiàn)象，故A錯誤； 通電導體在磁場中受到安培力作用，不是電磁感應現(xiàn)象，故B錯誤；閉合電路的 一部分導體做切割磁感線運動時，在電路

14、中產(chǎn)生電流的現(xiàn)象是電磁感應現(xiàn)象，故 C正確；電荷在磁場中定向移動形成電流，不是電磁感應產(chǎn)生的電流，不是電磁 感應現(xiàn)象，故D錯誤.題組二 對磁通量及其變化量A的理解與計算3.關(guān)于磁通量，下列敘述正確的是（）A.在勻強磁場中，穿過一個平面的磁通量等于磁感應強度與該平面面積的乘 積B.在勻強磁場中，a線圈的面積比6線圈的大，則穿過a線圈的磁通量一定 比穿過6線圈的磁通量大C.把一個線圈放在以N兩處，若放在"處時穿過線圈的磁通量比放在N處時 大，則"處的磁感應強度一定比N處大D.同一線圈放在磁感應強度大處，穿過線圈的磁通量不一定大答案D解析磁通量等于磁感應強度與垂直磁場方向上的投影

15、面積的乘積，A錯誤；線 圈面積大，但投影面積不一定大，B錯誤；磁通量大，磁感應強度不一定大，C 錯誤，D正確.4.關(guān)于磁通量的概念，以下說法中正確的是（）A.磁感應強度越大，穿過閉合回路的磁通量越大B.磁感應強度越大，線圈的面積越大，則磁通量越大C.穿過線圈的磁通量為零，但磁感應強度不一定為零D.磁通量發(fā)生變化，一定是磁場發(fā)生變化引起的答案C解析根據(jù)磁通量的定義，0=5Ssin 0,因此A、B選項錯誤；穿過線圈的磁 通量為零時，磁感應強度不一定為零，故C選項正確；磁通量發(fā)生變化，可能是 閉合回路在磁場方向上的有效面積變化引起的，也可能是磁場變化引起的，故D 選項錯誤.5 .如圖1所示，半徑為斤

16、的圓形線圈共有匝，其中心位置處半徑為，的范圍 內(nèi)有勻強磁場，磁場方向垂直線圈平面，若磁感應強度為8則穿過線圈的磁 通量為（）圖1A.冗位？B. Ji 5?C. n n BRD. n Br答案B解析 由磁通量的定義式知©=5S=九“，故B正確.題組三產(chǎn)生感應電流的分析判斷6 .關(guān)于電磁感應現(xiàn)象，下列說法中正確的是（）A.閉合線圈放在變化的磁場中，必然有感應電流產(chǎn)生B.閉合正方形線圈在勻強磁場中垂直磁感線運動，必然產(chǎn)生感應電流C.穿過閉合線圈的磁通量變化時，線圈中有感應電流D.只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就一定有感應電流產(chǎn)生答案C解析 產(chǎn)生感應電流的條件：（1）閉合電路；（2）磁

17、通量發(fā)生變化，兩個條件 缺一不可.7 .在法拉第時代，下列驗證“由磁產(chǎn)生電”設想的實驗中，能觀察到感應電流的是（）A.將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路，然后觀察電流表的變化B.在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈，然后觀察電流表的變化C.將一房間內(nèi)的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接，往線圈中插入條形磁鐵 后，再到相鄰房間去觀察電流表的變化D.繞在同一鐵環(huán)上的兩個線圈，分別接電源和電流表，在給線圈通電或斷電 的瞬間，觀察電流表的變化答案D解析 產(chǎn)生感應電流必須滿足的條件：電路閉合：穿過閉合電路的磁通量要 發(fā)生變化.選項A、B電路閉合，但磁通量不變，不能產(chǎn)生感應電流，故選項A、 B不能觀

18、察到電流表的變化；選項C滿足產(chǎn)生感應電流的條件，也能產(chǎn)生感應電 流，但是等我們從一個房間到另一個房間后，電流表中已沒有電流，故選項C 也不能觀察到電流表的變化:選項D滿足產(chǎn)生感應電流的條件，能產(chǎn)生感應電流, 可以觀察到電流表的變化，所以選D.8 .下列選項中能產(chǎn)生感應電流的是（答案B解析 根據(jù)產(chǎn)生感應電流的條件：A中，電路沒閉合，無感應電流；B中，面積 增大，閉合電路的磁通量增大，有感應電流；C中，穿過線圈的磁感線相互抵消, 。恒為零，無感應電流；D中，磁通量不發(fā)生變化，無感應電流.9 .如圖2所示，一有限范圍的勻強磁場寬度為d,若將一個邊長為L的正方形 導線框以速度/勻速地通過磁場區(qū)域，已知

19、£>£,則導線框從開始進入到完 全離開磁場的過程中無感應電流的時間等于（）： X X X ： I_ ； X X X ; L ； x x x ：x x x ：圖2 d LA.- B.一 v v d- Ld2LC. D.vv答案D解析只有導線框完全在磁場里面運動時，導線框中才無感應電流.10.如圖3所示的勻強磁場中有一個矩形閉合導線框，初始位置線框與磁感線平 行，則在下列四種情況下，線框中會產(chǎn)生感應電流的是（）A.線框平面始終與磁感線平行，線框在磁場中左右運動B.線框平面始終與磁感線平行，線框在磁場中上下運動C.線框繞位于線框平面內(nèi)且與磁感線垂直的軸線月5轉(zhuǎn)動D.線框繞位

20、于線框平面內(nèi)且與磁感線平行的軸線切轉(zhuǎn)動答案C解析 四種情況中初始位置線框均與磁感線平行，磁通量為零，按A、B、D三種 情況線框運動后，線框仍與磁感線平行，磁通量保持為零不變，線框中不產(chǎn)生感 應電流，A、B、D項錯誤.C中線框轉(zhuǎn)動后，穿過線框的磁通量不斷發(fā)生變化， 所以產(chǎn)生感應電流，C項正確.11.為觀察電磁感應現(xiàn)象，某學生將電流表、螺線管力和£、蓄電池、開關(guān)用導線連接成如圖4所示的實驗電路.當接通和斷開開關(guān)時，電流表的指針都沒有 偏轉(zhuǎn)，其原因是（）圖4A.開關(guān)位置接錯B.電流表的正、負極接反C.線圈6的3、4接頭接反D.蓄電池的正、負極接反答案A解析因感應電流產(chǎn)生的條件是閉合電路中的

21、磁通量發(fā)生變化，由電路圖可知， 把開關(guān)接在6與電流表之間，因與1、2接頭相連的電路在接通和斷開開關(guān)時， 電流不改變，所以不可能有感應電流，電流表也不可能偏轉(zhuǎn)，開關(guān)應接在月與電 源之間.12.如圖5所示，導線和”互相平行，則下列四種情況中，導線cd中有電 流的是（）C*Id圖5A.開關(guān)S閉合或斷開的瞬間B.開關(guān)S是閉合的，滑動觸頭向左滑C.開關(guān)S是閉合的，滑動觸頭向右滑D.開關(guān)S始終閉合，滑動觸頭不動答案ABC解析 開關(guān)S閉合或斷開的瞬間，開關(guān)S閉合后滑動觸頭向左滑或向右滑的過程 都會使通過導線晶段的電流發(fā)生變化，使穿過cd回路的磁通量發(fā)生變化，從而 在cd導線中產(chǎn)生感應電流，因此本題的正確選項

22、應為A、B、C.13.如圖6所示，力為多匝線圈，與開關(guān)、滑動變阻器相連后接入J/、N間的交 流電源，6為一接有一小燈泡的閉合多匝線圈，下列關(guān)于小燈泡發(fā)光說法正確的 是（）圖6A.閉合開關(guān)后小燈泡可能發(fā)光B.若閉合開關(guān)后小燈泡發(fā)光，再將6線圈靠近4則小燈泡更亮C.閉合開關(guān)瞬間，小燈泡才能發(fā)光D.若閉合開關(guān)后小燈泡不發(fā)光，將滑動變阻器滑片左移后，小燈泡可能會發(fā)光 答案AB解析 閉合開關(guān)后，4中有交變電流，8中就會有變化的磁場，8中有感應電流, 若電流足夠大，小燈泡可能發(fā)光，A正確，C、D錯誤；若閉合開關(guān)后小燈泡發(fā) 光，再將8線圈靠近4磁通量變化率更大，所以小燈泡會更亮，B正確.能力達標題1.（對電

23、磁感應現(xiàn)象的認識）下列關(guān)于電磁感應現(xiàn)象的認識，正確的是（）A.它最先是由奧斯特通過實驗發(fā)現(xiàn)的B.它說明了電流周圍存在磁場C.它說明了閉合回路中磁通量變化時會產(chǎn)生電流D.它說明了電流在磁場中會受到安培力答案C解析 奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，故A錯誤；電 流周圍存在磁場是電流的磁效應，故B錯誤；閉合回路的磁通量變化產(chǎn)生電流的 現(xiàn)象是電磁感應現(xiàn)象，故C正確；電磁感應現(xiàn)象并沒有說明電流在磁場中會受到 安培力，故D錯誤.2.（對磁通量0及其變化量A的理解）如圖11所示一矩形線框，從abed位 置移到a' bf c'，位置的過程中，關(guān)于穿過線框的磁通量情況，下列敘述 正確的是（線框平行于紙面移動）（）n圖11A. 一直增大B. 一直減小C.先增大后減小D.先增大，再減小直到零，然后再增大，然后再減小答案D解析 離導線越近，磁場越強，當線框從左向右靠近導線的過程中，穿過線框的 磁通量增大，當線框跨在導線上向右運動時，磁通量減小，當導線在線框正中央 時，磁通量為零，從該位