2024-2025學(xué)年高中物理第一章電磁感應(yīng)1電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)2感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件學(xué)案教科版選修3-2

PAGE9-1．電磁感應(yīng)的發(fā)覺(jué)2．感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.知道與電流磁效應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象相關(guān)的物理學(xué)史，體會(huì)人類探究自然規(guī)律的科學(xué)看法和科學(xué)精神．2.通過(guò)試驗(yàn)探究理解感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件．3.會(huì)運(yùn)用感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件推斷是否有感應(yīng)電流產(chǎn)生．(重點(diǎn))4.學(xué)會(huì)推斷磁通量是否會(huì)發(fā)生變更及是否產(chǎn)生感應(yīng)電流．(難點(diǎn))一、電磁感應(yīng)的發(fā)覺(jué)1．丹麥物理學(xué)家?jiàn)W斯特發(fā)覺(jué)載流導(dǎo)體能使小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)，這種作用稱為電流的磁效應(yīng)，揭示了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間存在親密聯(lián)系．2．英國(guó)物理學(xué)家法拉第發(fā)覺(jué)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，即“磁生電”現(xiàn)象，他把這種現(xiàn)象命名為電磁感應(yīng)．產(chǎn)生的電流叫作感應(yīng)電流．二、感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件1．探究導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)是否產(chǎn)生感應(yīng)電流(試驗(yàn)圖如圖所示)試驗(yàn)操作試驗(yàn)現(xiàn)象(有無(wú)電流)分析論證導(dǎo)體棒靜止無(wú)閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生導(dǎo)體棒平行磁感線運(yùn)動(dòng)無(wú)導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動(dòng)有2.探究通過(guò)閉合回路的磁場(chǎng)變更時(shí)是否產(chǎn)生感應(yīng)電流(試驗(yàn)圖如圖所示)試驗(yàn)操作試驗(yàn)現(xiàn)象(線圈B中有無(wú)電流)分析論證開(kāi)關(guān)閉合瞬間有線圈B中磁場(chǎng)變更時(shí)，線圈B中有感應(yīng)電流；磁場(chǎng)不變時(shí)，線圈B中無(wú)感應(yīng)電流開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間有開(kāi)關(guān)保持閉合，滑動(dòng)變阻器滑片不動(dòng)無(wú)開(kāi)關(guān)保持閉合，快速移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片有3.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件大量試驗(yàn)證明，穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變更時(shí)，這個(gè)閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生．1．思索推斷(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)(1)白熾燈泡就是依據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象獨(dú)創(chuàng)的． (×)(2)“磁生電”是一種在變更、運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中才能出現(xiàn)的現(xiàn)象． (√)(3)麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)理論，并預(yù)言了電磁波的存在．(√)(4)線圈不閉合時(shí)，即使穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變更，線圈中也無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生． (√)(5)穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變更，電路中肯定會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流． (×)(6)閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生． (√)2．下列現(xiàn)象中，屬于電磁感應(yīng)的是()A．小磁針在通電導(dǎo)線旁邊發(fā)生偏轉(zhuǎn)B．通電線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)C．因閉合線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的電流D．磁鐵吸引小磁針C[電磁感應(yīng)是指“磁生電”的現(xiàn)象，而小磁針和通電線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)反映了磁場(chǎng)力的性質(zhì)，所以A、B、D不屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，C屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象．]3．如圖所示，矩形線框在磁場(chǎng)內(nèi)做的各種運(yùn)動(dòng)中，能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()ABCDB[A中線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量不變，無(wú)感應(yīng)電流；C、D中線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量總為零，故無(wú)感應(yīng)電流產(chǎn)生；只有B中，當(dāng)線圈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量不斷變更，有電流產(chǎn)生，故選B.]磁通量的理解與計(jì)算1.勻強(qiáng)磁場(chǎng)中磁通量的計(jì)算(1)B與S垂直時(shí)，Φ＝BS.(2)B與S不垂直時(shí)，Φ＝B⊥S，B⊥為B垂直于線圈平面的重量．如圖甲所示，Φ＝B⊥S＝(Bsinθ)·S.也可以Φ＝BS⊥，S⊥為線圈在垂直于磁場(chǎng)方向上的投影面積，如圖乙所示，Φ＝BS⊥＝BScosθ.甲乙2．磁通量的變更大致可分為以下幾種狀況：(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，有效面積S發(fā)生變更．如圖(a)所示．則ΔΦ＝B·ΔS(2)有效面積S不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生變更．如圖(b)所示．則ΔΦ＝ΔB·S(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和有效面積S都不變，它們之間的夾角發(fā)生變更．如圖(c)所示．則ΔΦ＝BS(sinθ2－sinθ1)(a)(b)(c)【例1】?jī)蓚€(gè)圓環(huán)A、B如圖所示放置，且圓環(huán)半徑RA>RB，一條形磁鐵的軸線過(guò)兩個(gè)圓環(huán)的圓心處，且與圓環(huán)平面垂直，則穿過(guò)A、B環(huán)的磁通量ΦA(chǔ)和ΦB的關(guān)系是()A．ΦA(chǔ)>ΦB B．ΦA(chǔ)＝ΦBC．ΦA(chǔ)<ΦB D．無(wú)法確定思路點(diǎn)撥：①磁通量可以形象地理解為穿過(guò)線圈的磁感線的條數(shù)．②若該線圈內(nèi)有磁感線穿進(jìn)和穿出兩種狀況，可以把磁通量理解為穿過(guò)線圈的凈磁感線條數(shù)．C[解題時(shí)要留意有兩個(gè)方向的磁感線穿過(guò)圓環(huán)，磁通量應(yīng)是抵消之后剩余的磁感線的條數(shù)．從上向下看，穿過(guò)圓環(huán)A、B的磁感線如圖所示，磁感線有進(jìn)有出，A、B環(huán)向外的磁感線條數(shù)一樣多，但A環(huán)向里的磁感線條數(shù)較多，抵消的條數(shù)多，凈剩條數(shù)少，所以ΦA(chǔ)<ΦB，C正確．][一題多變]上例中，若從上往下看只考慮圓環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)，忽視圓環(huán)外的磁場(chǎng)，如圖所示，且設(shè)RA＝2RB，則穿過(guò)A、B兩圓環(huán)的磁通量之比為()A．1∶1 B．1∶2C．1∶4 D．4∶1A[兩個(gè)圓環(huán)的半徑雖然不同，但是圓環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng)的相同，則穿過(guò)兩圓環(huán)的磁感線條數(shù)一樣，即磁通量相同，故選項(xiàng)A正確．](1)磁通量是標(biāo)量，但有正、負(fù)之分．(2)在所探討的閉合電路內(nèi)有磁感線穿進(jìn)和穿出兩種狀況時(shí)，若規(guī)定穿進(jìn)的磁通量為正，則穿出的磁通量為負(fù)．[跟進(jìn)訓(xùn)練]1.磁通量是探討電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重要物理量，如圖所示，通過(guò)恒定電流的導(dǎo)線MN與閉合線框共面，第一次將線框由位置1平移到位置2，其次次將線框繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2，設(shè)先后兩次通過(guò)線框的磁通量變更分別為ΔΦ1和ΔΦ2則()A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．無(wú)法確定C[設(shè)閉合線框在位置1時(shí)的磁通量為Φ1，在位置2時(shí)的磁通量為Φ2，直線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在位置1處比在位置2處要強(qiáng)，故Φ1>Φ2.將閉合線框從位置1平移到位置2，磁感線是從閉合線框的同一面穿過(guò)的，所以ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；將閉合線框從位置1繞cd邊翻轉(zhuǎn)到位置2，磁感線分別從閉合線框的正反兩面穿過(guò)，所以ΔΦ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2(以原來(lái)穿過(guò)的方向?yàn)檎较?，則后來(lái)從另一面穿過(guò)的方向?yàn)樨?fù)方向)．故正確選項(xiàng)為C.]感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的理解及應(yīng)用1．產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件(1)電路必需是閉合電路．(2)穿過(guò)回路的磁通量發(fā)生變更．2．對(duì)產(chǎn)生感應(yīng)電流條件的理解(1)不論用什么方法，只要穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變更，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生．(2)閉合電路中有磁通量但不變更，即使磁場(chǎng)很強(qiáng)，磁通量很大，也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流．(3)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件可以歸納為兩個(gè)：一個(gè)是電路本身的屬性，即電路必需是閉合的；另一個(gè)是穿過(guò)電路的磁通量必需發(fā)生變更．【例2】(多選)如圖所示，矩形線框abcd由靜止起先運(yùn)動(dòng)，若要使線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流，則線框的運(yùn)動(dòng)狀況應(yīng)當(dāng)是()A．向右平動(dòng)(ad邊還沒(méi)有進(jìn)入磁場(chǎng))B．向上平動(dòng)(ab邊還沒(méi)有離開(kāi)磁場(chǎng))C．以bc邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)(ad邊還沒(méi)有轉(zhuǎn)入磁場(chǎng))D．以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)(轉(zhuǎn)角不超過(guò)90°)思路點(diǎn)撥：①產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是穿過(guò)閉合回路的磁通量發(fā)生變更．②推斷線框做各種運(yùn)動(dòng)時(shí)穿過(guò)線框的磁通量是否發(fā)生變更．AD[選項(xiàng)A和D所描述的狀況，線框在磁場(chǎng)中的有效面積S均發(fā)生變更(A狀況下S增大，D狀況下S減小)，穿過(guò)線框的磁通量均變更，由產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件知線框中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流．而選項(xiàng)B、C所描述的狀況中，穿過(guò)線框中的磁通量均不變更，不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流．]推斷是否產(chǎn)生感應(yīng)電流的技巧(1)電路閉合和磁通量發(fā)生變更是產(chǎn)生感應(yīng)電流的兩個(gè)條件，二者缺一不行．(2)磁通量發(fā)生變更，其主要內(nèi)涵體現(xiàn)在“變更”上，磁通量很大若沒(méi)有變更也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁通量雖然是零，但是變更的，仍舊可以產(chǎn)生感應(yīng)電流．(3)磁通量與線圈的匝數(shù)無(wú)關(guān)，磁通量大小不受線圈匝數(shù)的影響．(4)磁通量的變更量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受線圈匝數(shù)的影響．用公式求Φ、ΔΦ時(shí)，不必考慮線圈匝數(shù)n.[跟進(jìn)訓(xùn)練]訓(xùn)練角度1：感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件2．(多選)在下列選項(xiàng)中，用導(dǎo)線做成圓形或正方形回路，這些回路與始終導(dǎo)線構(gòu)成幾種位置組合(彼此絕緣)，下列組合中，切斷直導(dǎo)線中的電流時(shí)，閉合回路中會(huì)有感應(yīng)電流產(chǎn)生的是()CD[利用安培定則推斷直導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，其磁感線是一些以直導(dǎo)線上各點(diǎn)為圓心的多數(shù)組同心圓，即磁感線所在平面均垂直于導(dǎo)線，且直導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布狀況是靠近直導(dǎo)線處磁場(chǎng)甲強(qiáng)，遠(yuǎn)離直導(dǎo)線處磁場(chǎng)弱．所以，A中穿過(guò)圓形線圈的磁場(chǎng)如圖甲所示，其有效磁通量為ΦA(chǔ)＝Φ出－Φ進(jìn)＝0，且始終為0，即使切斷導(dǎo)線中的電流，ΦA(chǔ)也始終為0，A中不行能產(chǎn)生感應(yīng)電流；B中線圈平面與磁場(chǎng)平行，穿過(guò)圓形線圈的磁通量也始終為0，B乙中也不能產(chǎn)生感應(yīng)電流；C中穿過(guò)線圈的磁通量如圖乙所示，Φ進(jìn)>Φ出，即ΦC≠0，當(dāng)切斷導(dǎo)線中電流后，穿過(guò)線圈的磁通量ΦC減小為0，所以C中有感應(yīng)電流產(chǎn)生；D中線圈的磁通量ΦD不為0，當(dāng)電流切斷后，ΦD最終也減小為0，所以D中也有感應(yīng)電流產(chǎn)生．]訓(xùn)練角度2：產(chǎn)生感應(yīng)電流的推斷3.(多選)如圖所示，繞在鐵芯上的線圈與電源、滑動(dòng)變阻器和開(kāi)關(guān)組成閉合電路，在鐵芯的右端套有一個(gè)表面絕緣的銅環(huán)A，下列各種狀況中銅環(huán)A中有感應(yīng)電流的是()A．線圈中通以恒定的電流B．通電過(guò)程中，使變阻器的滑片P做勻速移動(dòng)C．通電過(guò)程中，使變阻器的滑片P做加速移動(dòng)D．將開(kāi)關(guān)突然斷開(kāi)的瞬間BCD[線圈中通以恒定的電流，銅環(huán)A中磁通量不變，銅環(huán)A中沒(méi)有感應(yīng)電流，A錯(cuò)；變阻器的滑片P做勻速、加速移動(dòng)時(shí)，線圈中電流變更，銅環(huán)A中磁通量發(fā)生變更，銅環(huán)A中有感應(yīng)電流，B、C對(duì)；將開(kāi)關(guān)突然斷開(kāi)的瞬間，線圈中電流變?yōu)榱?，銅環(huán)A中磁通量發(fā)生變更，銅環(huán)A中有感應(yīng)電流，D對(duì)．]1．1個(gè)發(fā)覺(jué)——電磁感應(yīng)的發(fā)覺(jué)2．1個(gè)條件——感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件3．3個(gè)概念——磁通量、電磁感應(yīng)、感應(yīng)電流4．3個(gè)試驗(yàn)——導(dǎo)體切割磁感線試驗(yàn)、線圈中插入或抽出磁鐵試驗(yàn)、仿照法拉第的試驗(yàn)1．“嫦娥三號(hào)”在月球表面的勝利著陸意味著我國(guó)距實(shí)現(xiàn)載人登月安排的幻想又近了一步．假如將來(lái)某一天中國(guó)的宇航員登上月球，想探測(cè)一下月球表面是否有磁場(chǎng)，他手邊有一只靈敏電流表和一個(gè)小線圈，則下列推斷正確的是()A．干脆將電流表放于月球表面，看是否有示數(shù)來(lái)推斷磁場(chǎng)的有無(wú)B．將電流表與線圈組成閉合回路，使線圈沿某一方向運(yùn)動(dòng)，如電流表無(wú)示數(shù)，則可推斷月球表面無(wú)磁場(chǎng)C．將電流表與線圈組成閉合回路，使線圈沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，如電流表有示數(shù)，則可推斷月球表面有磁場(chǎng)D．將電流表與線圈組成閉合回路，使線圈在某一平面內(nèi)沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，如電流表無(wú)示數(shù)，則可推斷月球表面無(wú)磁場(chǎng)C[假設(shè)月球表面有磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)分布規(guī)律類似于地磁場(chǎng)，當(dāng)電流表與線圈組成閉合電路，穿過(guò)該回路的磁通量發(fā)生變更時(shí)，電流表就會(huì)有示數(shù)，就可證明有磁場(chǎng)存在，A中電流表不在回路中，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)線圈與月球的磁場(chǎng)(假設(shè)月球有磁場(chǎng))的軸線共面時(shí)，線圈在該平面內(nèi)沿任一方向運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)線圈的磁通量都不發(fā)生變更，電流表無(wú)示數(shù)，故該狀況下不能判定月球表面是否無(wú)磁場(chǎng)，故B、D項(xiàng)錯(cuò)誤；使線圈沿某一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，電流表有示數(shù)，說(shuō)明穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變更，證明月球表面有磁場(chǎng)，故C項(xiàng)正確．]2．如圖所示，矩形線框abcd放置在水平面內(nèi)，磁場(chǎng)方向與水平方向成α角，已知sinα＝eq\f(4,5)，回路面積為S，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，則通過(guò)線框的磁通量為()A．BSB．eq\f(4,5)BSC.eq\f(3,5)BS D．eq\f(3,4)BSB[依據(jù)磁通量的定義可得通過(guò)線框的磁通量Φ＝BSsinα，代入解得Φ＝eq\f(4,5)BS，所以B選項(xiàng)正確．]3．(多選)下圖中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()ABCDBD[依據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：A選項(xiàng)中，電路沒(méi)有閉合，無(wú)感應(yīng)電流；B選項(xiàng)中，面積增大，閉合電路的磁通量增大，有感應(yīng)電流；C選項(xiàng)中，穿過(guò)線圈的磁感線相互抵消，Φ恒為零，無(wú)感應(yīng)電流；D選項(xiàng)中，磁通量發(fā)生變更，有感應(yīng)電流．]4．(多選)如圖所示，起先時(shí)矩形線框與勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直，且一半在磁場(chǎng)內(nèi)，一半在磁場(chǎng)外，若要使線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流，下列方法中可行的是()A．將線框向左拉出磁場(chǎng)B．以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)C．以ad邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)(小于60°)D．以bc邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)(小于60°)ABC[將線框向左拉出磁場(chǎng)的過(guò)程中，線框的bc部分切割磁感線，或者說(shuō)穿過(guò)線框的磁通量削減，所以線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流；當(dāng)線框以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線框的cd邊的右半段在做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，或者說(shuō)穿過(guò)線框的磁通量在發(fā)生變更，所以線框中將產(chǎn)生感應(yīng)電流；當(dāng)線框以ad邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)(小于60°)時(shí)，穿過(guò)線框的磁通量在減小，所以在這個(gè)過(guò)程中線框內(nèi)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流．假如轉(zhuǎn)過(guò)的角度超過(guò)60°(60°～300°)，bc邊將進(jìn)入無(wú)磁場(chǎng)區(qū)，那么線框中將不產(chǎn)生感應(yīng)電流；當(dāng)線框以bc邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，假如轉(zhuǎn)動(dòng)的角度小于60°，則穿過(guò)線框的磁通量始終保持不變(其值為磁感應(yīng)強(qiáng)度與矩形線框面積的一半的乘積)．]5．如圖所示，有一垂直紙面對(duì)里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.8T，磁場(chǎng)有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為1cm.現(xiàn)于紙面內(nèi)先后放上圓線圈A、B、C，圓心均處于O處，線圈A的半徑為1cm，10匝；線圈B的半徑為2cm，1匝；線圈C的半徑為0.5cm,1匝．問(wèn)：(1)在磁感應(yīng)強(qiáng)度B減為0.4T的過(guò)程中，線圈A和線圈B中的磁通量變更了多少？(2)在磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)90°角的過(guò)程中，線圈C中的磁通量變更了多少？轉(zhuǎn)過(guò)180°角呢？解析：(1)A、B線圈中的磁通量始終一樣，故它們的變更量也一樣．ΔΦ＝(B2－B)·πr2＝－1.256×10－4Wb即A、B線圈中的磁通量都削減1