2024-2025學(xué)年高中物理第四章電磁感應(yīng)12劃時代的發(fā)現(xiàn)探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件學(xué)案新人教版選修3-2

PAGE14-1劃時代的發(fā)覺2探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件1．奧斯特的“電生磁”1820年，丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)覺載流導(dǎo)線能使小磁針偏轉(zhuǎn)，這種作用稱為電流的磁效應(yīng)．奧斯特試驗(yàn)說明電與磁有親密聯(lián)系．2．法拉第的“磁生電”1831年，英國物理學(xué)家法拉第發(fā)覺了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，即“磁生電”的現(xiàn)象．產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流．法拉第把引起電流的緣由概括為五類：(1)變更的電流；(2)變更的磁場；(3)運(yùn)動的恒定電流；(4)運(yùn)動的磁鐵；(5)在磁場中運(yùn)動的導(dǎo)體．3．磁通量穿過某一面積的磁通量Φ＝BS·cosθ，其中θ為線圈平面與垂直于磁場方向的夾角，即S·cosθ為垂直于磁場方向的投影面積．磁通量的單位是Wb.法拉第發(fā)覺了電磁感應(yīng)的規(guī)律，那么電磁感應(yīng)的實(shí)質(zhì)是什么？提示：電磁感應(yīng)的實(shí)質(zhì)是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的過程．如圖所示，線圈平面與水平面成θ角，磁感線豎直向下，設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，線圈面積為S，則穿過線圈的磁通量Φ＝BScosθ.解析：解法一：把S投影到與B垂直的方向即水平方向，如圖中a′b′cd，S1＝Scosθ，故Φ＝BS1＝BScosθ.解法二：把B分解為平行于線圈平面的重量B∥和垂直于線圈平面的重量B⊥，明顯B∥不穿過線圈，且B⊥＝Bcosθ，故Φ＝B⊥S＝BScosθ.4．科學(xué)探究——感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件(1)利用導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動如圖，閉合回路的部分導(dǎo)體在磁場中做切割磁感線運(yùn)動時，閉合回路中電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明回路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流．(2)利用磁鐵在螺線管中的運(yùn)動如圖，將條形磁鐵插入或抽出與電流表構(gòu)成閉合電路的螺線管過程中，視察到電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明回路中產(chǎn)生了感應(yīng)電流．(3)利用通電螺線管的磁場如圖，螺線管A、滑動變阻器、電源、開關(guān)組成一個回路，螺線管B與電流表組成閉合回路，螺線管A放在螺線管B內(nèi)．開關(guān)閉合或斷開的瞬間，電流表的指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而開關(guān)閉合電路穩(wěn)定后，電流表的指針不偏轉(zhuǎn)；保持開關(guān)閉合，當(dāng)滑動變阻器的滑片移動時，電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)；保持開關(guān)閉合，當(dāng)螺線管A離開B或進(jìn)入B時，電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)．5．產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件只要穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變更，閉合導(dǎo)體回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流．1．閉合導(dǎo)體回路在磁場中運(yùn)動肯定產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎？提示：不肯定．若閉合導(dǎo)體回路在磁場中運(yùn)動時，穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量發(fā)生變更，導(dǎo)體回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流；若閉合導(dǎo)體回路在磁場中運(yùn)動時，穿過閉合導(dǎo)體回路的磁通量不變，導(dǎo)體回路中就沒有感應(yīng)電流．2．產(chǎn)生感應(yīng)電流必需有導(dǎo)體運(yùn)動嗎？提示：只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變更，電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，不肯定有導(dǎo)體切割磁感線的運(yùn)動．磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān)，也就是磁通量的大小不受線圈匝數(shù)的影響.同理，磁通量的變更ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受線圈匝數(shù)的影響.所以，用公式求Φ、ΔΦ時，不用去考慮線圈匝數(shù)n.【例1】一個100匝的線圈，其橫截面是邊長為L＝0.20m的正方形，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B＝0.50T的勻強(qiáng)磁場中，線圈平面與磁場垂直．若將這個線圈橫截面的形態(tài)由正方形變更成圓形(橫截面的周長不變)，在這一過程中穿過線圈的磁通量變更了多少？閉合線圈由正方形變?yōu)閳A形(周長不變)，其所圍成的面積發(fā)生了變更，磁感應(yīng)強(qiáng)度B未變，只要求出這兩種狀況的Φ即可求出ΔΦ.[答案]5.5×10－3Wb[解析]線圈橫截面是正方形時的面積S1＝L2＝0.202m2＝4.0×10穿過線圈的磁通量Φ1＝BS1＝0.50×4.0×10－2Wb＝2.0×10－2Wb.橫截面形態(tài)為圓形時，其半徑r＝4L/(2π)＝2橫截面積大小S2＝π(2L/π)2m2穿過線圈的磁通量Φ2＝BS2＝0.50×4/(25π)Wb≈2.55×10－2Wb.所以，磁通量的變更為ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0)×10－2Wb＝5.5×10－3Wb.總結(jié)提能磁通量Φ＝BS的計(jì)算有幾點(diǎn)要留意(1)S是指閉合回路中包含磁場的那部分的有效面積．(2)磁通量及磁通量的變更量與匝數(shù)無關(guān)，求Φ及ΔΦ時，不用考慮線圈匝數(shù)n.一根通有恒定電流I的長直導(dǎo)線MN與一閉合的線圈P位于同一平面，線圈P位于導(dǎo)線的正下方，如圖所示．現(xiàn)使線圈P豎直向上運(yùn)動到MN的上方的過程中，穿過P的磁通量如何變更？答案：整個過程中穿過線圈的磁通量先增加再削減再增加最終削減．解析：通電直導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場的特點(diǎn)：關(guān)于導(dǎo)線對稱的點(diǎn)的磁場強(qiáng)弱相同，方向相反；靠近導(dǎo)線磁場強(qiáng)，遠(yuǎn)離導(dǎo)線磁場弱．畫出從MN下方到MN上方幾個特別的位置，如圖，可知Ⅰ到Ⅱ磁通量增加，Ⅱ到Ⅲ磁通量削減，Ⅲ到Ⅳ磁通量增加，Ⅳ到Ⅴ磁通量削減．考點(diǎn)二感應(yīng)電流有無的推斷1．產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件(1)電路為閉合電路．(2)穿過電路的磁通量發(fā)生變更．留意：(1)(2)兩條必需同時滿意，才能產(chǎn)生感應(yīng)電流．2．推斷感應(yīng)電流有無的方法(1)明確電路是否為閉合電路．(2)推斷穿過回路的磁通量是否發(fā)生變更．穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變更，大致有以下幾種狀況：【例2】[多選]如圖所示，繞在鐵芯上的線圈與電源、滑動變阻器和電鍵組成閉合回路，在鐵芯的右端套有一個表面絕緣的銅環(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．通電過程中，使變阻器的滑片P做勻速移動C．通電過程中，使變阻器的滑片P做加速移動D．將電鍵突然斷開的瞬間解答本題可按以下思路分析：eq\x(線圈電流變更)→eq\x(銅環(huán)磁通量變更)→eq\x(感應(yīng)電流有無的推斷)[答案]BCD[解析]線圈中通以恒定的電流，銅環(huán)A中磁通量不變，銅環(huán)A中沒有感應(yīng)電流，A錯；變阻器的滑片P做勻速、加速移動時，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；將電鍵突然斷開的瞬間，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．總結(jié)提能感應(yīng)電流產(chǎn)生條件的兩點(diǎn)理解(1)在閉合回路中是否產(chǎn)生感應(yīng)電流，取決于穿過回路磁通量是否發(fā)生變更，而不是取決于回路有無磁通量．(2)閉合回路的部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動是引起回路磁通量變更的詳細(xì)形式之一．但閉合回路的部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動時，不肯定總會引起閉合回路的磁通量變更．如圖，矩形線框abcd在范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場中在垂直磁場的平面內(nèi)向右平動，雖然ad、bc邊都切割磁感線，但磁場穿過回路abcd的磁通量沒有變更，因而沒有產(chǎn)生感應(yīng)電流．下列狀況能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(D)A．如圖甲所示，導(dǎo)體AB沿著磁感線方向運(yùn)動時B．如圖乙所示，條形磁鐵插入線圈中不動時C．如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關(guān)S一干脆通，滑動變阻器滑片的位置不變時D．如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關(guān)S一干脆通，當(dāng)變更滑動變阻器滑片的位置時解析：產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變更，前提條件是電路要閉合，且閉合電路的磁通量發(fā)生變更，或者閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動，D正確.涉及磁通量正負(fù)問題的分析方法(1)磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)之分．磁通量的正負(fù)不代表大小，只反映磁通量是怎么穿過某一平面的．若規(guī)定向里穿過某一平面的磁通量為正，則向外為負(fù)，尤其在計(jì)算磁通量變更時更應(yīng)留意．(2)若穿過某一平面的磁感線既有穿出又有穿進(jìn)時，則穿過該平面的合磁通量為凈磁感線的條數(shù)，即有效磁通量．【典例】如圖所示，a、b是兩個同平面、同心放置的金屬圓環(huán)，條形磁鐵穿過圓環(huán)且與兩環(huán)平面垂直，則通過兩圓環(huán)的磁通量Φa、Φb()A．Φa>Φb B．Φa<ΦbC．Φa＝Φb D．無法比較【解析】條形磁鐵磁場的磁感線的分布特點(diǎn)是：①磁鐵內(nèi)外磁感線的條數(shù)相同．②磁鐵內(nèi)外磁感線的方向相反．③磁鐵外部磁感線的分布是兩端密、中間疏．兩個同心放置的同平面的金屬圓環(huán)與磁鐵垂直且磁鐵在中心時，通過其中的磁感線的俯視圖如圖所示，穿過圓環(huán)的磁通量Φ＝Φ進(jìn)－Φ出，由于兩圓環(huán)面積Sa<Sb，兩圓環(huán)的Φ進(jìn)相同，而Φ出a<Φ出b，所以穿過兩圓環(huán)的有效磁通量Φa>Φb，故A正確．【答案】A【易錯分析】本題易錯選B.其緣由是機(jī)械地依據(jù)Φ＝BS進(jìn)行推斷，沒有分析條形磁鐵磁感線的分布特點(diǎn)和不清晰穿過圓環(huán)的磁通量為有效磁通量．【變式】如圖所示，a、b、c三個閉合線圈放在同一平面內(nèi)，當(dāng)線圈a中有電流I通過時，它們的磁通量分別為Φa、Φb、Φc，下列說法中正確的是(B)A．Φa<Φb<ΦcB．Φa>Φb>ΦcC．Φa<Φc<ΦbD．Φa>Φc>Φb解析：當(dāng)a中有電流通過時，穿過a、b、c三個閉合線圈向里的磁感線條數(shù)一樣多，向外的磁感線條數(shù)c最多，其次是b，a中無向外的磁感線．因此，據(jù)合磁通量的計(jì)算，應(yīng)當(dāng)是Φa>Φb>Φc.1．[多選]在電磁學(xué)發(fā)展過程中，很多科學(xué)家做出了貢獻(xiàn)，下列說法正確的是(AC)A．奧斯特發(fā)覺了電流磁效應(yīng)；法拉第發(fā)覺了電磁感應(yīng)現(xiàn)象B．麥克斯韋預(yù)言了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，奧斯特發(fā)覺了電磁感應(yīng)現(xiàn)象C．庫侖發(fā)覺了點(diǎn)電荷的相互作用規(guī)律；密立根通過油滴試驗(yàn)測定了元電荷的數(shù)值D．安培發(fā)覺了磁場對運(yùn)動電荷的作用規(guī)律；洛倫茲發(fā)覺了磁場對電流的作用規(guī)律解析：麥克斯韋預(yù)言了電磁波并沒有預(yù)言電磁感應(yīng)現(xiàn)象，發(fā)覺電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是法拉第，選項(xiàng)B錯誤；洛倫茲發(fā)覺了磁場對運(yùn)動電荷的作用規(guī)律，安培發(fā)覺了磁場對電流的作用規(guī)律，選項(xiàng)D錯誤．2．如下圖所示試驗(yàn)裝置中用于探討電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是(B)解析：選項(xiàng)A是用來探究影響安培力的大小因素的試驗(yàn)．選項(xiàng)B是探討電磁感應(yīng)現(xiàn)象的試驗(yàn)，視察導(dǎo)體棒在磁場中做切割磁感線運(yùn)動時電流表是否會產(chǎn)生感應(yīng)電流．選項(xiàng)C是用來探究安培力的方向與哪些因素有關(guān)的試驗(yàn)．選項(xiàng)D是奧斯特試驗(yàn)，證明通電導(dǎo)線四周存在磁場．3．金屬矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中做如圖所示的運(yùn)動，線圈中有感應(yīng)電流的是(A)解析：在選項(xiàng)B、C中，線圈中的磁通量始終為零，不產(chǎn)生感應(yīng)電流；選項(xiàng)D中磁通量始終最大，保持不變，不發(fā)生變更，也沒有感應(yīng)電流；選項(xiàng)A中，在線圈轉(zhuǎn)動過程中，磁通量做周期性變更，產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A正確．4．[多選]動圈式話筒和磁帶錄音機(jī)都應(yīng)用了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，圖甲所示是話筒原理圖，圖乙所示是錄音機(jī)的錄音、放音原理圖，由圖可知(ABD)A．話筒工作時磁鐵不動線圈振動而產(chǎn)生感應(yīng)電流B．錄音機(jī)放音時變更的磁場在靜止的線圈里產(chǎn)生感應(yīng)電流C．錄音機(jī)放音時線圈中變更的電流在磁頭縫隙處產(chǎn)生變更的磁場D．錄音機(jī)錄音時線圈中變更的電流在磁頭縫隙處產(chǎn)生變更的磁場解析：話筒工作時，通過線圈振動切割磁感線，產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A正確．錄音時是電生磁，即利用了電流的磁效應(yīng)原理．放音時是磁生電，即利用了電磁感應(yīng)原理，故B、D正確，C錯誤．5．隨著科技的不斷發(fā)展，無線充電已經(jīng)進(jìn)入人們的視線．如圖所示為某品牌的無線充電手機(jī)利用電磁感應(yīng)方式無線充電的原理圖．關(guān)于無線充電，下列說法正確的是(C)A．無線充電時手機(jī)接收線圈部分的工作原理是電流的磁效應(yīng)B．只有將充電底座接到直流電源上才能對手機(jī)