全套精品教学案电磁感应及交变电流.docx

全套精品教学案电磁感应及交变电流.docx

《全套精品教学案电磁感应及交变电流.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《全套精品教学案电磁感应及交变电流.docx（112页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

全套精品教学案电磁感应及交变电流

电磁感应现象　楞次定律

导学目标

能熟练应用楞次定律和右手定则判断感应电流的方向及相关的导体运动方向．

一、电磁感应现象

[基础导引]

试分析下列各种情形中，金属线框或线圈里能否产生感应电流？

[知识梳理]

1．电磁感应现象：

当穿过闭合电路的磁通量发生________时，电路中有____________产生，这种利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应．

2．产生感应电流的条件：

表述1：

闭合电路的一部分导体在磁场内做______________运动．

表述2：

穿过闭合电路的磁通量____________．

3．能量转化

发生电磁感应现象时，机械能或其他形式的能转化为______．

：

1.电路不闭合时，磁通量发生变化是否能产生电磁感应现象？

2．引起磁通量Φ变化的情况有哪些？

二、感应电流方向的判断

[基础导引]

下图是验证楞次定律实验的示意图，竖直放置的线圈固定不动，将磁铁从线圈上方插入或拔出，线圈和电流表构成的闭合回路中就会产生感应电流．各图中分别标出了磁铁的极性、磁铁相对线圈的运动方向以及线圈中产生的感应电流的方向等情况，其中正确的是

（　　）

[知识梳理]

1．楞次定律

（1）内容：

感应电流的磁场总要________引起感应电流的__________的变化．

（2）适用情况：

所有的电磁感应现象．

2．右手定则

（1）内容：

伸开右手，使拇指与其余四个手指________，并且都与手掌在同一个________，让磁感线从掌心进入，并使拇指指向____________的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向．

（2）适用情况：

____________________产生感应电流．

：

楞次定律中“阻碍”有哪些含义？

（按导图回答）

考点一　电磁感应现象能否发生的判断

考点解读

判断流程：

（1）确定研究的闭合电路．

（2）弄清楚回路内的磁场分布，并确定该回路的磁通量Φ.

（3）

典例剖析

例1如图1所示，一个金属薄圆盘水平放置在竖

直向上的匀强磁场中，下列做法中能使圆盘中

产生感应电流的是（　　）

A．圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动

图1

B．圆盘以某一水平直径为轴匀速转动

C．圆盘在磁场中向右匀速平移

D．匀强磁场均匀增加

思维突破　判断能否产生电磁感应现象，关键是看回路的磁通量是否发生了变化．磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1有多种形式，主要有：

（1）S、θ不变，B改变，这时ΔΦ＝ΔB·Ssinθ

（2）B、θ不变，S改变，这时ΔΦ＝ΔS·Bsinθ

（3）B、S不变，θ改变，这时ΔΦ＝BS（sinθ2－sinθ1）

跟踪训练1　如图2所示，一个U形金属导轨水平放置，其上放有一个

金属导体棒ab，有一个磁感应强度为B的匀强磁场斜向上穿过轨道

平面，且与竖直方向的夹角为θ.在下列各过程中，一定能在轨道回路

图2

里产生感应电流的是（　　）

A．ab向右运动，同时使θ减小

B．使磁感应强度B减小，θ角同时也减小

C．ab向左运动，同时增大磁感应强度B

D．ab向右运动，同时增大磁感应强度B和θ角（0°<θ<90°）

考点二　利用楞次定律判断感应电流的方向

考点解读

感应电流方向的判定及由此产生的其他问题是这一章的一个重点和难点．利用楞次定律和右手定则都可以判定感应电流方向，但楞次定律的应用更重要．

典例剖析

例2　某实验小组用如图3所示的实验装置来验证楞次定律．当

图3

条形磁铁自上而下穿过固定的线圈时，通过电流计的感应电流

方向是

（　　）

A．a→G→b

B．先a→G→b，后b→G→a

C．b→G→a

D．先b→G→a，后a→G→b

思维突破　楞次定律的使用步骤

跟踪训练2　长直导线与矩形线框abcd处在同一平面中静止不动，如图4甲所示．长直导线中通以大小和方向都随时间做周期性变化的交流电：

i＝Imsinωt，i－t图象如图乙所示．规定沿长直导线方向上的电流为正方向．关于最初一个周期内矩形线框中感应电流的方向，下列说法正确的是（　　）

图4

A．由顺时针方向变为逆时针方向B．由逆时针方向变为顺时针方向

C．由顺时针方向变为逆时针方向，再变为顺时针方向

D．由逆时针方向变为顺时针方向，再变为逆时针方向

图5

例3　如图5所示，质量为m的铜质小闭合线圈静置于粗糙水平桌面

上．当一个竖直放置的条形磁铁贴近线圈，沿线圈中线由左至右

从线圈正上方等高、快速经过时，线圈始终保持不动．则关于线

圈在此过程中受到的支持力FN和摩擦力Ff的情况，以下判断正确

的是（　　）

A．FN先大于mg，后小于mg

B．FN一直大于mg

C．Ff先向左，后向右D．Ff一直向左

思维突破　楞次定律的推广应用

对楞次定律中“阻碍”的含义可以推广为感应电流的效果总是阻碍产生感应电流的原因：

（1）阻碍原磁通量的变化——“增反减同”；

（2）阻碍相对运动——“来拒去留”；

（3）使线圈面积有扩大或缩小的趋势——“增缩减扩”；

（4）阻碍原电流的变化（自感现象）——“增反减同”．

跟踪训练3　（2010·上海单科·21）如图6所示，金属环A用轻绳悬

挂，与长直螺线管共轴，并位于其左侧，若变阻器滑片P向左移

动，则金属环A将向________（填“左”或“右”）运动，并有_

_______（填“收缩”或“扩张”）趋势．

　　　　　　　　　楞次定律、右手定则、左手

定则、安培定则的综合应用

例4　如图7所示，水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金

属棒PQ、MN，MN的左边有一闭合电路，当PQ在外力的作用下运动时，MN向右运动，则PQ所做的运动可能是（　　）

图7

A．向右加速运动B．向左加速运动

C．向右减速运动D．向左减速运动

建模感悟

安培定则、左手定则、右手定则、楞次定律综合应用的比较

基本现象

应用的定则或定律

运动电荷、电流产生磁场

安培定则

磁场对运动电荷、电流有作用力

左手定则

电磁

感应

部分导体做切割磁感线运动

右手定则

闭合回路磁通量变化

楞次定律

图8

跟踪训练4　两根相互平行的金属导轨水平放置于图8所示的匀强磁场

中，在导轨上接触良好的导体棒AB和CD可以自由滑动．当AB在外

力F作用下向右运动时，下列说法中正确的是（　　）

A．导体棒CD内有电流通过，方向是D→C

B．导体棒CD内有电流通过，方向是C→D

C．磁场对导体棒CD的作用力向左D．磁场对导体棒AB的作用力向左

A组　电磁感应现象的产生

1.如图9所示，光滑导电圆环轨道竖直固定在匀强磁场中，磁

场方向与轨道所在平面垂直，导体棒ab的两端可始终不离开

轨道无摩擦地滑动，当ab由图示位置释放，直到滑到右侧虚

线位置的过程中，关于ab棒中的感应电流情况，正确的是

（　　）

图9

A．先有从a到b的电流，后有从b到a的电流

B．先有从b到a的电流，后有从a到b的电流

C．始终有从b到a的电流D．始终没有电流产生

2．假如有一宇航员登月后，想探测一下月球表面是否有磁场，他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈，则下列推断正确的是（　　）

A．直接将电流表放于月球表面，看是否有示数来判断磁场的有无

B．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表无示数，则可判断月球表面无磁场

C．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈沿某一方向运动，如电流表有示数，则可判断月球表面有磁场

D．将电流表与线圈组成闭合回路，使线圈在某一平面内沿各个方向运动，如电流表无示数，则可判断月球表面无磁场

B组　感应电流方向的判断

图10

3．如图10所示，在磁感应强度大小为B、方向竖直向上的匀强磁

场中，有一质量为m、阻值为R的闭合矩形金属线框abcd用绝

缘轻质细杆悬挂在O点，并可绕O点摆动．金属线框从右侧某

一位置静止开始释放，在摆动到左侧最高点的过程中，细杆和

金属线框平面始终处于同一平面，且垂直纸面．则线框中感应

电流的方向是（　　）

A．a→b→c→d→aB．d→c→b→a→d

C．先是d→c→b→a→d，后是a→b→c→d→a

D．先是a→b→c→d→a，后是d→c→b→a→d

4．2011年秋季，北约战机“幻影－2000”在利比亚班加西（北纬31°附近）上空盘旋，由于地磁场的存在，飞机在一定高度水平飞行时，其机翼就会切割磁感线，机翼的两端之间会有一定的电势差．则从飞行员的角度看，机翼左端的电势比右端的电势（　　）

A．低B．高C．相等D．以上情况都有可能

C组　楞次定律的拓展应用

5．如图11所示，甲是闭合铜线框，乙是有缺口的铜线框，丙是闭合的塑料线框，它们的正下方都放置一薄强磁铁，现将甲、乙、丙拿至相同高度H处同时释放（各线框下落过程中不翻转），则以下说法正确的是（　　）

图11

A．三者同时落地B．甲、乙同时落地，丙后落地

C．甲、丙同时落地，乙后落地D．乙、丙同时落地，甲后落地

课时规范训练

（限时：

45分钟）

一、选择题

1．现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及电键如图1所示连接．下列说法中正确的是（　　）

图1

A．电键闭合后，线圈A插入或拔出都会引起电流计指针偏转

B．线圈A插入线圈B中后，电键闭合和断开的瞬间电流计指针均不会偏转

C．电键闭合后，滑动变阻器的滑片P匀速滑动，会使电流计指针静止在中央零刻度

D．电键闭合后，只有滑动变阻器的滑片P加速滑动，电流计指针才能偏转

2．如图2所示，两个线圈A、B水平且上下平行放置，分别通以如图

所示的电流I1、I2，为使线圈B中的电流瞬时有所增大，可采用的

办法是（　　）

A．线圈位置不变，增大线圈A中的电流

图2

B．线圈位置不变，减小线圈A中的电流

C．线圈A中电流不变，线圈A向下平移

D．线圈A中电流不变，线圈A向上平移

图3

3．北半球地磁场的竖直分量向下．如图3所示，在北京某中学实验室

的水平桌面上，放置边长为L的正方形闭合导体线圈abcd，线圈的ab边沿南北方向，ad边沿东西方向．下列说法中正确的是（　　）

A．若使线圈向东平动，则a点的电势比b点的电势低

B．若使线圈向北平动，则a点的电势比b点的电势低

C．若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→b→c→d→a

D．若以ab为轴将线圈向上翻转，则线圈中感应电流方向为a→d→c→b→a

4．如图4所示，在直线电流附近有一根金属棒ab，当金属棒以b端为

圆心，以ab为半径，在过导线的平面内匀速旋转达到图中的位置

时（　　）

图4

A．a端聚积电子B．b端聚积电子

C．金属棒内电场强度等于零

D．Ua>Ub

图5

5．如图5所示，水平地面上方有正交的匀强电场和匀强磁场，电场竖

直向下，磁场垂直纸面向外．半圆形铝框从直径处于水平位置

时，沿竖直平面由静止开始下落．不计阻力，a、b两端落到地面

的次序是（　　）

A．a先于bB．b先于a

C．a、b同时落地

D．无法判定

6．如图6所示，线圈A、B是由不同材料制成的导体线圈，它们的

质量一样大，形状一样，设磁场足够大，下列说法正确的是

（　　）

A．电阻大的线圈达到稳定速度时的速度大

图6

B．电阻小的线圈达到稳定速度时的速度大

C．两线圈的稳定速度是一样的

D．电阻率大的材料制成的线圈，稳定速度大

7．如图7所示，ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈，当滑动变阻器R的滑片P自左向右滑动过程中，线圈ab将

（　　）

图7

A．静止不动

B．逆时针转动

C．顺时针转动

D．发生转动，但因电源的极性不明，无法确定转动的方向

图8

8.如图8所示，两个线圈套在同一个铁芯上，线圈的绕向如

图．左线圈连着平行导轨M和N，导轨电阻不计，在导轨垂直

方向上放着金属棒ab，金属棒处于垂直纸面向外的匀强磁场

中，下列说法中正确的是（　　）

A．当金属棒向右匀速运动时，a点电势高于b点，c点电势高于d点

B．当金属棒向右匀速运动时，b点电势高于a点，c点与d点等电势

C．当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点，c点电势高于d点

D．当金属棒向右加速运动时，b点电势高于a点，d点电势高于c点

图9

9．（2011·上海单科·13）如图9，均匀带正电的绝缘圆环a与金属圆环b同

心共面放置，当a绕O点在其所在平面内旋转时，b中产生顺时针方

向的感应电流，且具有收缩趋势，由此可知，圆环a（　　）

A．顺时针加速旋转

B．顺时针减速旋转

C．逆时针加速旋转

D．逆时针减速旋转

10.如图10所示，每米电阻为1Ω的一段导线被弯成半径r＝1m的三段圆

弧，并组成闭合回路．每段圆弧都是圆周，位于空间直角坐标系

图10

的不同平面内，其中ab段位于xOy平面内，bc段位于yOz平面内，ca

段位于zOx平面内．空间存在一个沿＋x轴方向的磁场，其磁感应强度大小随

时间变化的关系式为B＝0.7＋0.6t，则（　　）

A．导线中的感应电流大小是0.1A，方向是a→c→b→a

B．导线中的感应电流大小是0.1A，方向是a→b→c→a

C．导线中的感应电流大小是A，方向是a→c→b→a

D．导线中的感应电流大小是A，方向是a→b→c→a

11.一飞机下有一沿竖直方向的金属杆，若仅考虑地磁场的影响，不考虑磁偏角影响，当飞机水平飞行经过我国某市上空（　　）

A．由东向西飞行时，金属杆上端电势比下端电势高

B．由西向东飞行时，金属杆上端电势比下端电势高

C．由南向北飞行时，金属杆上端电势比下端电势高

D．由北向南飞行时，金属杆上端电势比下端电势高

图11

12.如图11所示，金属棒ab置于水平放置的金属导体框架cdef上，

棒ab与框架接触良好．从某一时刻开始，给这个空间施加一个

斜向上的匀强磁场，并且磁场均匀增加，ab棒仍静止，在磁场均匀

增加的过程中，关于ab棒受到的摩擦力，下列说法正确的是（　　）

A．摩擦力大小不变，方向向右

B．摩擦力变大，方向向右

C．摩擦力变大，方向向左

D．摩擦力变小，方向向左

法拉第电磁感应定律　自感　涡流

导学目标

1.能用法拉第电磁感应定律、公式E＝Blv计算感应电动势.2.理解自感、涡流产生，并能分析实际应用．

一、法拉第电磁感应定律

[基础导引]

1．关于电磁感应，下述说法正确的是（　　）

A．穿过线圈的磁通量越大，感应电动势越大

B．穿过线圈的磁通量为零，感应电动势一定为零

C．穿过线圈的磁通量变化越大，感应电动势越大

D．穿过线圈的磁通量变化越快，感应电动势越大

2．试计算下列几种情况下的感应电动势．

（1）平动切割

①如图1（a），在磁感应强度为B的匀强磁场中，棒以速度v垂直切割磁感线时，感应电动势E＝________.

图1

②如图（b），在磁感应强度为B的匀强磁场中，棒运动的速度v与磁场的方向成θ角，此时的感应电动势为E＝________.

（2）转动切割

如图（c），在磁感应强度为B的匀强磁场中，长为l的导体棒绕一端为轴以角速度ω匀速转动，此时产生的感应电动势E＝____________.

（3）有效切割长度：

即导体在与v垂直的方向上的投影长度．试分析图2中的有效切割长度．

图2

甲图中的有效切割长度为：

____________；乙图中的有效切割长度为：

________；丙图中的有效切割长度：

沿v1的方向运动时为________；沿v2的方向运动时为______．

[知识梳理]

1．感应电动势

（1）感应电动势：

在________________中产生的电动势．产生感应电动势的那部分导体就相当于________，导体的电阻相当于____________．

（2）感应电流与感应电动势的关系：

遵循________________定律，即I＝________.

2．法拉第电磁感应定律

（1）法拉第电磁感应定律

①内容：

电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的________________成正比．

②公式：

E＝____________.

（2）导体切割磁感线的情形

①一般情况：

运动速度v和磁感线方向夹角为θ，则E＝__________.

②常用情况：

运动速度v和磁感线方向垂直，则E＝________.

③导体棒在磁场中转动

导体棒以端点为轴，在匀强磁场中垂直于磁感线方向匀速转动产生感应电动势E＝Bl＝____________（平均速度等于中点位置线速度lω）．

二、自感与涡流

[基础导引]

判断下列说法的正误

（1）线圈的自感系数跟线圈内电流的变化率成正比．（　　）

（2）自感电动势阻碍电流的变化，但不能阻止电流的变化．（　　）

（3）当导体中电流增大时，自感电动势的方向与原电流方向相反．（　　）

（4）线圈中电流变化的越快，穿过线圈的磁通量越大．（　　）

[知识梳理]

1．自感现象

（1）概念：

由于导体本身的________变化而产生的电磁感应现象称为自感，由于自感而产生的感应电动势叫做________________．

（2）表达式：

E＝____________.

（3）自感系数L

①相关因素：

与线圈的________、形状、________以及是否有铁芯有关．

②单位：

亨利（H,1mH＝________H,1μH＝________H）．

2．涡流

当线圈中的电流发生变化时，在它附近的任何导体中都会产生____________，这种电流像水中的旋涡所以叫涡流．

（1）电磁阻尼：

当导体在磁场中运动时，感应电流会使导体受到__________，安培力的方向总是________导体的相对运动．

（2）电磁驱动：

如果磁场相对于导体转动，在导体中会产生__________使导体受到安培力的作用，安培力使导体运动起来．

（3）电磁阻尼和电磁驱动的原理体现了____________的推广应用．

考点一　法拉第电磁感应定律的应用

考点解读

1．感应电动势的大小由穿过电路的磁通量的变化率和线圈的匝数共同决定，而与磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ的大小没有必然联系．

2．具体而言：

当ΔΦ仅由B引起时，则E＝n；当ΔΦ仅由S引起时，则E＝n.

3．磁通量的变化率是Φ－t图象上某点切线的斜率．

典例剖析

例1　如图3（a）所示，一个电阻值为R，匝数为n的圆形金属线圈与阻值为2R的电阻R1连接成闭合回路．线圈的半径为r1,在线圈中半径为r2的圆形区域存在垂直于线圈平面向里的匀强磁场，磁感应强度B随时间t变化的关系图线如图（b）所示．图线与横、纵轴的截距分别为t0和B0.导线的电阻不计．求0至t1时间内：

图3

（1）通过电阻R1上的电流大小和方向；

（2）通过电阻R1上的电荷量q及电阻R1上产生的热量．

思维突破

1．公式E＝n是求解回路某段时间内平均电动势的最佳选择．

2．用公式E＝nS求感应电动势时，S为线圈在磁场范围内的有效面积．

3．通过回路截面的电荷量q仅与n、ΔΦ和回路电阻R有关，与时间长短无关．推导如下：

q＝Δt＝Δt＝.

图4

跟踪训练1　如图4所示，导线全部为裸导线，半径为r的圆内有垂

直于圆平面的匀强磁场，磁感应强度为B，一根长度大于2r的导

线MN以速度v在圆环上无摩擦地自左端匀速滑到右端．电路的

固定电阻为R，其余电阻不计，求MN从圆环的左端滑到右端的过程中电阻R上的电流的平均值和通过电阻R的电荷量．

考点二　导体切割磁感线产生感应电动势的计算

图5

例2　在范围足够大，方向竖直向下的匀强磁场中，B＝0.2T，有一水

平放置的光滑框架，宽度为l＝0.4m，如图5所示，框架上放置一质

量为0.05kg、电阻为1Ω的金属杆cd，框架电阻不计．若杆cd以恒定加速度a＝2m/s2，由静止开始做匀变速运动，则：

（1）在5s内平均感应电动势是多少？

（2）第5s末，回路中的电流多大？

（3）第5s末，作用在cd杆上的水平外力多大？

思维突破

公式E＝n与E＝Blvsinθ的区别与联系

两个公式

项目

E＝n

E＝Blvsinθ

区别

（1）求的是Δt时间内的平均

感应电动势，E与某段时间

或某个过程相对应

（1）求的是瞬时感应电动势，E与某个时刻或某个位置相对应

（2）求的是整个回路的感应

电动势．整个回路的感应

电动势为零时，其回路中

某段导体的感应电动势不

一定为零

（2）求的是回路中一部分导体切割磁感线时产生的感应电动势

（3）由于是整个回路的感应

电动势，因此电源部分不

容易确定

（3）由于是由一部分导体切割磁感线的运动产生的，该部分就相当于电源

联系

公式E＝n和E＝Blvsinθ是统一的，当Δt→0时，E为瞬时感应电动势，只是由于高中数学知识所限，现在还不能这样求瞬时感应电动势，而公式E＝Blvsinθ中的v若代入，则求出的E为平均感应电动势

跟踪训练2　（2010·课标全国·21）如图6所示，两个端面半径同为R的

圆柱形铁芯同轴水平放置，相对的端面之间有一缝隙，铁芯上绕

图6

导线并与电源连接，在缝隙中形成一匀强磁场．一铜质细直棒ab

水平置于缝隙中，且与圆柱轴线等高、垂直．让铜棒从静止开始自由

下落，铜棒下落距离为0.2R时铜棒中电动势大小为E1，下落距离为0.8R时电动势大小为E2.忽略涡流损耗和边缘效应．关于E1、E2的大小和铜棒离开磁场前两端的极性，下列判断正确的是（　　）

A．E1>E2，a端为正B．E1>E2，b端为正

C．E1

考点三　自感现象的分析

考点解读

通电自感与断电自感的比较

通电自感

断电自感

电路

图

器材

要求

A1、A2同规格，R＝RL，L较大

L很大（有铁芯）

现象

在S闭合瞬间，A2灯立即亮起来，A1灯逐渐变亮，最终一样亮

在开关S断开时，灯A突然闪亮一下后再渐渐熄灭（当抽掉铁芯后，重做实验，断开开关S时，会看到灯A马上熄灭）

原因

由于开关闭合时，流过电感线圈的电流迅速增大，使线圈产生自感电动势，阻碍了电流的增大，流过A1灯的电流比流过A2灯的电流增加得慢

断开开关S时，流过线圈L的电流减小，产生自感电动势，阻碍了电流的减小，使电流继续存在一段时间；在S断开后，通过L的电流反向通过A灯，且由于RL≪RA，使得流过A灯的电流在开关断开瞬间突然增大，从而使A灯的发光功率突然变大

能量转

化情况

电能转化为磁场能

磁场能转化为电能

典例剖析

图7

例3　（2010·江苏单科·4）如图7所示的电路中，电源的电动势为E，

内阻为r，电感L的电阻不计，电阻R的阻值大于灯泡D的阻

值．在t＝0时刻闭合开关S，经过一段时间后，在t＝t1时刻断

开S.下列表示A、B两点间电压UAB随时间t变化的图象中，正

确的是（　　）

思维突破　自感现象中主要有两种情况：

即