高中物理第四章电磁感应第1课时划时代的发现实验探究感应电流产生的条件教师用书新人教版选修32.docx

高中物理第四章电磁感应第1课时划时代的发现实验探究感应电流产生的条件教师用书新人教版选修32.docx

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高中物理第四章电磁感应第1课时划时代的发现实验探究感应电流产生的条件教师用书新人教版选修32

第1课时　划时代的发现实验：

探究感应电流产生的条件

[研究学考·把握考情]

知识内容

电磁感应现象

考试要求

加试b

教学要求

1.了解电磁感应现象发现的过程

2．知道电磁感应现象和感应电流

3．知道发现“磁生电”的意义和价值

4．知道探究实验所需的器材，能够对实验步骤进行设计，使磁铁运动形式或电流变化的方式相对完整

5．会设计实验记录表，记录实验数据和实验现象，总结实验规律

6．能提出研究感应电流产生条件的新的实验方案，如磁铁不动、线圈运动等

7．经历实验的探究过程，体会透过各种实验现象，分析、归纳本质特征的思想方法

说明

不要求掌握法拉第等科学家对电磁感应现象研究的具体细节

[基础梳理]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．奥斯特梦圆“电生磁”

1820年，丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针转动，这种效应称为电流的磁效应。

2．法拉第心系“磁生电”

1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”现象。

产生的电流叫做感应电流。

他把引起电流的原因概括为五类：

变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体。

[即学即练]

下列属于电磁感应现象的是（　　）

A．通电导体周围产生磁场

B．磁场对感应电流发生作用，阻碍导体运动

C．由于导体自身电流发生变化，在回路中产生感应电流

D．电荷在磁场中定向移动形成电流

解析　根据引起电流原因的五类情况可知，导体自身电流发生变化，在回路中产生感应电流为电磁感应现象。

故选项C正确。

答案　C

[基础梳理]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．磁通量

（1）定义：

闭合导体回路的面积与垂直穿过它的磁场的磁感应强度的乘积叫磁通量，符号为Φ。

在数值上等于穿过投影面的磁感线的条数。

（2）公式：

Φ＝BS。

其中S为回路平面在垂直磁场方向上的有效面积。

若正方形线框的边长为a，磁感强度为B的正方形匀强磁场区域的边长为b，则穿过线框的磁通量Φ＝Bb2，如图1所示。

图1

（3）单位：

韦伯，简称韦，符号Wb。

（4）注意：

①磁通量是标量，但有正、负之分。

一般来说，如果磁感线从线圈的正面穿入，线圈的磁通量就为“＋”，磁感线从线圈的反面穿入，线圈的磁通量就为“－”。

②磁通量与线圈的匝数无关（填“有关”或“无关”）。

2．磁通量的变化量ΔΦ

（1）当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS。

（2）当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S。

（3）B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1，但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS。

[要点精讲]

（1）B与S垂直时（匀强磁场中）：

Φ＝BS。

B指匀强磁场的磁感应强度，S为线圈的面积。

（2）B与S不垂直时（匀强磁场中）：

Φ＝BS⊥。

S⊥为线圈在垂直磁场方向上的有效面积，在应用时可将S投影到与B垂直的方向上，如图2所示，Φ＝BSsinθ。

图2

【例1】如图3所示，有一个面积为S＝400cm2的正方形线圈abcd，平面与竖直方向的夹角θ＝60°，放在磁感应强度为B＝0.50T的水平匀强磁场中，则穿过正方形线圈的磁通量是多少？

图3

解析　线圈在垂直B方向上的有效面积

S⊥＝Scosθ＝0.04×0.5m2＝0.02m2

穿过正方向的磁通量

Φ＝BS⊥＝0.5×0.02Wb＝0.01Wb

答案　0.01Wb

【例2】如图4所示，水平放置的扁平条形磁铁，在磁铁的左端正上方有一金属线框，线框平面与磁铁垂直，当线框从左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的过程中，穿过它的磁通量的变化情况是（　　）

图4

A．先减小后增大B．始终减小

C．始终增大D．先增大后减小

解析　线框在磁铁两端的正上方时穿过该线框磁通量最大，在磁铁中央时穿过该线框的磁通量最小，所以该过程中的磁通量先减小后增大，故A对。

答案　A

[基础梳理]

1．实验设计

（1）实验1：

如图5所示，导体AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生（填“有”或“无”）。

图5

（2）实验2：

如图6所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中无电流产生。

（填“有”或“无”）

图6

（3）实验3：

如图7所示，将小螺线管A插入大螺线管B中不动，当开关S接通或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中有电流通过；而开关一直闭合，滑动变阻器滑动触头不动时，电流表中无电流产生（填“有”或“无”）。

图7

2．分析论证

上述三个实验产生感应电流的情况不同，但其中肯定有某种共同的原因，完成下表并总结产生感应电流的条件。

实验1

闭合电路中磁感应强度B不变，闭合电路的面积S变化

共同原因：

闭合电路中磁通量发生变化

实验2

闭合电路中磁感应强度B变化，闭合电路的面积S不变

实验3

闭合电路中磁感应强度B变化，闭合电路的面积S不变

特别提醒　实验1是通过导体相对磁场运动改变磁通量；实验2是磁体即磁场运动改变磁通量；实验3通过改变电流从而改变磁场强弱，进而改变磁通量，所以可以将产生感应电流的条件描述为“只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流”。

3．归纳总结

产生感应电流的条件：

穿过闭合电路的磁通量发生变化。

[要点精讲]

对产生感应电流的条件的理解

（1）导体回路闭合、磁通量变化是产生感应电流的两个必要条件，缺一不可。

而导体回路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件，即使穿过导体回路的磁通量很大但不发生变化，也不会产生感应电流。

（2）判断穿过闭合导体回路的磁通量是否变化时，可充分利用磁感线来进行定性判断。

即通过观察穿过闭合导体回路的磁感线的条数是否变化判断某过程中磁通量是否变化。

【例3】如图8所示，导线ab和cd互相平行，则下列四种情况中，导线cd中有电流的是（　　）

图8

A．开关S闭合或断开的瞬间

B．开关S是闭合的，但滑动触头向左滑

C．开关S是闭合的，但滑动触头向右滑

D．开关S始终闭合，滑动触头不动

解析　开关S闭合或断开的瞬间、开关S闭合但滑动触头向左滑的过程、开关S闭合但滑动触头向右滑的过程，都会使通过导线ab段的电流发生变化，使穿过cd回路的磁通量发生变化，从而在cd导线中产生感应电流。

因此本题的正确选项应为A、B、C。

答案　ABC

名师点睛　判断是否产生感应电流，关键是明确导体回路是否闭合以及回路中的磁通量是否发生变化。

只有两个条件同时满足了才能产生感应电流。

1．发电机的基本原理是电磁感应，发现电磁感应现象的科学家是（　　）

A．奥斯特B．安培

C．麦克斯韦D．法拉第

答案　D

2．如图9所示，虚线框内有匀强磁场，大环和小环是垂直于磁场放置的两个圆环，分别用Φ1和Φ2表示穿过大、小两环的磁通量，则（　　）

图9

A．Φ1>Φ2　　B．Φ1<Φ2

C．Φ1＝Φ2　　D．无法确定

解析　根据磁通量的计算公式Φ＝BS，大环、小环围成的面积虽不同，但磁场穿过的那部分有效面积相同，则磁通量相同。

答案　C

3．如图所示，有一正方形闭合线圈，在足够大的匀强磁场中运动。

下列四个图中能产生感应电流的是（　　）

解析　产生感应电流的条件：

一是电路要闭合，二是穿过回路的磁通量要有变化，A、B、C三个选项中的磁通量都无变化，因此无感应电流产生，只有D项正确。

答案　D

4．（2016·浙江省嘉兴市高二月考）如图10所示是“探究电磁感应的产生条件”的实验装置，下列情况中不会引起电流表指针偏转的是（　　）

图10

A．闭合开关时

B．断开开关时

C．闭合开关后拔出线圈A时

D．断开开关后移动变阻器的滑片时

解析　闭合开关时，穿过B线圈的磁通量从无到有，磁通量发生变化，产生感应电流，电流表指针发生偏转，A项错误；断开开关时，穿过B线圈的磁通量从有到无，磁通量发生变化，产生感应电流，电流表指针发生偏转，B项错误；闭合开关后，拔出线圈A时，穿过B线圈的磁通量发生变化，产生感应电流，电流表指针发生偏转，C项错误；断开开关后，移动滑动变阻器，穿过线圈B的磁通量始终为零，磁通量不变，不产生感应电流，D项正确。

答案　D

5．如图11所示，矩形线圈平面与磁场垂直，且一半在匀强磁场内、一半在匀强磁场外。

已知磁感应强度为0.1T，线圈面积为0.1m2，现使线圈从图示位置开始匀速转动；如果转动轴为bc，则在线圈转动60°的过程中，磁通量的改变量大小为________，线圈中________（填“能”或“不能”）产生感应电流；如果转动轴为OO′，则在线圈转动90°的过程中，磁通量的改变量大小为________，线圈中________（填“能”或“不能”）产生感应电流。

图11

解析　线圈绕bc转动60°，穿过线圈的磁感线条数不变，即穿过线圈的磁通量不变，无感应电流；当线圈绕OO′轴转动90°，磁通量的变化量为ΔΦ＝B

－0＝5×10－3Wb，能产生感应电流。

答案　0　不能　5×10－3Wb　能

一、选择题（在每小题给出的四个备选项中至少有一个是符合题目要求的。

）

1．首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是（　　）

A．安培和法拉第B．法拉第和楞次

C．奥斯特和安培D．奥斯特和法拉第

解析　1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，选项D正确。

答案　D

2．如图1所示，一个矩形线圈与通有相同大小电流的两根平行直导线在同一平面内且处于导线的中央，则（　　）

图1

A．两电流同向时，穿过线圈的磁通量为零

B．两电流反向时，穿过线圈的磁通量为零

C．两电流同向或反向，穿过线圈的磁通量都为零

D．因两电流产生的磁场是不均匀的，因此不能判定穿过线圈的磁通量是否为零

解析　若两电流同向，根据右手螺旋定则，两电流产生的磁场在线圈处方向相反，根据对称性，穿过线圈的磁通量为零，故A正确；若两电流反向，两电流产生的磁场在线圈处方向相同，穿过线圈的磁通量不为零，故B、C、D错误。

答案　A

3．如图2所示，通电螺线管水平固定，OO′为其轴线，a、b、c三点在该轴线上，在这三点处各放一个完全相同的小圆环，且各圆环平面垂直于OO′轴。

则关于这三点的磁感应强度Ba、Bb、Bc的大小关系及穿过三个小圆环的磁通量Φa、Φb、Φc的大小关系，下列判断正确的是（　　）

图2

A．Ba＝Bb＝Bc，Φa＝Φb＝Φc

B．Ba>Bb>Bc，Φa<Φb<Φc

C．Ba>Bb>Bc，Φa>Φb>Φc

D．Ba>Bb>Bc，Φa＝Φb＝Φc

解析　根据通电螺线管产生的磁场特点，Ba>Bb>Bc，由Φ＝BS，可得Φa>Φb>Φc，故C正确。

答案　C

4．磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图3所示，通过恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由1平移到2，第二次将线框绕cd边翻转到2，设先后两次通过线框的磁通量变化量分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则（　　）

图3

A．ΔΦ1>ΔΦ2B．ΔΦ1＝ΔΦ2

C．ΔΦ1<ΔΦ2D．无法确定

解析　设线框在位置1时的磁通量为Φ1，在位置2时的磁通量为Φ2。

直线电流产生的磁场在1处比在2处要强，若平移线框，则ΔΦ1＝－Φ2－Φ1；若转动线框，磁感线是从线框的正反两面穿过的，一正一负，因此，ΔΦ2＝Φ2－Φ1。

故选项C正确。

答案　C

5．法拉第通过精心设计的一系列试验，发现了电磁感应现象，将历史上认为各自独立的学科“电学”与“磁学”联系起来。

在下面几个典型的实验设计思想中，所作的推论后来被实验否