精选沪科版高中物理选修32第1章《电磁感应与现代生活》word教案1物理知识点总结.docx

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精选沪科版高中物理选修32第1章《电磁感应与现代生活》word教案1物理知识点总结

学案1　电磁感应——划时代的发现

[学习目标定位]1.能理解什么是电磁感应现象.2.能记住产生感应电流的条件.3.会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验.4.能说出磁通量变化的含义.5.会利用电磁感应产生的条件解决实际问题．

1．磁通量的计算公式Φ＝BS的适用条件是匀强磁场且磁感线与平面垂直．若在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁感线与平面不垂直，公式Φ＝BS中的S应为平面在垂直于磁场方向上的投影面积．

2．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“－”．

3．由Φ＝BS可知，磁通量的变化有三种情况：

（1）磁感应强度B不变，有效面积S变化；

（2）磁感应强度B变化，有效面积S不变；

（3）磁感应强度B和有效面积S同时变化．

一、法拉第发现电磁感应的艰难历程

1．新课题的提出：

奥斯特发现了电流的磁效应，即“电转化为磁”，根据对称思维的方法，法拉第在1822年提出了自己的新课题：

“把磁转变为电”．

2．思维定势路漫长：

法拉第在很长一段时间内基本上做了两类实验：

一是将两根导线并列放置，将其中一根导线通以电流，希望在另一根导线中感应出电流；二是在强磁体旁边放置导线或线圈，希望在导线或线圈中感应出电流．这两类实验成功了吗？

没有．

3．偶然发现犹迷茫：

法拉第重做改进后的实验，在接电池的线圈电路里，当把开关闭合或断开时，导线下方的小磁针都突然跳动一下，当电路维持接通状态，小磁针不动．

4．深入探究得真谛：

法拉第的进一步实验表明：

“把磁转变为电”不是一种稳态效应，而是一种在变化、运动过程中才会出现的效应．法拉第把这种由磁得到电的现象叫做电磁感应现象．产生的电流叫做感应电流．

二、探究感应电流产生的条件

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.

一、磁通量及其变化

[问题设计]

如图1所示，框架的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B.试求：

（1）框架平面与磁感应强度B垂直时，穿过框架平面的磁通量为多少？

（2）若框架绕OO′转过60°，则穿过框架平面的磁通量为多少？

（3）若从图示位置转过90°，则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少？

（4）若从图示位置转过180°，则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少？

图1

答案　

（1）BS　

（2）

BS　（3）－BS　（4）－2BS

[要点提炼]

1．磁通量的计算

（1）公式：

Φ＝BS

（2）适用条件：

①匀强磁场，②磁场方向和平面垂直．

（3）B与S不垂直时：

Φ＝BS⊥，S⊥为平面在垂直磁场方向上的投影面积，在应用时可将S投影到与B垂直的方向上，如图2所示Φ＝BSsin_θ.

（4）磁通量与线圈的匝数无关．

2．磁通量的变化量ΔΦ图2

（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.

特别提醒　计算穿过某平面的磁通量变化量时，要注意前、后磁通量的正、负值，如原磁通量Φ1＝BS，当平面转过180°后，磁通量Φ2＝－BS，磁通量的变化量ΔΦ＝－2BS.

二、感应电流的产生条件

[问题设计]

1．实验1：

如图3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3

2．实验2：

如图4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4

3．实验3：

如图5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5

4．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B①变化，闭合电路的面积S②不变

共同原因：

⑥闭合电路中⑦磁通量发生变化

实验2

闭合电路中磁感应强度B不变，闭合电路的面积S③变化

实验3

闭合电路中磁感应强度B④变化，闭合电路的面积S⑤不变

总结　实验1是磁体即磁场运动改变磁通量；实验2是通过导体相对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”．

[要点提炼]

1．产生感应电流的条件：

穿过闭合电路的磁通量发生变化．

2．特例：

闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动．在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：

（1）导体是否将磁感线“割断”，如果没有“割断”就不能说切割．如图6所示，甲、乙两图中，导线是真“切割”，而图丙中，导体没有切割磁感线．

图6

（2）是否仅是闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动，如图丁．如果由切割不容易判断，则要回归到磁通量是否变化上去．

[延伸思考]　电路不闭合时，磁通量发生变化是否能产生电磁感应现象？

答案　当电路不闭合时，没有感应电流，但有感应电动势，只产生感应电动势的现象也可以称为电磁感应现象．

一、磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解与计算

例1

　如图7所示的线框，面积为S，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，B的方向与线框平面成θ角，当线框转过90°到图中虚线所示的位置时，试求：

图7

（1）初、末位置穿过线框的磁通量的大小Φ1和Φ2；

（2）磁通量的变化量ΔΦ.

解析　

（1）解法一：

在初始位置，把面积向垂直于磁场的方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S⊥＝Ssinθ，所以Φ1＝BSsinθ.在末位置，把面积向垂直于磁场的方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S⊥′＝Scosθ.由于磁感线从反面穿入，所以Φ2＝－BScosθ.

解法二：

如图所示，把磁感应强度B沿垂直于面积S和平行于面积S的方向进行分解，得B上＝Bsinθ，B左＝Bcosθ

所以Φ1＝B上S＝BSsinθ，

Φ2＝－B左S＝－BScosθ.

（2）开始时B与线框平面成θ角，穿过线框的磁通量Φ1＝BSsinθ；当线框平面按顺时针方向转动时，穿过线框的磁通量减少，当转动θ时，穿过线框的磁通量减少为零，继续转动至90°时，磁感线从另一面穿过，磁通量变为“负”值，Φ2＝－BScosθ.所以，此过程中磁通量的变化量为

ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BScosθ－BSsinθ

＝－BS（cosθ＋sinθ）．

答案　

（1）BSsinθ　－BScosθ　

（2）－BS（cosθ＋sinθ）

二、产生感应电流的分析判断及实验探究

例2

　如图8所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直．导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好．这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流通过，则可能（　　）

图8

A．v1＞v2　　B．v1＜v2

C．v1＝v2　　D．无法确定

解析　只要金属棒ab、cd的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流．故选项A、B正确．

答案　AB

针对训练　如图9所示装置，在下列各种情况中，能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是（　　）

图9

A．开关S接通的瞬间

B．开关S接通后，电路中电流稳定时

C．开关S接通后，滑动变阻器触头滑动的瞬间

D．开关S断开的瞬间

答案　ACD

例3

　在研究电磁感应现象的实验中所用器材如图10所示．它们是①电流表；②直流电源；③带铁心的线圈A；④线圈B；⑤开关；⑥滑动变阻器（用来控制电流以改变磁场强弱）．试按实验的要求在实物图上连线（图中已连好一根导线）．

图10

答案　连接电路如图所示

1．（对电磁感应现象的认识）下列现象中，属于电磁感应现象的是（　　）

A．小磁针在通电导线附近发生偏转

B．通电线圈在磁场中转动

C．因闭合线圈在磁场中运动而产生的电流

D．磁铁吸引小磁针

答案　C

解析　电磁感应是指“磁生电”的现象，而小磁针和通电线圈在磁场中转动以及磁铁吸引小磁针，反映了磁场力的性质，所以A、B、D不是电磁感应现象，C是电磁感应现象．

2．（对磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解）如图11所示，一矩形线框从abcd位置移到a′b′c′d′位置的过程中，关于穿过线框的磁通量情况，下列叙述正确的是（线框平行于纸面移动）（　　）

图11

A．一直增加

B．一直减少

C．先增加后减少

D．先增加，再减少直到零，然后再增加，然后再减少

答案　D

解析　离导线越近，磁场越强，在线框从左向右靠近导线的过程中，穿过线框的磁通量增大，当线框跨在导线上向右运动时，磁通量减小，当导线在线框正中央时，磁通量为零，从该位置向右，磁通量又增大，在线框离开导线向右运动的过程中，磁通量又减小；故A、B、C错误，D正确，故选D.

3．（产生感应电流的分析判断）如图12所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列办法中可行的是（　　）

图12

A．将线框向左拉出磁场

B．以ab边为轴转动（小于90°）

C．以ad边为轴转动（小于60°）

D．以bc边为轴转动（小于60°）

答案　ABC

解析　将线框向左拉出磁场的过程中，线框的bc部分切割磁感线，或者说穿过线框的磁通量减少，所以线框中将产生感应电流．

当线框以ab边为轴转动（小于90°）时，线框的cd边的右半段在做切割磁感线运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流．

当线框以ad边为轴转动（小于60°）时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框内会产生感应电流．如果转过的角度超过60°（60°～300°），bc边将进入无磁场区，那么线框中将不产生感应电流．

当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60°，则穿过线框的磁通量始终保持不变（其值为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积）．

4．（产生感应电流的分析判断）如图13所示，绕在铁心上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路，在铁心的

图13

右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是（　　）

A．线圈中通以恒定的电流

B．通电时，使滑动变阻器的滑片P匀速移动

C．通电时，使滑动变阻器的滑片P加速移动

D．将电键突然断开的瞬间

答案　A

解析　只要通电时滑动变阻器的滑片P移动，电路中电流就会发生变化，变化的电流产生变化的磁场，铜环A中磁通量发生变化，有感应电流；同样，将电键断开瞬间，电路中电流从有到无，仍会在铜环A中产生感应电流．

题组一　对磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解与计算

1．关于磁通量，下列叙述正确的是（　　）

A．在匀强磁场中，穿过一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积

B．在匀强磁场中，a线圈的面积比b线圈的大，则穿过a线圈的磁通量一定比穿过b线圈的磁通量大

C．把一个线圈放在M、N两处，若放在M处时穿过线圈的磁通量比放在N处时大，则M处的磁感应强度一定比N处大

D．同一线圈放在磁感应强度大处，穿过线圈的磁通量不一定大