（新課標）2018-2019學年高考物理 主題三 電磁感應及其應用 3.1 電磁感應 3.1.1 劃時代的發(fā)現(xiàn) 3.1.2 探究感應電流的產生條件學案 新人教版選修3-2

《（新課標）2018-2019學年高考物理 主題三 電磁感應及其應用 3.1 電磁感應 3.1.1 劃時代的發(fā)現(xiàn) 3.1.2 探究感應電流的產生條件學案 新人教版選修3-2》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《（新課標）2018-2019學年高考物理 主題三 電磁感應及其應用 3.1 電磁感應 3.1.1 劃時代的發(fā)現(xiàn) 3.1.2 探究感應電流的產生條件學案 新人教版選修3-2（14頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 3.1.1　劃時代的發(fā)現(xiàn) 3.1.2　探究感應電流的產生條件 學習目標 核心提煉 1.了解電磁感應現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的過程，體會人類探究自然規(guī)律的科學態(tài)度和科學精神。 1個條件——感應電流的產生條件 3個概念——磁通量、電磁感應、感應電流 3個實驗——導體切割磁感線實驗、線圈中插入或抽出磁鐵實驗、模仿法拉第的實驗 2.通過實驗，探究和理解感應電流的產生條件。 3.掌握磁通量的概念及其計算。 4.能夠運用感應電流的產生條件判斷能否產生感應電流。 一、電磁感應的發(fā)現(xiàn) 1.奧斯特夢圓“電生磁” 1820年，丹麥物理學家奧斯特發(fā)現(xiàn)通電導線能使放在導線附近的小磁針偏轉，這種現(xiàn)象稱

2、為電流的磁效應。 電流的磁效應說明電流能在其周圍產生磁場。 2.法拉第心系“磁生電” 1831年，英國物理學家法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，即“由磁生電”的現(xiàn)象。 法拉第把引起電流的原因概括為五類：變化的電流、變化的磁場、運動的恒定電流、運動的磁鐵、在磁場中運動的導體。把這些現(xiàn)象定名為電磁感應，產生的電流叫做感應電流。 思維拓展 電流的磁效應與電磁感應有什么區(qū)別？ 答案　電流的磁效應是指電流周圍產生磁場，即“電生磁”。電磁感應現(xiàn)象是利用磁場產生感應電流，即“磁生電”?！半娚拧焙汀按派姟笔莾煞N因果關系相反的現(xiàn)象，要正確區(qū)分這兩種現(xiàn)象，弄清現(xiàn)象的因果關系是關鍵。 二、探究感應電流的

3、產生條件 實驗1　如圖1所示，導體AB做切割磁感線運動時，線路中有電流產生，而導體AB順著磁感線運動時，線路中無電流產生。(填“有”或“無”) 圖1 實驗2　如圖2所示，當條形磁鐵插入或抽出線圈時，線圈中有電流產生，但條形磁鐵在線圈中靜止不動時，線圈中無電流產生。(填“有”或“無”) 圖2 實驗3　如圖3所示，將小螺線管A插入大螺線管B中不動，當開關S閉合或斷開時，電流表中有電流通過；若開關S一直閉合，當改變滑動變阻器的阻值時，電流表中有電流通過；而開關一直閉合，滑動變阻器的滑動觸頭不動時，電流表中無電流通過。(填“有”或“無”) 圖3 結論歸納：產生感應電流的條件是

4、：只要穿過閉合導體回路的磁通量發(fā)生變化，閉合導體回路中就有感應電流。 思考判斷 (1)只要閉合電路內有磁通量，閉合電路中就有感應電流產生。(×) (2)穿過螺線管的磁通量發(fā)生變化時，螺線管內部就一定有感應電流產生。(×) (3)穿過閉合線圈的磁通量變化時，線圈中有感應電流。(√) (4)閉合正方形線框在勻強磁場中垂直磁感線運動，必然產生感應電流。(×) 　對磁通量變化的理解 [要點歸納] 1.勻強磁場中磁通量的計算 (1)B與S垂直時，Φ＝BS。 (2)B與S不垂直時，Φ＝B⊥S，B⊥為B垂直于線圈平面的分量。如圖4甲所示，Φ＝B⊥S＝(Bsin θ)·S。 也可以Φ

5、＝BS⊥，S⊥為線圈在垂直磁場方向上的投影面積，如圖乙所示，Φ＝BS⊥＝BScos θ。 圖4 2.磁通量的變化 大致可分為以下幾種情況 (1)磁感應強度B不變，有效面積S發(fā)生變化。如圖5(a)所示。 (2)有效面積S不變，磁感應強度B發(fā)生變化。如圖(b)所示。 (3)磁感應強度B和有效面積S都不變，它們之間的夾角發(fā)生變化。如圖(c)所示。 圖5 [精典示例] [例1] 磁通量是研究電磁感應現(xiàn)象的重要物理量，如圖6所示，通有恒定電流的導線MN與閉合線框共面，第一次將線框由位置1平移到位置2，第二次將線框繞cd邊翻轉到位置2，設先后兩次通過線框的磁通量變化分別為ΔΦ1和

6、ΔΦ2，則(　　) 圖6 A.ΔΦ1>ΔΦ2 B.ΔΦ1＝ΔΦ2 C.ΔΦ1<ΔΦ2 D.無法確定 解析　設閉合線框在位置1時的磁通量為Φ1，在位置2時的磁通量為Φ2，直線電流產生的磁場在位置1處比在位置2處要強，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的，所以ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；將閉合線框從位置1繞cd邊翻轉到位置2，磁感線分別從閉合線框的正反兩面穿過，所以ΔФ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2(以原來穿過的方向為正方向，則后來從另一面穿過的方向為負方向)。故選項C正確。 答案　C (1)求解磁通量的變化量時要

7、取有效面積。 (2)磁通量的變化與線圈的匝數(shù)無關。 (3)磁感線從不同側面穿過線圈時磁通量的正、負不同。 [針對訓練1] 邊長L＝10 cm的正方形線框有10匝，固定在勻強磁場中，磁場方向與線框平面間的夾角θ＝30°，如圖7所示，磁感應強度隨時間的變化規(guī)律為B＝2＋3t(T)，求： 圖7 (1)2 s末穿過線框的磁通量； (2)第3 s內穿過線框的磁通量的變化量ΔΦ。 解析　(1)2 s末穿過線框的磁感應強度 B2＝(2＋3×2) T＝8 T， 由Φ＝BSsin θ知2 s末穿過線框的磁通量 Φ＝B2Ssin θ＝8×(0.1)2×sin 30° Wb＝4×10－2 W

8、b。 (2)第3 s內磁感應強度的變化ΔB＝3 T， 所以ΔΦ＝ΔBSsin θ＝3×(0.1)2×sin 30° Wb ＝1.5×10－2 Wb。 答案　(1)4×10－2 Wb　(2)1.5×10－2 Wb 　感應電流的產生條件 [要點歸納] 1.感應電流產生條件的理解 (1)不論什么情況，只要滿足電路閉合和磁通量發(fā)生變化這兩個條件，就必然產生感應電流。 (2)只要產生了感應電流，那么電路一定是閉合的，穿過該電路的磁通量也一定發(fā)生了變化。 2.ΔΦ與Φ的區(qū)別 ΔΦ與Φ意義不同，大小也沒有必然的聯(lián)系。感應電流的產生與Φ無關，只取決于Φ的變化，即與ΔΦ有關。 [精典示例

9、] [例2] 下列圖中能產生感應電流的是(　　) 解析　根據(jù)產生感應電流的條件可判斷：A選項中，電路沒有閉合，無感應電流；B選項中，面積增大，穿過閉合電路的磁通量增大，有感應電流；C選項中，穿過線圈的磁感線相互抵消，Φ恒為零，ΔΦ＝0，無感應電流；D選項中，磁通量不發(fā)生變化，無感應電流。 答案　B (1)判斷閉合電路的部分導體切割磁感線產生感應電流時，一定注意“部分導體”“切割”的含義。 (2)磁感線的條數(shù)可用來形象地表示一個回路的磁通量大小，所以可充分利用穿過閉合電路的磁感線的條數(shù)是否變化來判斷某過程中磁通量是否變化。 [針對訓練2] 如圖8是機場的安檢人員用手持金屬

10、探測器檢查乘客的情境。當探測線圈靠近金屬物體時，在金屬物體中就會產生電流，如果能檢測出這種變化，就可以判定探測線圈附近有金屬物體了。下圖中能反映出金屬探測器工作原理的是(　　) 圖8 解析　探測器靠近金屬物體時，相當于閉合電路的部分導體在切割磁感線，從而產生了電流；選項B是導體棒切割磁感線，選項C是通電導體在磁場中受力運動，選項A、D是電流的磁效應。綜上所述，選項B正確。 答案　B 1.(對磁通量的理解)關于磁通量，下列敘述正確的是(　　) A.在勻強磁場中，穿過一個面的磁通量等于磁感應強度與該面面積的乘積 B.在勻強磁場中，a線圈的面積比b線圈的大，則穿過a線圈的磁通

11、量一定比穿過b線圈的磁通量大 C.把一個線圈放在M、N兩處，若放在M處時穿過線圈的磁通量比放在N處時大，則M處的磁感應強度一定比N處大 D.同一線圈放在磁感應強度大處，穿過線圈的磁通量不一定大 解析　磁通量等于磁感應強度與垂直磁場方向上的投影面積的乘積，A錯誤；線圈面積大，但投影面積不一定大，B錯誤；磁通量大，磁感應強度不一定大，C錯誤、D正確。 答案　D 2.(感應電流產生的條件)(多選)如圖9所示，下列情況能產生感應電流的是(　　) 圖9 A.如圖甲所示，導體棒AB順著磁感線運動 B.如圖乙所示，條形磁鐵插入或拔出線圈時 C.如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動

12、，開關S一直接通時 D.如圖丙所示，小螺線管A插入大螺線管B中不動，開關S一直接通，當改變滑動變阻器的阻值時 解析　A中導體棒順著磁感線運動，穿過閉合電路的磁通量沒有發(fā)生變化，無感應電流，故選項A錯誤；B中條形磁鐵插入線圈時線圈中的磁通量增加，拔出線圈時線圈中的磁通量減少，都有感應電流，故選項B正確；C中開關S一直接通，回路中為恒定電流，螺線管A產生的磁場穩(wěn)定，螺線管B中的磁通量無變化，線圈中不產生感應電流，故選項C錯誤；D中開關S接通，滑動變阻器的阻值變化使閉合回路中的電流變化，螺線管A的磁場發(fā)生變化，螺線管B中磁通量發(fā)生變化，線圈中產生感應電流，故選項D正確。 答案　BD 3.(產

13、生感應電流的判斷)(多選)如圖10所示，開始時矩形線框與勻強磁場的方向垂直，且一半在磁場內，一半在磁場外，若要使線框中產生感應電流，下列辦法中可行的是(　　) 圖10 A.將線框向左拉出磁場 B.以ab邊為軸轉動 C.以 ad邊為軸轉動(小于60°) D.以bc邊為軸轉動(小于60°) 解析　將線框向左拉出磁場的過程中，線框的bc部分做切割磁感線運動，或者說穿過線框的磁通量減少，所以線框中將產生感應電流； 當線框以ab邊為軸轉動時，線框的cd邊的右半段在做切割磁感線運動，或者說穿過線框的磁通量在發(fā)生變化，所以線框中將產生感應電流； 當線框以ad邊為軸轉動(小于60°)時，穿

14、過線框的磁通量在減小，所以在這個過程中線框中會產生感應電流。如果轉過的角度超過60°(60°～300°)，bc邊在無磁場區(qū)轉動，那么線框中將不產生感應電流； 當線框以bc邊為軸轉動時，如果轉動的角度小于60°，則穿過線框的磁通量始終保持不變(其值為磁感應強度與矩形線框面積的一半的乘積)。 答案　ABC 基礎過關 1.在法拉第時代，下列驗證“由磁產生電”設想的實驗中，能觀察到感應電流的是(　　) A.將繞在磁鐵上的線圈與電流表組成一閉合回路，然后觀察電流表的變化 B.在一通電線圈旁放置一連有電流表的閉合線圈，然后觀察電流表的變化 C.將一房間內的線圈兩端與相鄰房間的電流表連

15、接，往線圈中插入條形磁鐵后，再到相鄰房間去觀察電流表的變化 D.繞在同一鐵環(huán)上的兩個線圈，分別接電源和電流表，在給線圈通電或斷電的瞬間，觀察電流表的變化 解析　產生感應電流必須滿足的條件：①電路閉合；②穿過閉合電路的磁通量要發(fā)生變化。選項A、B電路閉合，但磁通量不變，不能產生感應電流，故選項A、B觀察不到電流表的變化；選項C滿足產生感應電流的條件，也能產生感應電流，但是等我們從一個房間到另一個房間后，電流表中已沒有電流，故選項C也觀察不到電流表的變化；選項D滿足產生感應電流的條件，能產生感應電流，可以觀察到電流表的變化，所以選項D正確。 答案　D 2.如圖1所示，矩形線框abcd放置在

16、水平面內，磁場方向與水平方向成α角，已知sin α＝，回路面積為S，磁感應強度為B，則通過線框的磁通量為(　　) 圖1 A.BS B.BS C.BS D.BS 解析　根據(jù)磁通量的定義可得通過線框的磁通量Φ＝BSsin α，代入解得Φ＝BS，所以選項B正確。 答案　B 3.如圖2所示，AB是水平面上一個圓的直徑，在過AB的豎直面內有一根通電直導線CD，已知CD∥AB。當CD豎直向上平移時，電流的磁場穿過圓面積的磁通量將(　　) 圖2 A.逐漸增大 　　 B.逐漸減小 C.始終為零 　　 D.不為零，但保持不變 解析　由于CD位于AB的正上方，根據(jù)安培定則可

17、知，CD產生的磁感線在以AB為直徑的圓內穿入和穿出的條數(shù)相同，所以不管導線CD在豎直方向上位置怎么變化，下面圓內部的磁通量始終為0。選項C正確。 答案　C 4.(多選)如圖3所示，在勻強磁場中有兩條平行的金屬導軌，磁場方向與導軌平面垂直。導軌上有兩條可沿導軌自由移動的金屬棒ab、cd，與導軌接觸良好。這兩條金屬棒ab、cd的運動速度分別是v1、v2，且井字形回路中有感應電流產生，則可能(　　) 圖3 A.v1＞v2 B.v1＜v2 C.v1＝v2 D.無法確定 解析　只要金屬棒ab、cd的運動速度不相等，穿過井字形回路的磁通量就發(fā)生變化，閉合回路中就會產生感應電流。故選項A

18、、B正確。 答案　AB 5.如圖所示，用導線做成圓形或正方形回路，這些回路與一直導線構成幾種位置組合(彼此絕緣)，下列組合中，切斷直導線中的電流時，閉合回路中會有感應電流產生的是(　　) 解析　利用安培定則判斷直導線電流產生的磁場，其磁感線是一些以直導線為軸的無數(shù)組同心圓，即磁感線所在平面均垂直于導線，且直導線電流產生的磁場分布情況是靠近直導線處磁場強，遠離直導線處磁場弱。所以，A中穿過圓形線圈的磁場如圖甲所示，其有效磁通量為ΦA＝Φ出－Φ進＝0，即使切斷導線中的電流，ΦA也始終為0，A中不可能產生感應電流。B中線圈平面與導線的磁場平行，穿過B中線圈的磁通量也始終為0，B中也不能產生

19、感應電流。C中穿過線圈的磁通量如圖乙所示，Φ進>Φ出，即ΦC≠0，當切斷導線中電流后，經過一定時間，穿過線圈的磁通量減小為0，所以C中有感應電流產生。D中線圈的磁通量如圖丙所示，其有效磁通量為ΦD＝Φ出－Φ進＝0，即使切斷導線中的電流，ΦD也始終為0，D中不可能產生感應電流。 答案　C 6.(多選)如圖4所示，電流表與螺線管組成閉合電路，以下能使電流表指針偏轉的是(　　) 圖4 A.將磁鐵插入螺線管的過程中 B.磁鐵放在螺線管中不動時 C.將磁鐵從螺線管中向上抽出的過程中 D.磁鐵靜止而將螺線管向上移動 解析　只要螺線管中的磁通量發(fā)生變化，回路中有感應電流，指針便會偏轉

20、；只要螺線管中的磁通量不發(fā)生變化，回路中無感應電流，指針便不會偏轉。在磁鐵插入、抽出過程中螺線管中的磁通量均發(fā)生變化，能產生感應電流，電流表指針偏轉。故選項A、C正確；磁鐵放在螺線管中不動時，螺線管中的磁通量不發(fā)生變化，無感應電流產生，故選項B錯誤；由于磁鐵靜止而螺線管向上移動，螺線管中的磁通量發(fā)生變化，有感應電流產生，電流表指針偏轉，故選項D正確。 答案　ACD 7.(多選)閉合線圈按如圖所示的方式在磁場中運動，則穿過閉合線圈的磁通量發(fā)生變化的是(　　) 解析　A圖中，圖示狀態(tài)Φ＝0，轉至90°過程中Φ增大，因此磁通量發(fā)生變化；B圖中離直導線越遠磁場越弱，磁感線越稀，所以當線圈遠離

21、導線時，線圈中磁通量不斷變?。籆圖中一定要把條形磁鐵周圍的磁感線空間分布圖弄清楚，在圖示位置，線圈中的磁通量為零，在向下移動過程中，線圈的磁通量一直為零，磁通量不變；D圖中，隨著線圈的轉動，B與S都不變，B又垂直于S，所以Φ＝BS始終不變，故選項A、B正確。 答案　AB 能力提升 8.如圖5所示，在條形磁鐵的外面套著一個閉合金屬彈簧線圈P，現(xiàn)用力從四周拉彈簧線圈，使線圈包圍的面積變大，則下列關于穿過彈簧線圈磁通量的變化以及線圈中是否有感應電流產生的說法正確的是(　　) 圖5 A.磁通量增大，有感應電流產生 B.磁通量增大，無感應電流產生 C.磁通量減小，有感應電流產生 D.

22、磁通量減小，無感應電流產生 解析　本題中條形磁鐵磁感線的分布如圖所示(從上向下看)。磁通量是指穿過一個面的磁感線的多少，由于垂直紙面向外和垂直紙面向里的磁感線要抵消一部分，當彈簧線圈P的面積擴大時，垂直紙面向里的磁感線條數(shù)增加，而垂直紙面向外的磁感線條數(shù)是一定的，故穿過這個面的磁通量將減小，回路中會有感應電流產生，選項C正確。 答案　C 9.(多選)如圖6所示，導線框MNQP近旁有一個跟它在同一豎直平面內的矩形線圈abcd，下列說法正確的是(　　) 圖6 A.當電阻變大時，abcd中有感應電流 B.當電阻變小時，abcd中無感應電流 C.電阻不變，將abcd在其原來所在的平面

23、內向PQ靠近時，abcd中有感應電流 D.電阻不變，將abcd在其原來所在的平面內遠離PQ時，abcd中有感應電流 解析　當電阻變化或abcd靠近、遠離PQ時，穿過abcd的磁通量發(fā)生變化，會產生感應電流。故選項A、C、D正確，選項B錯誤。 答案　ACD 10.某同學做研究產生感應電流的條件的實驗，將電流表、線圈A和B、蓄電池、開關用導線接成如圖7所示的實驗電路，當他接通、斷開開關時，電流表的指針都沒有偏轉，請你幫他查出原因并改正。 圖7 解析　由條件可知線圈A中電流不變，產生的磁場也恒定，所以穿過線圈B的磁通量始終不發(fā)生變化，因此不論開關是斷開還是閉合，線圈B中均不會產生感應

24、電流，電流表的指針也不會發(fā)生偏轉。應將電源、開關、滑動變阻器和A線圈串在一起，構成回路。B線圈與電流表構成另一回路。 答案　見解析 11.如圖8所示，線圈Ⅰ與電源、開關、滑動變阻器相連，線圈Ⅱ與電流計相連，線圈Ⅰ與線圈Ⅱ繞在同一個鐵芯上，在下列情況下，電流計中是否有示數(shù)？ 圖8 (1)開關閉合瞬間； (2)開關閉合穩(wěn)定后； (3)開關閉合穩(wěn)定后，來回移動滑動變阻器的滑片； (4)開關斷開瞬間。 解析　(1)開關閉合瞬間線圈Ⅰ中電流從無到有，電流的磁場也從無到有，穿過線圈Ⅱ的磁通量也從無到有，線圈Ⅱ中產生感應電流，電流計有示數(shù)。 (2)開關閉合穩(wěn)定后，線圈Ⅰ中電流穩(wěn)定不變，電流的磁場不變，此時線圈Ⅱ中雖有磁通量但磁通量恒定不變，線圈Ⅱ中無感應電流產生，電流計無示數(shù)。 (3)開關閉合穩(wěn)定后，來回移動滑動變阻器的滑片，電阻變化，線圈Ⅰ中的電流變化，電流形成的磁場也發(fā)生變化，穿過線圈Ⅱ的磁通量也發(fā)生變化，線圈Ⅱ中有感應電流產生，電流計有示數(shù)。 (4)開關斷開瞬間，線圈Ⅰ中電流從有到無，電流的磁場也從有到無，穿過線圈Ⅱ的磁通量也從有到無，線圈Ⅱ中有感應電流產生，電流計有示數(shù)。 答案　(1)有　(2)無　(3)有　(4)有 14