通用版2018-2019版高中物理第1章電磁感應(yīng)與現(xiàn)代生活1.1電磁感應(yīng)--劃時代的發(fā)現(xiàn)學(xué)案滬科版選修3 .doc

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1.1　電磁感應(yīng)——劃時代的發(fā)現(xiàn) [目標(biāo)定位] 1.知道奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng)、法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象.2.知道磁通量和磁通量變化量的含義.3.知道感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件. 一、劃時代的發(fā)現(xiàn) 傳統(tǒng)的英格蘭科學(xué)研究方法中有一種叫做對稱思維的方法.在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)之后，學(xué)術(shù)界提出了什么新課題？ 答案　根據(jù)對稱思維的方法，學(xué)術(shù)界開始了對“把磁轉(zhuǎn)變?yōu)殡姟钡难芯? [要點總結(jié)] 1.新課題的提出：奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)，即“電能轉(zhuǎn)化為磁”.根據(jù)對稱思維的方法，法拉第在1822年提出了自己的新課題：“把磁轉(zhuǎn)變?yōu)殡姟? 2.深入探究得真諦：法拉第把這種由磁得到電的現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象.產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流.他把引起電流的原因概括為：變化的電流、變化的磁場、運動的磁鐵、在磁場中運動的導(dǎo)體等. 二、磁通量及其變化 如圖1所示，框架的面積為S，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B.試求： 圖1 (1)框架平面與磁感應(yīng)強度B垂直時，穿過框架平面的磁通量為多少？ (2)若框架繞OO′轉(zhuǎn)過60，則穿過框架平面的磁通量為多少？ (3)若從圖示位置轉(zhuǎn)過90，則穿過框架平面的磁通量的變化量為多少？ (4)若從圖示位置轉(zhuǎn)過180，則穿過框架平面的磁通量的變化量為多少？ 答案　(1)BS　(2)BS　(3)－BS　(4)－2BS [要點總結(jié)] 1.磁通量 (1)定義：閉合導(dǎo)體回路的面積與垂直穿過它的磁感應(yīng)強度的乘積叫磁通量，符號為Φ.在數(shù)值上等于穿過投影面的磁感線的條數(shù). (2)公式：Ф＝BS.其中S為回路平面在垂直磁場方向上的投影面積，也稱為有效面積.所以當(dāng)回路平面與磁場方向之間的夾角為θ時，磁通量Φ＝BSsin_θ，如圖2所示. 圖2 (3)單位：韋伯，簡稱韋，符號是Wb. (4)注意：①磁通量是標(biāo)量，但有正、負之分.一般來說，如果磁感線從線圈的正面穿入，線圈的磁通量就為“＋”，磁感線從線圈的反面穿入，線圈的磁通量就為“－”.②磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān)(填“有關(guān)”或“無關(guān)”). 2.磁通量的變化量ΔΦ (1)當(dāng)B不變，有效面積S變化時，ΔΦ＝BΔS. (2)當(dāng)B變化，S不變時，ΔΦ＝ΔBS. (3)B和S同時變化，則ΔΦ＝Φ2－Φ1，但此時ΔΦ≠ΔBΔS. 特別提醒：計算穿過某平面的磁通量變化量時，要注意前、后磁通量的正、負值，如原磁通量Φ1＝BS，當(dāng)平面轉(zhuǎn)過180后，磁通量Φ2＝－BS，磁通量的變化量ΔΦ＝－2BS. 例1　如圖3所示，有一垂直紙面向里的勻強磁場，B＝0.8 T，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為1 cm.現(xiàn)于紙面內(nèi)先后放上圓線圈A、B、C，圓心均處于O處.線圈A的半徑為1 cm，10匝；線圈B的半徑為2 cm,1匝；線圈C的半徑為0.5 cm,1匝.問： 圖3 (1)在B減為0.4 T的過程中，線圈A和線圈B中的磁通量變化多少？ (2)在磁場轉(zhuǎn)過90角的過程中，線圈C中的磁通量變化了多少？轉(zhuǎn)過180角呢？ 答案　(1)A、B線圈的磁通量均減少了1.25610－4 Wb (2)減少了6.2810－5 Wb　減少了1.25610－4 Wb 解析　(1)A、B線圈中的磁通量始終一樣，故它們的變化量也一樣.ΔΦ＝(B′－B)πr2＝－1.25610－4 Wb 即A、B線圈中的磁通量都減少1.25610－4 Wb (2)對線圈C，Φ1＝Bπr′2＝6.2810－5 Wb 當(dāng)轉(zhuǎn)過90時，Φ2＝0，故ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝0－6.2810－5 Wb ＝－6.2810－5 Wb 當(dāng)轉(zhuǎn)過180時，磁感線從另一側(cè)穿過線圈，若取Φ1為正，則Φ3為負，有Φ3＝－Bπr′2， 故ΔΦ2＝Φ3－Φ1＝－2Bπr′2＝－1.25610－4 Wb. 例2　磁通量是研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重要物理量，如圖4所示，通有恒定電流的導(dǎo)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(zhuǎn)到位置2，設(shè)先后兩次通過線框的磁通量變化量分別為ΔΦ1和ΔΦ2，則(　　) 圖4 A.ΔΦ1>ΔΦ2 B.ΔΦ1＝ΔΦ2 C.ΔΦ1<ΔΦ2 D.無法確定 答案　C 解析　設(shè)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(chǎn)生的磁場在位置1處的磁感應(yīng)強度比在位置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(zhuǎn)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(以原來磁感線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)，故正確選項為C. 三、感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件 1.實驗1：如圖5所示，條形磁鐵插入或拔出線圈時，線圈中有電流產(chǎn)生，但條形磁鐵在線圈中靜止不動時，線圈中無電流產(chǎn)生.(填“有”或“無”) 圖5 2.實驗2：如圖6所示，導(dǎo)體AB做切割磁感線運動時，線路中有電流產(chǎn)生，而導(dǎo)體AB順著磁感線運動時，線路中無電流產(chǎn)生(填“有”或“無”). 圖6 3.實驗3：如圖7所示，將小螺線管A插入大螺線管B中不動，當(dāng)開關(guān)S接通或斷開時，電流表中有電流通過；若開關(guān)S一直閉合，當(dāng)改變滑動變阻器的阻值時，電流表中有電流通過；而開關(guān)一直閉合，滑動變阻器滑動觸頭不動時，電流表中無電流產(chǎn)生(填“有”或“無”). 圖7 4.上述三個實驗產(chǎn)生感應(yīng)電流的情況不同，但其中肯定有某種共同的原因，完成下表并總結(jié)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件. 實驗1 閉合電路中磁感應(yīng)強度B①變化，閉合電路的面積S②不變 共同原因：⑥閉合電路中⑦磁通量發(fā)生變化 實驗2 閉合電路中磁感應(yīng)強度B不變，閉合電路的面積S③變化 實驗3 閉合電路中磁感應(yīng)強度B④變化，閉合電路的面積S⑤不變 總結(jié)：實驗1是磁體即磁場運動改變磁通量；實驗2是通過導(dǎo)體相對磁場運動改變磁通量；實驗3通過改變電流從而改變磁場強弱，進而改變磁通量，所以可以將產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件描述為“只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流”. [要點總結(jié)] 1.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化. 2.例如：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場內(nèi)做切割磁感線運動.在利用“切割”來討論和判斷有無感應(yīng)電流時，應(yīng)該注意： (1)導(dǎo)體是否將磁感線“割斷”，如果沒有“割斷”就不能說切割.如圖8所示，甲、乙兩圖中，導(dǎo)線是真“切割”，而圖丙中，導(dǎo)體沒有切割磁感線. 圖8 (2)是否僅是閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場內(nèi)做切割磁感線運動，如圖丁.如果由切割不容易判斷，則要回歸到磁通量是否變化上去. 例3　下圖中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　) 答案　B 解析　A選項中，電路沒有閉合，無感應(yīng)電流；B選項中，面積增大，通過閉合電路的磁通量增大，有感應(yīng)電流；C選項中，穿過線圈的磁感線相互抵消，Φ恒為零，無感應(yīng)電流；D選項中，磁通量不發(fā)生變化，無感應(yīng)電流. 1.電路閉合和磁通量發(fā)生變化是產(chǎn)生感應(yīng)電流的兩個條件，二者缺一不可. 2.磁通量發(fā)生變化，其主要內(nèi)涵體現(xiàn)在“變化”上，磁通量很大，若沒有變化也不會產(chǎn)生感應(yīng)電流，磁通量雖然是零，但是如果在變化仍然可以產(chǎn)生感應(yīng)電流. 例4　金屬矩形線圈abcd在勻強磁場中做如圖所示的運動，線圈中有感應(yīng)電流的是(　　) 答案　A 解析　在選項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D中磁通量始終最大，保持不變，也沒有感應(yīng)電流；選項A中，在線圈轉(zhuǎn)動過程中，磁通量做周期性變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A正確. 1.(電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與認識)在法拉第時代，下列驗證“由磁產(chǎn)生電”設(shè)想的實驗中，能觀察到感應(yīng)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，一段時間后觀察電流表的變化 C.將一房間內(nèi)的線圈兩端與相鄰房間的電流表連接.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 答案　D 解析　同時滿足電路閉合和穿過電路的磁通量發(fā)生變化這兩個條件，電路中才會產(chǎn)生感應(yīng)電流，本題中的A、B選項都不會使得電路中的磁通量發(fā)生變化，并不滿足產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件，故都不正確.C選項中磁鐵插入線圈時，雖有短暫電流產(chǎn)生，但未能及時觀察，C項錯誤.在給線圈通電、斷電瞬間，會引起穿過另一線圈的閉合電路磁通量發(fā)生變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，因此D項正確. 2.(對磁通量的理解)如圖9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，則穿過兩圓環(huán)的磁通量Φa、Φb的大小關(guān)系為(　　) 圖9 A.Φa>Φb B.Φa<Φb C.Φa＝Φb D.不能比較 答案　A 解析　條形磁鐵磁場的磁感線的分布特點是：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央時，通過圓環(huán)的磁感線的俯視圖如圖所示，穿過圓環(huán)的磁通量Φ＝Φ進－Φ出，由于兩圓環(huán)面積SaΦb，故A正確. 3.(感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件)(多選)如圖10所示，豎直放置的長直導(dǎo)線通有恒定電流，有一矩形線框與導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，在下列情況中線框產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　) 圖10 A.導(dǎo)線中的電流變大 B.線框向右平動 C.線框向下平動 D.線框以AB邊為軸轉(zhuǎn)動 答案　ABD 4.(感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件)如圖11所示，繞在鐵心上的線圈與電源、滑動變阻器和開關(guān)組成閉合回路，在鐵心的右端套有一個表面絕緣的銅環(huán)A，下列各種情況中銅環(huán)A中沒有感應(yīng)電流的是(　　) 圖11 A.線圈中通以恒定的電流 B.通電時，使滑動變阻器的滑片P勻速移動 C.通電時，使滑動變阻器的滑片P加速移動 D.將開關(guān)突然斷開的瞬間 答案　A 解析　只要通電時滑動變阻器的滑片P移動，電路中電流就會發(fā)生變化，變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，銅環(huán)A中磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流；同樣，將開關(guān)斷開瞬間，電路中電流從有到無，仍會在銅環(huán)A中產(chǎn)生感應(yīng)電流.