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(shí)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)——?jiǎng)潟r(shí)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(shí)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(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)思維的方法，學(xué)術(shù)界開(kāi)始了對(duì)“把磁轉(zhuǎn)變?yōu)殡姟钡难芯? [要點(diǎn)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(duì)稱(chēng)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(chǎng)、運(yùn)動(dòng)的磁鐵、在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)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(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.試求： 圖1 (1)框架平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度B垂直時(shí)，穿過(guò)框架平面的磁通量為多少？ (2)若框架繞OO′轉(zhuǎn)過(guò)60，則穿過(guò)框架平面的磁通量為多少？ (3)若從圖示位置轉(zhuǎn)過(guò)90，則穿過(guò)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(guò)180，則穿過(guò)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(diǎn)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(guò)它的磁感應(yīng)強(qiáng)度的乘積叫磁通量，符號(hào)為Φ.在數(shù)值上等于穿過(guò)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(chǎng)方向上的投影面積，也稱(chēng)為有效面積.所以當(dāng)回路平面與磁場(chǎng)方向之間的夾角為θ時(shí)，磁通量Φ＝BSsin_θ，如圖2所示. 圖2 (3)單位：韋伯，簡(jiǎn)稱(chēng)韋，符號(hào)是Wb. (4)注意：①磁通量是標(biāo)量，但有正、負(fù)之分.一般來(lái)說(shuō)，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(wú)關(guān)(填“有關(guān)”或“無(wú)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(shí)，ΔΦ＝BΔS. (2)當(dāng)B變化，S不變時(shí)，ΔΦ＝ΔBS. (3)B和S同時(shí)變化，則ΔΦ＝Φ2－Φ1，但此時(shí)ΔΦ≠ΔBΔS. 特別提醒：計(jì)算穿過(guò)某平面的磁通量變化量時(shí)，要注意前、后磁通量的正、負(fù)值，如原磁通量Φ1＝BS，當(dāng)平面轉(zhuǎn)過(guò)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(qiáng)磁場(chǎng)，B＝0.8 T，磁場(chǎng)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(wèn)： 圖3 (1)在B減為0.4 T的過(guò)程中，線圈A和線圈B中的磁通量變化多少？ (2)在磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)90角的過(guò)程中，線圈C中的磁通量變化了多少？轉(zhuǎn)過(guò)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(duì)線圈C，Φ1＝Bπr′2＝6.2810－5 Wb 當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)90時(shí)，Φ2＝0，故ΔΦ1＝Φ2－Φ1＝0－6.2810－5 Wb ＝－6.2810－5 Wb 當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)180時(shí)，磁感線從另一側(cè)穿過(guò)線圈，若取Φ1為正，則Φ3為負(fù)，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(guò)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(wú)法確定 答案　C 解析　設(shè)閉合線框在位置1時(shí)的磁通量為Φ1，在位置2時(shí)的磁通量為Φ2，直線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在位置1處的磁感應(yīng)強(qiáng)度比在位置2處要強(qiáng)，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(guò)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(guò)，所以ΔФ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋Φ2(以原來(lái)磁感線穿過(guò)的方向?yàn)檎较?，則后來(lái)從另一面穿過(guò)的方向?yàn)樨?fù)方向)，故正確選項(xiàng)為C. 三、感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件 1.實(shí)驗(yàn)1：如圖5所示，條形磁鐵插入或拔出線圈時(shí)，線圈中有電流產(chǎn)生，但條形磁鐵在線圈中靜止不動(dòng)時(shí)，線圈中無(wú)電流產(chǎn)生.(填“有”或“無(wú)”) 圖5 2.實(shí)驗(yàn)2：如圖6所示，導(dǎo)體AB做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線路中有電流產(chǎn)生，而導(dǎo)體AB順著磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，線路中無(wú)電流產(chǎn)生(填“有”或“無(wú)”). 圖6 3.實(shí)驗(yàn)3：如圖7所示，將小螺線管A插入大螺線管B中不動(dòng)，當(dāng)開(kāi)關(guān)S接通或斷開(kāi)時(shí)，電流表中有電流通過(guò)；若開(kāi)關(guān)S一直閉合，當(dāng)改變滑動(dòng)變阻器的阻值時(shí)，電流表中有電流通過(guò)；而開(kāi)關(guān)一直閉合，滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭不動(dòng)時(shí)，電流表中無(wú)電流產(chǎn)生(填“有”或“無(wú)”). 圖7 4.上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)1 閉合電路中磁感應(yīng)強(qiáng)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(shí)驗(yàn)2 閉合電路中磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，閉合電路的面積S③變化 實(shí)驗(yàn)3 閉合電路中磁感應(yīng)強(qiáng)度B④變化，閉合電路的面積S⑤不變 總結(jié)：實(shí)驗(yàn)1是磁體即磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)改變磁通量；實(shí)驗(yàn)2是通過(guò)導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)改變磁通量；實(shí)驗(yàn)3通過(guò)改變電流從而改變磁場(chǎng)強(qiáng)弱，進(jìn)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(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流”. [要點(diǎn)總結(jié)] 1.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：穿過(guò)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(chǎng)內(nèi)做切割磁感線運(yùn)動(dòng).在利用“切割”來(lái)討論和判斷有無(wú)感應(yīng)電流時(shí)，應(yīng)該注意： (1)導(dǎo)體是否將磁感線“割斷”，如果沒(méi)有“割斷”就不能說(shuō)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(méi)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(chǎng)內(nèi)做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，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(xiàng)中，電路沒(méi)有閉合，無(wú)感應(yīng)電流；B選項(xiàng)中，面積增大，通過(guò)閉合電路的磁通量增大，有感應(yīng)電流；C選項(xiàng)中，穿過(guò)線圈的磁感線相互抵消，Φ恒為零，無(wú)感應(yīng)電流；D選項(xiàng)中，磁通量不發(fā)生變化，無(wú)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(gè)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(méi)有變化也不會(huì)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(qiáng)磁場(chǎng)中做如圖所示的運(yùn)動(dòng)，線圈中有感應(yīng)電流的是(　　) 答案　A 解析　在選項(xiàng)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(xiàng)D中磁通量始終最大，保持不變，也沒(méi)有感應(yīng)電流；選項(xiàng)A中，在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)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(rèn)識(shí))在法拉第時(shí)代，下列驗(yàn)證“由磁產(chǎn)生電”設(shè)想的實(shí)驗(yàn)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(shí)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(gè)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(shí)滿足電路閉合和穿過(guò)電路的磁通量發(fā)生變化這兩個(gè)條件，電路中才會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，本題中的A、B選項(xiàng)都不會(huì)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(xiàng)中磁鐵插入線圈時(shí)，雖有短暫電流產(chǎn)生，但未能及時(shí)觀察，C項(xiàng)錯(cuò)誤.在給線圈通電、斷電瞬間，會(huì)引起穿過(guò)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(xiàng)正確. 2.(對(duì)磁通量的理解)如圖9所示，a、b是兩個(gè)同平面、同心放置的金屬圓環(huán)，條形磁鐵穿過(guò)圓環(huán)且與兩環(huán)平面垂直，則穿過(guò)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(chǎng)的磁感線的分布特點(diǎn)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(gè)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(shí)，通過(guò)圓環(huán)的磁感線的俯視圖如圖所示，穿過(guò)圓環(huán)的磁通量Φ＝Φ進(jìn)－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(zhǎng)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(dòng) C.線框向下平動(dòng) D.線框以AB邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng) 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(dòng)變阻器和開(kāi)關(guān)組成閉合回路，在鐵心的右端套有一個(gè)表面絕緣的銅環(huán)A，下列各種情況中銅環(huán)A中沒(méi)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(shí)，使滑動(dòng)變阻器的滑片P勻速移動(dòng) C.通電時(shí)，使滑動(dòng)變阻器的滑片P加速移動(dòng) D.將開(kāi)關(guān)突然斷開(kāi)的瞬間 答案　A 解析　只要通電時(shí)滑動(dòng)變阻器的滑片P移動(dòng)，電路中電流就會(huì)發(fā)生變化，變化的電流產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，銅環(huán)A中磁通量發(fā)生變化，有感應(yīng)電流；同樣，將開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間，電路中電流從有到無(wú)，仍會(huì)在銅環(huán)A中產(chǎn)生感應(yīng)電流.