2020高中物理 第四章 第二节 探究感应电流的产生条件学案 新人教版选修3-2

2020高中物理 第四章 第二节 探究感应电流的产生条件学案 新人教版选修3-2

‎§4.2探究感应电流的产生条件 ‎ ‎【学习目标】‎ ‎1．会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验。‎ ‎2．学会通过实验观察、记录结果、分析论证得出结论的科学探究方法.‎ ‎3．通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件。‎ ‎【重点难点】‎ ‎1.重点：通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件。‎ ‎2.难点：感应电流的产生条件。‎ ‎【课前预习】‎ 一、堂中实验 实验1 闭合电路一部分导体做切割磁感线运动。实验电路如图4.2-1所示连接。‎ 产生感应电流的原因分析：导体AB做切割磁感线运动时，匀强磁场的磁感应强度B没有变化，但导体AB与电流表组成的回路________发生变化，即回路中_______发生了变化。‎ 实验2 条形磁铁在线圈中相对运动。实验电路按如图4.2-2所示连接。‎ 课堂中注意观察电流表的指针的偏转情况，把观察的现象记录在下列的表格中：‎ 磁铁的动作情况 磁铁的动作情况 电流计指针的动作 电流计指针的动作 N极插入线圈 S极插入线圈 N极停在线圈中 指针无动作 S极停在线圈中 指针无动作 N极从线圈中抽出 S从线圈中抽出 产生感应电流的原因分析： 向线圈中插入磁铁，或把磁铁从线圈中抽出时，线圈与电流表组成的回路面积S没有变化，但线圈回路中的___________发生了变化，即回路中的________发生了变化。‎ 实验3 模仿法拉第的实验( 线圈中的电流变化时的电磁感应现象)‎ 实验电路按如图4.2-3所示连接：线圈 A 通过变阻器和开关连接到_______上，线圈 B 的两端连到__________上，把线圈 A 装在线圈 B 的里面。‎ 课堂中注意观察线圈A中电流的变化情况以及线圈B中电流表的指针的偏转情况，把观察的现象记录在下列的表格中：‎ 线圈A中电流的变化情况 线圈B中磁场的变化情况 电流计指针的动作 开关闭合的瞬间 开关断开的瞬间 开关闭合时，滑动变阻器不动 B中的磁场不变 指针无动作 开关闭合时，迅速移动变阻器的滑片 产生感应电流的原因分析：由于迅速移动滑动变阻器的滑片（或由于开关的闭合、断开），线圈 A 中的电流迅速变化，产生的磁场的强弱也在迅速变化，所以通过线圈B 的________也在迅速变化，即线圈B回路中的_________发生了变化。‎ 二、归纳结论 ‎1.产生感应电流的条件：既与磁场的变化有关系，也就是说，与_________的变化有关系； 也与闭合电路包围的________有关系。即与闭合回路的磁通量有关系。‎ ‎2.实验表明：只要穿过闭合电路的________发生变化，闭合电路中就有感应电流。‎ ‎【课前预习】‎ 一、实验1. 面积S，磁通量 实验2．磁感应强度B 磁通量 实验3. 电源 电流表。磁感应强度(或磁场强弱) 磁通量 二、1. 磁感应强度 面积 2.磁通量 ‎【预习检测】‎ ‎1. 关于感应电流，下列说法中正确的是( )‎ A．只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生 B．穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生 C．线框不闭合时，即使穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中也没有感应电流 D．只要电路的一部分作切割磁感线运动，电路中就一定有感应电流 ‎2. 如图所示，线圈两端接在电流表上组成闭合回路。在下列情况中，电流表指针不发生偏转的是( ）‎ A.线圈不动，磁铁插入线圈 B.线圈不动，磁铁从线圈中拔出 C.磁铁不动，线圈上、下移动 D.磁铁插在线圈内不动 ‎3.如图所示，导线ab和cd互相平行，则在下列情况中导线cd中无电流的是（ ）‎ G d a c b S ‎ A、电键S闭合或断开的瞬间 B、电键S是闭合的，但滑动触头向左滑 C、电键S是闭合的，但滑动触头向右滑 D、电键S始终闭合，滑动触头不动 ‎4.试用笔线代替导线，将下列器材按照本节课中模仿法拉第实验的电路图连接成电路：‎ G ‎_‎ ‎+‎ ‎-‎ 答案 ：‎ ‎1.C 2.D 3.D 4.如图所示 ▲ 堂中互动▲‎ ‎【典题探究】‎ 例 1 如图所示，在有界匀强磁场中有一矩形线圈abcd垂直磁场放置(磁场界面与矩形线圈恰好重合)，现使线圈做如下几种运动：（a）向上加速平移，（未出磁场），（b）匀速向右平移，（c）绕ab边转90°，其中线圈中能产生感应电流的是_______。‎ ‎【解析】要判断线圈中是否有感应电流产生，则需判断穿过线圈的磁通量是否发生变化。在（a）中穿过线圈平面的磁感线始终与线圈平面垂直且线圈在磁场中的面积未发生变化，所以穿过线圈的磁通量没有变化，线圈中没有感应电流产生。在（b）中线圈平移出磁场的过程中，在磁场中的面积逐渐减少，穿过线圈的磁通量在减少，所以线圈中有感应电流产生。在(c)中，线圈从图示位置绕ab边转动90°的过程中，线圈面积不变，但磁感线与线圈平面的夹角越来越小，穿过线圈的磁感线条数在减少，故磁通量越来越小，线圈中有感应电流产生。故线圈中能产生感应电流的是（b）和(c)。‎ 拓展：在判断是否有感应电流时，一看回路是否闭合，二看穿过回路的磁通量是否发生变化，其中分析磁通量的变化情况是判断回路中能否产生感应电流的关键。如闭合电路是在匀强磁场中，则着重判断闭合电路在磁场中的面积是否变化，与磁感线的夹角是否发生变化，从而确定磁通量是否变化，最后确定感应电流是否发生。‎ 例 2 如图所示，A、B两回路中各有一开关S1、S2，且回路A中接有电源，回路B中接有灵敏电流计，下列操作及相应的结果可能的是( )‎ A、先闭合S2，后闭合S1的瞬间，电流计指针偏转 B、先闭合S1，后闭合S2的瞬间，电流计指针偏转 C、S1、S2闭合后，在断开S2的瞬间，电流计指针偏转 D、S1、S2闭合后，在断开S1的瞬间，电流计指针偏转 ‎【解析】回路A中有电源，当S1闭合后，回路中有电流，在回路的周围产生磁场，回路B中有磁通量，在S1闭合或断开的瞬间，回路A中的电流从无到有或从有到无，电流周围的磁场发生变化，从而使穿过回路B的磁通量发生变化，产生感应电动势，此时若S2是闭合的，则回路B中有感应电流，电流表指针偏转。所以A、D选项正确。‎ 拓展：若产生磁场的电流虽然发生了变化，但穿过线圈平面的磁通量始终为零，那么闭合回路中也不会产生感应电流。如将图中的回路A换成一根通过回路B中心的一条直径的充分长通电直导线，则不论直导线中的电流如何变化，回路B也不会产生感应电流。‎ 例3如图所示，用导线做成的圆形回路与一直导线构成几种位置组合，其中A、B、C图中直导线与圆形线圈在同一平面内，D图中直导线与圆形线圈垂直，并与中心轴重合。在这几种组合中，切断直导线中电流时，闭合回路中会有感应电流产生是 （ ）‎ ‎。‎ ‎．‎ ‎．‎ A B C D ‎【解析】 A图中，环面关于直导线对称分布，上下两个半环面上的磁场总是大小相等方向相反，穿过整个环面的磁通量恒为零；B图和C图，环面关于直导线不对称分布，穿过环面的磁通量不为零，当切断直导线中电流时，环面上的磁通量发生变化；D图，磁感线与回路导线是同心圆，穿过整个环面的磁通量恒为零。故闭合回路中会有感应电流产生的是B 、C。‎ A B C D ‎【变式训练1】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图( )‎ 例4 如图所示，一有限范围的匀强磁场，宽度为d.一个边长为l的正方形导线框以速度v水平匀速地通过该磁场区.若d>l，则在线框中不产生感应电流的时间等于( )‎ A、d/υ；        B、l/υ；               C、(d–l)/υ；          D、(d–‎2l)/υ ‎【解析】‎ 线框中不产生感应电流，则要求线框所组成的闭合回路内的磁通量不发生变化，即线框全部在磁场中匀速运动时没有感应电流．所以线框从左边框进入磁场时开始到线框的右边框将要离开磁场时止（浸没阶段），这个过程中回路中将没有感应电流．本题该阶段对应的位移是d-l，故在线框中不产生感应电流的时间就等于(d–l)/υ；答案选C。‎ ‎××××××××××××××××××××××××××××××××‎ ‎【变式训练2】如图所示，一有限范围的匀强磁场。宽度为d，将一个边长为L的正方形导线框以速度v匀速通过磁场区域区域，若d

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