2020版高中物理第三章电磁感应第1讲电磁感应现象学案新人教版选修1-1

2020版高中物理第三章电磁感应第1讲电磁感应现象学案新人教版选修1-1

第1讲　电磁感应现象 ‎[目标定位]　1.了解电磁感应现象发现过程，体会人类探索自然规律的科学方法、科学态度和科学精神.2.知道磁通量，会比较“穿过不同闭合电路磁通量”的大小.3.通过实验，掌握感应电流的产生条件.‎ 一、划时代的发现 ‎1.奥斯特在1820年发现了电流磁效应.‎ ‎2.1831年，法拉第发现了电磁感应现象.‎ 想一想　物理学领域里的每次重大发现，都有力地推动了人类文明的进程.最早利用磁场获得电流，使人类得以进入电气化时代的科学家是谁？‎ 答案　法拉第.‎ 二、电磁感应现象 ‎1.电磁感应现象：闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线的运动时，导体中就产生电流.物理学中把这类现象叫做电磁感应.‎ ‎2.感应电流：由电磁感应产生的电流叫做感应电流.‎ 想一想　如果整个闭合电路都在磁场中做切割磁感线的运动，闭合电路中也一定有感应电流吗？‎ 答案　没有.‎ 三、电磁感应的产生条件 ‎1.磁通量：用“穿过一个闭合电路的磁感线的多少”来形象地理解“穿过这个闭合电路的磁通量”.‎ ‎2.感应电流的产生条件 只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生.‎ 想一想　穿过闭合电路的磁通量很大，是否一定产生感应电流？‎ 答案　不是.产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化.关键在“变化”两字上，这是指穿过闭合电路的磁通量从无变有、从有变无、从小变大、从大变小等等.若磁通量很大，但是磁通量不变化，闭合电路中也不会产生感应电流.‎ 11‎ 一、磁通量 ‎1.定义：物理学中把在磁场中穿过与磁场垂直的某一面积S的磁感线条数定义为穿过该面积的磁通量.‎ ‎2.单位：韦伯，符号：Wb.‎ ‎3.意义：表示穿过某一面积的磁感线条数的多少.‎ 例1　关于磁通量的概念，下列说法正确的是(　　 )‎ A.磁感应强度越大的地方，穿过线圈的磁通量也越大 B.穿过线圈的磁通量为零，该处的磁感应强度不一定为零 C.磁感应强度越大、线圈面积越大，则磁通量越大 D.穿过线圈的磁通量大小可以用穿过线圈的磁感线条数来衡量 答案　BD 解析　穿过某一线圈的磁通量大小，与磁场强弱、线圈面积大小以及线圈平面与磁场的夹角有关.当二者平行时，Φ＝0.故只有B、D正确.‎ 针对训练1　磁通量可以形象地理解为“穿过一个闭合电路的磁感线的条数”.在图3－1－1所示磁场中，S1、S2、S3为三个面积相同的相互平行的线圈，穿过S1、S2、S3的磁通量分别为Φ1、Φ2、Φ3且都不为0.下列判断正确的是(　　)‎ 图3－1－1‎ A.Φ1最大 B.Φ2最大 C.Φ3最大 D.Φ1、Φ2、Φ3相等 答案　A 解析　磁通量表示穿过一个闭合电路的磁感线条数的多少，从题图中可看出穿过S1的磁感线条数最多，穿过S3的磁感线条数最少.‎ 二、产生感应电流的条件 ‎1.实验探究感应电流产生的条件 11‎ ‎(1)闭合电路的部分导体切割磁感线 在初中学过，当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流，如图3－1－2所示.‎ 图3－1－2‎ 导体棒左右平动、前后平动、上下平动，观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表1中.‎ 表1‎ 导体棒 的运动 表针的摆 动方向 导体棒的运动 表针的摆 动方向 向右平动 向左 向后平动 不摆动 向左平动 向右 向上平动 不摆动 向前平动 不摆动 向下平动 不摆动 结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，才有电流产生；前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有电流产生.‎ ‎(2)向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出 如图3－1－3所示，把磁铁的某一个磁极向线圈中插入，从线圈中拔出，或静止地放在线圈中.观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表2中.‎ 图3－1－3‎ 表2‎ 磁铁的运动 表针的摆动方向 磁铁的运动 表针的摆动方向 N极插入线圈 向右 S极插入线圈 向左 11‎ N极停在线圈中 不摆动 S极停在线圈中 不摆动 N极从线圈中抽出 向左 S极从线圈中抽出 向右 结论：只有磁铁相对线圈运动时，才有电流产生；磁铁相对线圈静止时，没有电流产生.‎ ‎(3)模拟法拉第的实验 如图3－1－4所示，线圈A通过变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端与电流表连接，把线圈A装在线圈B的里面.观察以下四项操作中线圈B中是否有电流产生.把观察到的现象记录在表3中.‎ 图3－1－4‎ 表3‎ 操作 现象 开关闭合瞬间 有电流产生 开关断开瞬间 有电流产生 开关闭合时，变阻器的滑片不动 无电流产生 开关闭合时，迅速移动变阻器的滑片 有电流产生 结论：只有当线圈A中电流变化时，线圈B中才有电流产生.‎ ‎2.结论 不论用什么方法，不论何种原因，只要使穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流产生.‎ ‎3.产生感应电流的条件 ‎(1)闭合电路；(2)磁通量发生变化.‎ 例2　如图所示，矩形线框在磁场中做的各种运动，能够产生感应电流的是(　　)‎ 答案　B 11‎ 解析　感应电流产生条件为：①磁通量发生变化；②闭合电路.A、C、D中穿过矩形线框的磁通量都不变，故不产生感应电流.‎ 针对训练2　如图3－1－5所示，线圈与灵敏电流计构成闭合电路；当磁铁向下插入线圈的过程中，发现电流计指针向右偏转.则当磁铁(　　)‎ 图3－1－5‎ A.放在线圈中不动时，电流计指针向左偏转 B.从线圈中向上拔出时，电流计指针向左偏转 C.按图示位置在线圈外面上下移动时，电流计指针不会偏转 D.按图示位置在线圈外面左右移动时，电流计指针也会偏转 答案　BD 解析　磁铁向下插入线圈，穿过线圈的磁通量增大，电流计指针右偏，则向上拔出时，穿过线圈的磁通量减小，根据楞次定律“增反减同”知B项正确；磁铁放在线圈中不动时，线圈中的磁通量不变化，没有感应电流产生，电流计指针不偏转，A错；磁铁按图示位置上、下、左、右移动时，线圈中都会产生感应电流，电流计指针都会偏转，C错，D正确.‎ 磁通量的变化 ‎1.如图3－1－6所示，面积为S的线圈平面与磁感应强度为B的匀强磁场垂直，一半在磁场中，则穿过线圈的磁通量为(　　)‎ 图3－1－6‎ A.0 B.BS ‎ C.BS D.2BS 答案　B 11‎ 解析　根据磁通量公式Φ＝BS，因为图中有效面积为S，所以B项正确.‎ ‎2.如图3－1－7所示，一环形线圈沿条形磁铁的轴线，从磁铁N极的左侧A点运动到磁铁S极的右侧B点，A、B两点关于磁铁的中心对称，则在此过程中，穿过环形线圈的磁通量将(　　)‎ 图3－1－7‎ A.先增大，后减小 B.先减小，后增大 C.先增大，后减小、再增大，再减小 D.先减小，后增大、再减小，再增大 答案　A 解析　穿过线圈的磁通量应以磁铁内部磁场为主，而内部的磁感线是一定值，在A、B点时，外部磁感线比较密，即与内部相反的磁感线多，相抵后剩下的内部的磁感线就少；中间位置时，外部磁感线比较疏，即与内部相反的磁感线少，相抵后剩下的内部的磁感线就多.所以两端磁通量小，中间磁通量大，A正确.‎ 电磁感应的产生条件 ‎3.通电直导线穿过闭合线圈L，如图3－1－8 所示，则(　　)‎ 图3－1－8‎ A.当电流I增大时，线圈L中有感应电流 B.当L左右平动时，L中有感应电流 C.当L上下平动时，L中有感应电流 D.以上各种情况都不会产生感应电流 答案　D 11‎ 解析　根据直线电流的磁场特点知，A、B、C各种情况下，穿过线圈的磁通量不变，选项D正确.‎ ‎4.某学生做观察电磁感应现象的实验时，将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关，用导线连接成如图3－1－9所示的实验电路，闭合开关，下列说法正确的是(　　)‎ 图3－1－9‎ A.线圈A插入线圈B的过程中，有感应电流 B.线圈A从B线圈中拔出过程中，有感应电流 C.线圈A停在B线圈中，有感应电流 D.线圈A拔出线圈B的过程中，线圈B的磁通量在减小 答案　ABD 解析　由感应电流产生的条件A、B选项都正确，C项错误；在A线圈从B线圈拔出的过程中B线圈的磁通量减小，D项正确.‎ ‎(时间：60分钟)‎ 题组一、磁通量的变化 ‎1.如图3－1－10所示，矩形线框平面与匀强磁场方向垂直，穿过的磁通量为Φ.若线框面积变为原来的，则磁通量变为(　　)‎ 图3－1－10‎ A.Φ B.Φ C.2Φ D.4Φ 答案　B 11‎ 解析　根据Φ＝BS可知，当线框面积变为原来的时，磁通量变为原来的，故B对，A、C、D错.‎ ‎2.如图3－1－11所示，竖直长导线通以恒定电流I，一闭合线圈MNPQ与导线在同一平面内，当线圈从图示位置向右逐渐远离导线时，穿过线圈的磁通量将(　　)‎ 图3－1－11‎ A.变小 B.变大 C.不变 D.先变大，后变小 答案　A 解析　恒定电流I产生的磁场中，离导线越远磁场越弱，所以线圈向右远离导线时穿过线圈的磁通量将变小.‎ 题组二、电磁感应现象与产生条件 ‎3.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及受磁场力的作用，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.‎ ‎4.如图所示实验装置中用于研究电磁感应现象的是(　　)‎ 11‎ 答案　B 解析　A、C两实验装置用于研究通电导线在磁场中所受的安培力；D图用于研究电流的磁效应，故B对，A、C、D错.‎ ‎5.关于感应电流，下列说法正确的是(　　 )‎ A.只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就一定有感应电流 B.只要闭合导线做切割磁感线运动，导线中就一定有感应电流 C.若闭合电路的一部分导体不做切割磁感线运动，闭合电路中一定没有感应电流 D.当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中一定有感应电流 答案　D 解析　产生感应电流的条件(1)闭合电路；(2)磁通量发生变化，两者缺一不可，选项D正确.‎ ‎6.如图3－1－12为“探究感应电流与磁通量变化关系”的实验装置图.下列操作中不能产生感应电流的是(　　)‎ 图3－1－12‎ A.开关S闭合瞬间 B.开关S断开瞬间 C.开关S闭合后，变阻器滑片P移动 ‎ D.开关S闭合后，变阻器滑片P不移动 答案　D 11‎ ‎7.线圈在长直导线电流的磁场中，做如图3－1－13所示的运动，则线圈中有感应电流的是(　　)‎ 图3－1－13‎ A.向右平动 B.向下平动 C.绕轴转动(边bc向外)‎ D.从纸面向纸外平动 E.向上平动(边bc上有个缺口)‎ 答案　BCD 解析　因为长直导线电流的磁场是非匀强磁场，越远离直导线磁场越弱，离直导线等距离的位置磁感应强度大小相等，故B、D、E三种情形穿过线圈的磁通量发生了变化，C这种情形是因为线圈平面与磁场的方向的夹角发生了变化从而造成穿过线圈的磁通量发生了变化，并且B、C、D三种情形线圈是闭合的，E的线圈是不闭合的，故正确选项是B、C、D.‎ ‎8.如图3－1－14所示，ab是闭合电路的一部分，处在垂直于纸面向外的匀强磁场中(　　)‎ 图3－1－14‎ A.当ab垂直于纸面向外平动时，ab中有感应电流 B.当ab垂直于纸面向里平动时，ab中有感应电流 C.当ab垂直于磁感线向右平动时，ab中有感应电流 D.当ab垂直于磁感线向左平动时，ab中无感应电流 答案　C 解析　当ab垂直于纸面向外、向里平动时，ab棒都不切割磁感线，a、b中都无感应电流，A、B错误，当ab向右、向左平动时，ab都切割磁感线，ab中都有感应电流，故C正确，D错误.‎ 11‎ ‎9.如图3－1－15所示，匀强磁场区域宽为d，一正方形线框abcd的边长为L，且L＞d，线框以速度v通过磁场区域，从线框进入到完全离开磁场的时间内，线框中没有感应电流的时间是(　　)‎ 图3－1－15‎ A. B. C. D. 答案　B 解析　从bc边出磁场到ad边进入磁场的过程中，穿过闭合回路的磁通量没有发生变化，闭合回路中没有感应电流，此过程所用的时间t＝，故B正确，A、C、D错误.‎ ‎10.小明同学做“探究电磁感应产生的条件和感应电流方向”的实验，先将电池组、滑线变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关如图3－1－16连接.在开关闭合、线圈A放在线圈B中的情况下，某同学发现当他将滑线 变阻器的滑动端P向左加速滑动时，电流计指针向右偏转.‎ 图3－1－16‎ 闭合开关稳定后，电流计指针将________(填“不偏转”“向左偏”或“向右偏”)；当小明把A中的铁芯向上拔出时，电流计指针________(填“不偏转”“向左偏”或“向右偏”).‎ 答案　不偏转　向右偏 解析　电路稳定后，磁通量不变，副线圈中没有感应电流，所以电流计指针不偏转；由于题中P向左加速移动，阻值变大，电流变小，磁通量减小，指针向右偏.当把A中铁芯向上拔出时，磁性减弱，磁通量减小，所以指针向右偏.‎ 11‎