2018-2019版高中物理 第三章 電磁感應(yīng) 第1講 電磁感應(yīng)現(xiàn)象學(xué)案 新人教版選修1 -1.doc

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第1講　電磁感應(yīng)現(xiàn)象 [目標(biāo)定位]　1.了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)過(guò)程，體會(huì)人類探索自然規(guī)律的科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神.2.知道磁通量，會(huì)比較“穿過(guò)不同閉合電路磁通量”的大小.3.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，掌握感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件. 一、劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn) 1.奧斯特在1820年發(fā)現(xiàn)了電流磁效應(yīng). 2.1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象. 想一想　物理學(xué)領(lǐng)域里的每次重大發(fā)現(xiàn)，都有力地推動(dòng)了人類文明的進(jìn)程.最早利用磁場(chǎng)獲得電流，使人類得以進(jìn)入電氣化時(shí)代的科學(xué)家是誰(shuí)？ 答案　法拉第. 二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 1.電磁感應(yīng)現(xiàn)象：閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中就產(chǎn)生電流.物理學(xué)中把這類現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng). 2.感應(yīng)電流：由電磁感應(yīng)產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流. 想一想　如果整個(gè)閉合電路都在磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)，閉合電路中也一定有感應(yīng)電流嗎？ 答案　沒(méi)有. 三、電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件 1.磁通量：用“穿過(guò)一個(gè)閉合電路的磁感線的多少”來(lái)形象地理解“穿過(guò)這個(gè)閉合電路的磁通量”. 2.感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件 只要穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生. 想一想　穿過(guò)閉合電路的磁通量很大，是否一定產(chǎn)生感應(yīng)電流？ 答案　不是.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化.關(guān)鍵在“變化”兩字上，這是指穿過(guò)閉合電路的磁通量從無(wú)變有、從有變無(wú)、從小變大、從大變小等等.若磁通量很大，但是磁通量不變化，閉合電路中也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流. 一、磁通量 1.定義：物理學(xué)中把在磁場(chǎng)中穿過(guò)與磁場(chǎng)垂直的某一面積S的磁感線條數(shù)定義為穿過(guò)該面積的磁通量. 2.單位：韋伯，符號(hào)：Wb. 3.意義：表示穿過(guò)某一面積的磁感線條數(shù)的多少. 例1　關(guān)于磁通量的概念，下列說(shuō)法正確的是(　　 ) A.磁感應(yīng)強(qiáng)度越大的地方，穿過(guò)線圈的磁通量也越大 B.穿過(guò)線圈的磁通量為零，該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定為零 C.磁感應(yīng)強(qiáng)度越大、線圈面積越大，則磁通量越大 D.穿過(guò)線圈的磁通量大小可以用穿過(guò)線圈的磁感線條數(shù)來(lái)衡量 答案　BD 解析　穿過(guò)某一線圈的磁通量大小，與磁場(chǎng)強(qiáng)弱、線圈面積大小以及線圈平面與磁場(chǎng)的夾角有關(guān).當(dāng)二者平行時(shí)，Φ＝0.故只有B、D正確. 針對(duì)訓(xùn)練1　磁通量可以形象地理解為“穿過(guò)一個(gè)閉合電路的磁感線的條數(shù)”.在圖3－1－1所示磁場(chǎng)中，S1、S2、S3為三個(gè)面積相同的相互平行的線圈，穿過(guò)S1、S2、S3的磁通量分別為Φ1、Φ2、Φ3且都不為0.下列判斷正確的是(　　) 圖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　磁通量表示穿過(guò)一個(gè)閉合電路的磁感線條數(shù)的多少，從題圖中可看出穿過(guò)S1的磁感線條數(shù)最多，穿過(guò)S3的磁感線條數(shù)最少. 二、產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 1.實(shí)驗(yàn)探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件 (1)閉合電路的部分導(dǎo)體切割磁感線 在初中學(xué)過(guò)，當(dāng)閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，電路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，如圖3－1－2所示. 圖3－1－2 導(dǎo)體棒左右平動(dòng)、前后平動(dòng)、上下平動(dòng)，觀察電流表的指針，把觀察到的現(xiàn)象記錄在表1中. 表1 導(dǎo)體棒 的運(yùn)動(dòng) 表針的擺 動(dòng)方向 導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng) 表針的擺 動(dòng)方向 向右平動(dòng) 向左 向后平動(dòng) 不擺動(dòng) 向左平動(dòng) 向右 向上平動(dòng) 不擺動(dòng) 向前平動(dòng) 不擺動(dòng) 向下平動(dòng) 不擺動(dòng) 結(jié)論：只有左右平動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體棒切割磁感線，才有電流產(chǎn)生；前后平動(dòng)、上下平動(dòng)，導(dǎo)體棒都不切割磁感線，沒(méi)有電流產(chǎn)生. (2)向線圈中插入磁鐵，把磁鐵從線圈中拔出 如圖3－1－3所示，把磁鐵的某一個(gè)磁極向線圈中插入，從線圈中拔出，或靜止地放在線圈中.觀察電流表的指針，把觀察到的現(xiàn)象記錄在表2中. 圖3－1－3 表2 磁鐵的運(yùn)動(dòng) 表針的擺動(dòng)方向 磁鐵的運(yùn)動(dòng) 表針的擺動(dòng)方向 N極插入線圈 向右 S極插入線圈 向左 N極停在線圈中 不擺動(dòng) S極停在線圈中 不擺動(dòng) N極從線圈中抽出 向左 S極從線圈中抽出 向右 結(jié)論：只有磁鐵相對(duì)線圈運(yùn)動(dòng)時(shí)，才有電流產(chǎn)生；磁鐵相對(duì)線圈靜止時(shí)，沒(méi)有電流產(chǎn)生. (3)模擬法拉第的實(shí)驗(yàn) 如圖3－1－4所示，線圈A通過(guò)變阻器和開(kāi)關(guān)連接到電源上，線圈B的兩端與電流表連接，把線圈A裝在線圈B的里面.觀察以下四項(xiàng)操作中線圈B中是否有電流產(chǎn)生.把觀察到的現(xiàn)象記錄在表3中. 圖3－1－4 表3 操作 現(xiàn)象 開(kāi)關(guān)閉合瞬間 有電流產(chǎn)生 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間 有電流產(chǎn)生 開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，變阻器的滑片不動(dòng) 無(wú)電流產(chǎn)生 開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，迅速移動(dòng)變阻器的滑片 有電流產(chǎn)生 結(jié)論：只有當(dāng)線圈A中電流變化時(shí)，線圈B中才有電流產(chǎn)生. 2.結(jié)論 不論用什么方法，不論何種原因，只要使穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生. 3.產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 (1)閉合電路；(2)磁通量發(fā)生變化. 例2　如圖所示，矩形線框在磁場(chǎng)中做的各種運(yùn)動(dòng)，能夠產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　) 答案　B 解析　感應(yīng)電流產(chǎn)生條件為：①磁通量發(fā)生變化；②閉合電路.A、C、D中穿過(guò)矩形線框的磁通量都不變，故不產(chǎn)生感應(yīng)電流. 針對(duì)訓(xùn)練2　如圖3－1－5所示，線圈與靈敏電流計(jì)構(gòu)成閉合電路；當(dāng)磁鐵向下插入線圈的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn).則當(dāng)磁鐵(　　) 圖3－1－5 A.放在線圈中不動(dòng)時(shí)，電流計(jì)指針向左偏轉(zhuǎn) B.從線圈中向上拔出時(shí)，電流計(jì)指針向左偏轉(zhuǎn) C.按圖示位置在線圈外面上下移動(dòng)時(shí)，電流計(jì)指針不會(huì)偏轉(zhuǎn) D.按圖示位置在線圈外面左右移動(dòng)時(shí)，電流計(jì)指針也會(huì)偏轉(zhuǎn) 答案　BD 解析　磁鐵向下插入線圈，穿過(guò)線圈的磁通量增大，電流計(jì)指針右偏，則向上拔出時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量減小，根據(jù)楞次定律“增反減同”知B項(xiàng)正確；磁鐵放在線圈中不動(dòng)時(shí)，線圈中的磁通量不變化，沒(méi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生，電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)，A錯(cuò)；磁鐵按圖示位置上、下、左、右移動(dòng)時(shí)，線圈中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，電流計(jì)指針都會(huì)偏轉(zhuǎn)，C錯(cuò)，D正確. 磁通量的變化 1.如圖3－1－6所示，面積為S的線圈平面與磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直，一半在磁場(chǎng)中，則穿過(guò)線圈的磁通量為(　　) 圖3－1－6 A.0 B.BS C.BS D.2BS 答案　B 解析　根據(jù)磁通量公式Φ＝BS，因?yàn)閳D中有效面積為S，所以B項(xiàng)正確. 2.如圖3－1－7所示，一環(huán)形線圈沿條形磁鐵的軸線，從磁鐵N極的左側(cè)A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到磁鐵S極的右側(cè)B點(diǎn)，A、B兩點(diǎn)關(guān)于磁鐵的中心對(duì)稱，則在此過(guò)程中，穿過(guò)環(huán)形線圈的磁通量將(　　) 圖3－1－7 A.先增大，后減小 B.先減小，后增大 C.先增大，后減小、再增大，再減小 D.先減小，后增大、再減小，再增大 答案　A 解析　穿過(guò)線圈的磁通量應(yīng)以磁鐵內(nèi)部磁場(chǎng)為主，而內(nèi)部的磁感線是一定值，在A、B點(diǎn)時(shí)，外部磁感線比較密，即與內(nèi)部相反的磁感線多，相抵后剩下的內(nèi)部的磁感線就少；中間位置時(shí)，外部磁感線比較疏，即與內(nèi)部相反的磁感線少，相抵后剩下的內(nèi)部的磁感線就多.所以兩端磁通量小，中間磁通量大，A正確. 電磁感應(yīng)的產(chǎn)生條件 3.通電直導(dǎo)線穿過(guò)閉合線圈L，如圖3－1－8 所示，則(　　) 圖3－1－8 A.當(dāng)電流I增大時(shí)，線圈L中有感應(yīng)電流 B.當(dāng)L左右平動(dòng)時(shí)，L中有感應(yīng)電流 C.當(dāng)L上下平動(dòng)時(shí)，L中有感應(yīng)電流 D.以上各種情況都不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流 答案　D 解析　根據(jù)直線電流的磁場(chǎng)特點(diǎn)知，A、B、C各種情況下，穿過(guò)線圈的磁通量不變，選項(xiàng)D正確. 4.某學(xué)生做觀察電磁感應(yīng)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)時(shí)，將電流表、線圈A和B、蓄電池、開(kāi)關(guān)，用導(dǎo)線連接成如圖3－1－9所示的實(shí)驗(yàn)電路，閉合開(kāi)關(guān)，下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖3－1－9 A.線圈A插入線圈B的過(guò)程中，有感應(yīng)電流 B.線圈A從B線圈中拔出過(guò)程中，有感應(yīng)電流 C.線圈A停在B線圈中，有感應(yīng)電流 D.線圈A拔出線圈B的過(guò)程中，線圈B的磁通量在減小 答案　ABD 解析　由感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件A、B選項(xiàng)都正確，C項(xiàng)錯(cuò)誤；在A線圈從B線圈拔出的過(guò)程中B線圈的磁通量減小，D項(xiàng)正確. (時(shí)間：60分鐘) 題組一、磁通量的變化 1.如圖3－1－10所示，矩形線框平面與勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直，穿過(guò)的磁通量為Φ.若線框面積變?yōu)樵瓉?lái)的，則磁通量變?yōu)?　　) 圖3－1－10 A.Φ B.Φ C.2Φ D.4Φ 答案　B 解析　根據(jù)Φ＝BS可知，當(dāng)線框面積變?yōu)樵瓉?lái)的時(shí)，磁通量變?yōu)樵瓉?lái)的，故B對(duì)，A、C、D錯(cuò). 2.如圖3－1－11所示，豎直長(zhǎng)導(dǎo)線通以恒定電流I，一閉合線圈MNPQ與導(dǎo)線在同一平面內(nèi)，當(dāng)線圈從圖示位置向右逐漸遠(yuǎn)離導(dǎo)線時(shí)，穿過(guò)線圈的磁通量將(　　) 圖3－1－11 A.變小 B.變大 C.不變 D.先變大，后變小 答案　A 解析　恒定電流I產(chǎn)生的磁場(chǎng)中，離導(dǎo)線越遠(yuǎn)磁場(chǎng)越弱，所以線圈向右遠(yuǎn)離導(dǎo)線時(shí)穿過(guò)線圈的磁通量將變小. 題組二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象與產(chǎn)生條件 3.下列現(xiàn)象中，屬于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是(　　) A.小磁針在通電導(dǎo)線附近發(fā)生偏轉(zhuǎn) B.通電線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng) C.因閉合線圈在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生電流 D.磁鐵吸引小磁針 答案　C 解析　電磁感應(yīng)是指“磁生電”的現(xiàn)象，而小磁針和通電線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)及受磁場(chǎng)力的作用，反映了磁場(chǎng)力的性質(zhì).所以A、B、D不是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，C是電磁感應(yīng)現(xiàn)象. 4.如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置中用于研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的是(　　) 答案　B 解析　A、C兩實(shí)驗(yàn)裝置用于研究通電導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的安培力；D圖用于研究電流的磁效應(yīng)，故B對(duì)，A、C、D錯(cuò). 5.關(guān)于感應(yīng)電流，下列說(shuō)法正確的是(　　 ) A.只要穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中就一定有感應(yīng)電流 B.只要閉合導(dǎo)線做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)線中就一定有感應(yīng)電流 C.若閉合電路的一部分導(dǎo)體不做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，閉合電路中一定沒(méi)有感應(yīng)電流 D.當(dāng)穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，閉合電路中一定有感應(yīng)電流 答案　D 解析　產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件(1)閉合電路；(2)磁通量發(fā)生變化，兩者缺一不可，選項(xiàng)D正確. 6.如圖3－1－12為“探究感應(yīng)電流與磁通量變化關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置圖.下列操作中不能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是(　　) 圖3－1－12 A.開(kāi)關(guān)S閉合瞬間 B.開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)瞬間 C.開(kāi)關(guān)S閉合后，變阻器滑片P移動(dòng) D.開(kāi)關(guān)S閉合后，變阻器滑片P不移動(dòng) 答案　D 7.線圈在長(zhǎng)直導(dǎo)線電流的磁場(chǎng)中，做如圖3－1－13所示的運(yùn)動(dòng)，則線圈中有感應(yīng)電流的是(　　) 圖3－1－13 A.向右平動(dòng) B.向下平動(dòng) C.繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)(邊bc向外) D.從紙面向紙外平動(dòng) E.向上平動(dòng)(邊bc上有個(gè)缺口) 答案　BCD 解析　因?yàn)殚L(zhǎng)直導(dǎo)線電流的磁場(chǎng)是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，越遠(yuǎn)離直導(dǎo)線磁場(chǎng)越弱，離直導(dǎo)線等距離的位置磁感應(yīng)強(qiáng)度大小相等，故B、D、E三種情形穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生了變化，C這種情形是因?yàn)榫€圈平面與磁場(chǎng)的方向的夾角發(fā)生了變化從而造成穿過(guò)線圈的磁通量發(fā)生了變化，并且B、C、D三種情形線圈是閉合的，E的線圈是不閉合的，故正確選項(xiàng)是B、C、D. 8.如圖3－1－14所示，ab是閉合電路的一部分，處在垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中(　　) 圖3－1－14 A.當(dāng)ab垂直于紙面向外平動(dòng)時(shí)，ab中有感應(yīng)電流 B.當(dāng)ab垂直于紙面向里平動(dòng)時(shí)，ab中有感應(yīng)電流 C.當(dāng)ab垂直于磁感線向右平動(dòng)時(shí)，ab中有感應(yīng)電流 D.當(dāng)ab垂直于磁感線向左平動(dòng)時(shí)，ab中無(wú)感應(yīng)電流 答案　C 解析　當(dāng)ab垂直于紙面向外、向里平動(dòng)時(shí)，ab棒都不切割磁感線，a、b中都無(wú)感應(yīng)電流，A、B錯(cuò)誤，當(dāng)ab向右、向左平動(dòng)時(shí)，ab都切割磁感線，ab中都有感應(yīng)電流，故C正確，D錯(cuò)誤. 9.如圖3－1－15所示，勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域?qū)挒閐，一正方形線框abcd的邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，且L＞d，線框以速度v通過(guò)磁場(chǎng)區(qū)域，從線框進(jìn)入到完全離開(kāi)磁場(chǎng)的時(shí)間內(nèi)，線框中沒(méi)有感應(yīng)電流的時(shí)間是(　　) 圖3－1－15 A. B. C. D. 答案　B 解析　從bc邊出磁場(chǎng)到ad邊進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中，穿過(guò)閉合回路的磁通量沒(méi)有發(fā)生變化，閉合回路中沒(méi)有感應(yīng)電流，此過(guò)程所用的時(shí)間t＝，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤. 10.小明同學(xué)做“探究電磁感應(yīng)產(chǎn)生的條件和感應(yīng)電流方向”的實(shí)驗(yàn)，先將電池組、滑線變阻器、帶鐵芯的線圈A、線圈B、電流計(jì)及開(kāi)關(guān)如圖3－1－16連接.在開(kāi)關(guān)閉合、線圈A放在線圈B中的情況下，某同學(xué)發(fā)現(xiàn)當(dāng)他將滑線 變阻器的滑動(dòng)端P向左加速滑動(dòng)時(shí)，電流計(jì)指針向右偏轉(zhuǎn). 圖3－1－16 閉合開(kāi)關(guān)穩(wěn)定后，電流計(jì)指針將________(填“不偏轉(zhuǎn)”“向左偏”或“向右偏”)；當(dāng)小明把A中的鐵芯向上拔出時(shí)，電流計(jì)指針________(填“不偏轉(zhuǎn)”“向左偏”或“向右偏”). 答案　不偏轉(zhuǎn)　向右偏 解析　電路穩(wěn)定后，磁通量不變，副線圈中沒(méi)有感應(yīng)電流，所以電流計(jì)指針不偏轉(zhuǎn)；由于題中P向左加速移動(dòng)，阻值變大，電流變小，磁通量減小，指針向右偏.當(dāng)把A中鐵芯向上拔出時(shí)，磁性減弱，磁通量減小，所以指針向右偏.