2017粤教版高中物理选修(3-2)第一章《电磁感应现象 产生感应电流的条件》word学案.doc

1、学案 1 电磁感应现象 产生感应电流的条件 学习目标定位 1.能理解什么是电磁感应现象.2.能记住产生感应电流的条件.3.会使用线圈 以及常见磁铁完成简单的实验.4.能说出磁通量变化的含义.5.会利用电磁感应产生的条件解 决实际问题 1磁通量的计算公式 BS 的适用条件：(1)匀强磁场，(2)磁感线与平面垂直若在匀强 磁场 B 中，磁感线与平面不垂直，公式 BS 中的 S 应为平面在垂直于磁场方向上的投 影面积 2磁通量是标量，但有正、负之分一般来说，如果磁感线从线圈的正面穿入，线圈的磁 通量就为“”，磁感线从线圈的反面穿入，线圈的磁通量就为“” 3由 BS 可知，磁通量的变化有三种情况： (

2、1)磁感应强度 B 不变，有效面积 S 变化； (2)磁感应强度 B 变化，有效面积 S 不变； (3)磁感应强度 B 和有效面积 S 同时变化 一、电磁感应现象 11820 年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，揭示出通电导线周围有磁场，表 明了电能生磁 21831 年英国物理学家法拉第发现了由磁生电的现象，叫电磁感应现象，由电磁感应现 象产生的电流叫感应电流 3法拉第把可以产生电磁感应的情况概括为五类：(1)变化着的电流； (2)变化着的磁场； (3)运动的恒定电流；(4) 运动的磁铁；(5) 在磁场中运动的导体 二、产生感应电流的条件 1只要使穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中

3、就有感应电流产生 2引起磁通量变化的原因可能是闭合电路中或闭合电路一部分的磁感应强度发生变化，或 者是闭合电路在磁场中的面积发生变化，也可能是闭合电路与磁场的夹角发生变化 一、磁通量及其变化 问题设计 如图 1 所示，框架的面积为 S，匀强磁场的磁感应强度为 B.试求： (1)框架平面与磁感应强度 B 垂直时，穿过框架平面的磁通量为多少？ (2)若框架绕 OO转过 60，则穿过框架平面的磁通量为多少？ (3)若从图示位置转过 90，则穿过框架平面的磁通量的变化量为 多少？ 图 1 (4)若从图示位置转过 180，则穿过框架平面的磁通量变化量为多少？ 答案 (1)BS (2) BS (3) BS

4、 (4) 2BS 12 要点提炼 1磁通量的计算 (1)公式：BS. (2)适用条件：匀强磁场，磁场方向和平面垂直 (3)B 与 S 不垂直时： BS ，S 为平面在垂直磁场方向上的投影面积，在应用时可将 S 投影到与 B 垂直的方向上，如图 2 所示，BSsin_. 图 2 (4)磁通量与平面的匝数无关 2磁通量的变化量 (1)当 B 不变，有效面积 S 变化时，BS. (2)当 B 变化，S 不变时，BS. (3)当 B 和 S 同时变化时，21，但此时 BS. 特别提醒 计算穿过某面的磁通量变化量时，要注意前、后磁通量的正、负值，如原磁通 量 1BS ，当平面转过 180后，磁通量 2B

5、S，磁通量的变化量 2BS. 二、产生感应电流的条件 问题设计 1实验 1：如图 3 所示，导体 AB 做切割磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体 AB 顺着磁感线运动时，线路中无电流产生(填“有”或“无”) 图 3 图 4 2实验 2：如图 4 所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但条形磁铁在 线圈中静止不动时，线圈中无电流产生(填“有”或“无”) 3实验 3：如图 5 所示，将小螺线管 A 插入大螺线管 B 中不动，当开关 S 接通或断开时， 电流表中有电流通过；若开关 S 一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中有电流 通过；而开关一直闭合，滑动变阻器不动时，电流表中

6、无电流产生(填“有” 或“无”) 图 5 4上述三个实验产生感应电流的情况不同，但其中肯定有某种共同的原因，完成下表并总 结产生感应电流的条件. 实验 1 闭合电路中磁感应强度 B 不变，闭合电路的面积 S变化 实验 2 闭合电路中磁感应强度 B变化，闭合电路的面积 S不变 实验 3 闭合电路中磁感应强度 B变化，闭合电路的面积 S不变 共同原因：闭 合电路中磁通 量发生变化 总结 实验 1 是通过导体相对磁场运动改变磁通量；实验 2 是磁体即磁场运动改变磁通量； 实验 3 通过改变电流从而改变磁场强弱，进而改变磁通量，所以可以将产生感应电流的条 件描述为“只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭

7、合电路中就会产生感应电流” 要点提炼 1产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化 2特例：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动在利用“切割”来讨论和判断 有无感应电流时，应该注意： (1)导体是否将磁感线“割断”，如果没有“割断” 就不能说切割如图 6 所示，甲、乙两图中， 导线是真“切割” ，而图丙中，导体没有切割磁感线 图 6 (2)是否仅是闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动，如图丁如果由切割不容 易判断，则要回归到磁通量是否变化上去 延伸思考 电路不闭合时，磁通量发生变化是否能产生电磁感应现象？ 答案 当电路不闭合时，没有感应电流，但有感应电动势，只产生感应电动

8、势的现象也可 以称为电磁感应现象 一、磁通量 及其变化量 的理解与计算 例 1 如图 7 所示的线框，面积为 S，处于磁感应强度为 B 的匀强磁场中，B 的方向与线 框平面成 角，当线框转过 90到如图 7 所示的虚线位置时，试求： 图 7 (1)初、末位置穿过线框的磁通量的大小 1 和 2； (2)磁通量的变化量 . 解析 (1)解法一：在初始位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向 的面积为 SSsin ，所以 1BSsin .在末位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影， 可得垂直于磁场方向的面积为 SScos .由于磁感线从反面穿入，所以 2BScos . 解法二：如图所示

9、，把磁感应强度 B 沿垂直于面积 S 和平行于面积 S 进行分 解，得 B 上Bsin ，B 左Bcos 所以 1B 上 SBSsin ， 2B 左 S BScos . (2)开始时 B 与线框平面成 角，穿过线框的磁通量 1BSsin ；当线框平面按顺时针方 向转动时，穿过线框的磁通量减少，当转动 时，穿过线框的磁通量减少为零，继续转动 至 90时，磁感线从另一面穿过，磁通量变为“ 负”值，2BScos .所以，此过程中磁通 量的变化量为 21BScos BSsin BS(cos sin ) 答案 (1)BSsin BScos (2)BS(cos sin ) 二、产生感应电流的分析判断及实验

10、探究 例 2 ( 双选)如图 8 所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂 直导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒 ab、cd， 图 8 与导轨接触良好这两条金属棒 ab、cd 的运动速度分别是 v1、v2，且井字形回路中有感 应电流通过，则可能 ( ) Av1v2 Bv1v2 Cv1v2 D无法确定 解析 只要金属棒 ab、cd 的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭合 回路中就会产生感应电流故选项 A、B 正确 答案 AB 针对训练 (单选)在一长直导线中通以如图 9 所示的恒定电流，某一闭合导线环 (环面与导 线垂直，长直导线通过环的中心套在长直导线上

11、)套在长直导线上，当发生以下变化时，导 线环中可能产生感应电流的是( ) 图 9 A保持电流不变，使导线环上下移动 B保持导线环不变，使长直导线中的电流增大或减小 C保持电流不变，使导线在竖直平面内顺时针(或逆时针)转动 D保持电流不变，环在与导线垂直的水平面内左右水平移动 答案 C 解析 产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生改变，在题图所示位置导线环中 没有磁通量，A、B、D 没有使穿过导线环的磁通量发生改变，所以都错，本题选 C. 例 3 在研究电磁感应现象的实验中所用器材如图 10 所示它们是电流表；直流电 源；带铁芯的线圈 A；线圈 B；开关；滑动变阻器(用来控制电流以改变磁场

12、强弱) 试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线) 图 10 答案 连接电路如图所示 1(对电磁感应现象的认识)(单选)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的电流 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，而小磁针在通电导线附近发生偏转和通电线圈在磁 场中转动以及磁铁吸引小磁针，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 2(对磁通量 及其变化量 的理解)(单选) 如图 11 所示一矩形线框，从 abcd 位置移到 abcd位置的过程中，关于

13、穿过线框的磁通量情况，下列叙述正确的是(线框平行于纸面移 动) ( ) 图 11 A一直增加 B一直减少 C先增加后减少 D先增加，再减少直到零，然后再增加，然后再减少 答案 D 解析 离导线越近，磁场越强，当线框从左向右靠近导线的过程中，穿过线框的磁通量增 大；当线框跨在导线上向右运动时，磁通量减小；当导线在线框正中央时，磁通量为零； 从该位置向右，磁通量又增大；当线框离开导线向右运动的过程中，磁通量又减小故 A、B、C 错误， D 正确，故选 D. 3(产生感应电流的分析判断)( 单选)如图 12 所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直， 且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感

14、应电流，下列方法中不可行的是( ) 图 12 A将线框向左拉出磁场 B以 ab 边为轴转动 (小于 90) C以 ad 边为轴转动 (小于 60) D以 bc 边为轴转动(小于 60) 答案 D 解析 将线框向左拉出磁场的过程中，线框的 bc 部分切割磁感线，或者说穿过线框的磁通 量减少，所以线框中将产生感应电流 当线框以 ab 边为轴转动( 小于 90)时，线框的 cd 边的右半段在做切割磁感线运动，或者说 穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流 当线框以 ad 边为轴转动( 小于 60)时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框 内会产生感应电流如果转过的角度超过 60

15、(60300)，bc 边将进入无磁场区，那么线 框中将不产生感应电流 当线框以 bc 边为轴转动时，如果转动的角度小于 60，则穿过线框的磁通量始终保持不变 (其值为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积) 4(产生感应电流的分析判断)( 单选)如图 13 所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器 和电键组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环 A，下列各种情况中铜环 A 中没有感应电流的是( ) 图 13 A线圈中通以恒定的电流 B通电时，使滑动变阻器的滑片 P 做匀速移动 C通电时，使滑动变阻器的滑片 P 做加速移动 D将电键突然断开的瞬间 答案 A 解析 只要通电时滑动变阻器的滑片

16、 P 移动，电路中电流就会发生变化，变化的电流产生 变化的磁场，铜环 A 中磁通量发生变化，有感应电流；同样，将电键断开瞬间，电路中电 流从有到无，仍会在铜环 A 中产生感应电流 题组一 对磁通量 及其变化量 的理解与计算 1(单选) 关于磁通量，下列叙述正确的是 ( ) A在匀强磁场中，穿过一个面的磁通量等于磁感应强度与该面面积的乘积 B在匀强磁场中，a 线圈的面积比 b 线圈的大，则穿过 a 线圈的磁通量一定比穿过 b 线圈 的磁通量大 C把一个线圈放在 M、N 两处，若放在 M 处时穿过线圈的磁通量比放在 N 处时大，则 M 处的磁感应强度一定比 N 处大 D同一线圈放在磁感应强度大处，

17、穿过线圈的磁通量不一定大 答案 D 解析 磁通量等于磁感应强度与垂直磁场方向上的投影面积的乘积，A 错误；线圈面积大， 但投影面积不一定大，B 错误；磁通量大，磁感应强度不一定大，C 错误、D 正确 2(单选) 关于磁通量的概念，以下说法中正确的是 ( ) A磁感应强度越大，穿过闭合回路的磁通量越大 B磁感应强度越大，线圈面积越大，则磁通量越大 C穿过线圈的磁通量为零，但磁感应强度不一定为零 D磁通量发生变化，一定是磁场发生变化引起的 答案 C 解析 根据磁通量的定义，BSsin ，因此 A、B 选项错误；穿过线圈的磁通量为零时， 磁感应强度不一定为零；磁通量发生变化，可能是面积变化引起的，也

18、可能是磁场变化引 起的，D 错 3(单选) 如图 1 所示，半径为 R 的圆形线圈共有 n 匝，其中心位置处半径为 r 的范围内有 匀强磁场，磁场方向垂直线圈平面，若磁感应强度为 B，则穿过线圈的磁通量为 ( ) 图 1 ABR2 BBr2 CnBR2 DnBr2 答案 B 解析 由磁通量的定义式知 BSBr2；磁通量与平面的匝数无关故 B 正确 题组二 产生感应电流的分析判断 4(单选) 关于电磁感应现象，下列说法中正确的是( ) A闭合线圈放在变化的磁场中，必然有感应电流产生 B闭合正方形线圈在匀强磁场中垂直磁感线运动，必然产生感应电流 C穿过闭合线圈的磁通量变化时，线圈中有感应电流 D只

19、要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就一定有感应电流产生 答案 C 解析 产生感应电流的条件：(1)闭合电路；(2)磁通量 发生变化，两个条件缺一不可 5(单选) 下图中能产生感应电流的是( ) 答案 B 解析 根据产生感应电流的条件判断，A 中，电路没闭合，无感应电流；B 中，面积增大， 闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C 中，穿过线圈的磁感线相互抵消， 恒为零，无 感应电流；D 中，磁通量不发生变化，无感应电流 6(双选) 下列情况中都是线框在磁场中做切割磁感线运动，其中线框中有感应电流的是( ) 答案 BC 解析 A 中虽然导体“切割”了磁感线，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有

20、感 应电流B 中线框的一部分导体 “切割”了磁感线，穿过线框的磁感线条数越来越少，线框 中有感应电流C 中虽然与 A 近似，但由于是非匀强磁场，运动过程中，穿过线框的磁感 线条数增加，线框中有感应电流D 中线框尽管是部分切割，但磁感线条数不变，无感应 电流，故选 B、C. 7(单选) 如图 2 所示，一有限范围的匀强磁场宽度为 d，若将一个边长为 L 的正方形导线 框以速度 v 匀速地通过磁场区域，已知 dL，则导线框从开始进入到完全离开磁场的过程 中无感应电流的时间等于( ) 图 2 A. B. C. D. dv Lv d Lv d 2Lv 答案 C 解析 只有导线框完全在磁场里面运动时，导

21、线框中才无感应电流 8(单选) 如图 3 所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，初始位置线框与磁感线平行， 则在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是( ) 图 3 A线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动 B线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动 C线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线 AB 转动 D线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线 CD 转动 答案 C 解析 四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，磁通量为零，按 A、B、D 三种情况线 框运动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流C 中线 框转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以产

22、生感应电流，C 项正确 9(单选) 为观察电磁感应现象，某学生将电流表、螺线管 A 和 B、蓄电池、开关用导线连 接成如图 4 所示的实验电路当接通和断开开关时，电流表的指针都没有偏转，其原因是( ) 图 4 A开关位置接错 B电流表的正、负极接反 C线圈 B 的 3、4 接头接反 D蓄电池的正、负极接反 答案 A 解析 本题考查了感应电流产生的条件 因感应电流产生的条件是闭合电路中的磁通量发生变化，由电路图可知，把开关接在 B 与 电流表之间，因与 1、2 接头相连的电路在接通和断开开关时，电流不改变，所以不可能有 感应电流，电流表也不可能偏转，开关应接在 A 与电源之间 10(双选) 如图

23、 5 所示，导线 ab 和 cd 互相平行，则下列四种情况中，关于导线 cd 中是否 产生感应电流的说法，正确的是 ( ) 图 5 A开关 S 闭合瞬间产生感应电流 B开关 S 断开瞬间不产生感应电流 C开关 S 闭合，滑动触头左、右滑动时产生感应电流 D开关 S 闭合，滑动触头不动时产生感应电流 答案 AC 解析 开关 S 闭合或断开的瞬间；开关 S 闭合，滑动触头向左滑的过程；开关 S 闭合，滑 动触头向右滑的过程都会使通过导线 ab 段的电流发生变化，使穿过 cd 回路的磁通量发生 变化，从而在 cd 导线中产生感应电流因此本题的正确选项应为 A、C. 11如图 6 所示，线圈与电源、开

24、关、滑动变阻器相连，线圈与电流计 相连，线圈 与线圈绕在同一个铁芯上，在下列情况下，电流计 中是否有示数？ 图 6 (1)开关闭合瞬间；(2) 开关闭合稳定后；(3) 开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器滑动端； (4)开关断开瞬间 答案 (1)有 (2) 无 (3) 有 (4)有 解析 本题主要考查闭合电路中，电流变化导致磁场变化从而产生感应电流的情况 (1)开关闭合时线圈中电流从无到有，电流的磁场也从无到有，穿过线圈 的磁通量也从 无到有，线圈中产生感应电流，电流计 有示数 (2)开关闭合稳定后，线圈中电流稳定不变，电流的磁场不变，此时线圈 中虽有磁通量 但磁通量稳定不变，线圈中无感应电流产

25、生，电流计 无示数 (3)开关闭合稳定后，来回移动滑动变阻器滑动端，电阻变化，线圈中的电流变化，电流 形成的磁场也发生变化，穿过线圈的磁通量也发生变化，线圈中有感应电流产生，电 流计 有示数 (4)开关断开瞬间，线圈中电流从有到无，电流的磁场也从有到无，穿过线圈 的磁通量 也从有到无，线圈中有感应电流产生，电流计 有示数 12.如图 7 所示，固定于水平面上的金属架 MDEN 处在竖直向下的匀强磁场中，金属棒 MN 沿框架以速度 v 向右做匀速运动t 0 时，磁感应强度为 B0，此时 MN 到达的位置使 MDEN 构成一个边长为 l 的正方形为使 MN 棒中不产生感应电流，从 t0 开始，磁感应 强度 B 应怎样随时间 t 变化？请推导出这种情况下 B 与 t 的关系式 图 7 答案 B B0ll vt 解析 要使 MN 棒中不产生感应电流，应使穿过线圈平面的磁通量不发生变化 在 t0 时刻，穿过线圈平面的磁通量 1B0SB0l2 设 t 时刻的磁感应强度为 B，此时磁通量为 2Bl(lvt) 由 12 得 B . B0ll vt