高中物理(鲁科版选修1-1)教师用书:第4章 第1节 磁生电的探索 含解析
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学习目标知识脉络
1.了解电磁感应现象发现的历
史过程,体会科学家探索自然
规律的科学态度和科学方法.
2.通过实验,知道电磁感应现
象及其产生的条件.(重点、
难点)
3.了解法拉第及其对电磁学的
贡献,认识发现磁生电现象对
推动电磁学理论和电磁技术发
展的重大意义.
电磁感应现象
[先填空]
1.历史的回顾
1820年,丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应,它提示了电现象和磁现象之间存在的某种联系.
2.实验观察
(1)没有电池也能产生电流:闭合电路的部分导体做切割磁感线运动时,回路中电流表的指针发生了偏转.
(2)磁铁与螺线管有相对运动时也能产生电流:在条形磁铁插入或螺线管的瞬间,电流表的指针发生了偏转.条形磁铁在螺线管中保持不动时,电流表的指针不发生偏转.如图411所示.
图411
3.产生感应电流的条件
穿过闭合回路中的磁通量发生变化,回路中就产生感应电流.产生感应电流的现象称为电磁感应现象.
4.电磁感应现象的发现具有极大的实用价值,对电生磁与磁生电的正确揭示,展现了电与磁间的密切联系和对称统一,为电磁学理论的发展创造了条件,进一步推动了电磁技术的发展,引领人类进入了电气时代.
[再判断]
1.奥斯特发现了“电生磁”的现象之后,激发人们去探索“磁生电”的方法.(√)
2.英国科学家牛顿一直坚持探索电磁感应现象,历时近十年的探索,终于获得了成功.(×)
3.闭合电路中的磁通量发生变化就会产生感应电流.(√)
[后思考]
闭合电路的部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,回路中产生感应电流,这时穿过闭合回路的磁通量是否一定发生了变化?
【提示】只要有感应电流产生,穿过闭合回路的磁通量一定发生变化.
1.由于磁场变化而引起闭合电路的磁通量的变化
(1)由于磁场和闭合回路的相对运动改变磁场,如图412甲所示,当磁铁向下移动时,通过线圈的磁通量增加.
甲乙
图412
(2)由于电流改变而改变磁场,如图412乙所示,当直线电流I 增大时,线圈abcd中的磁通量增加.
2.磁场不变,由于处在磁场中的闭合电路的面积S发生变化而引起磁通量的变化
(1)闭合回路与磁场的夹角保持不变,改变闭合回路的面积,如图413甲所示.用力将闭合金属弹簧圈拉大的过程,线圈磁通量减小.
(2)闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动而使闭合回路磁通量改变,如图413乙所示.当导体棒ab向右运动时,闭合回路的磁通量减小.
(3)由于闭合回路和磁场的夹角改变从而改变有效面积,如图
413丙所示,线框abcd绕OO′轴转动.
图413
(4)由于磁场和处在磁场中闭合回路面积都发生变化时,引起穿过闭合回路的磁通量发生变化.
1.一个闭合的线圈中没有感应电流的原因可能是( )
A.线圈周围一定没有磁场
B.线圈周围虽然有磁场,但穿过线圈的磁通量太小
C.穿过线圈的磁通量没有发生变化
D.穿过线圈的磁通量一定为零
【解析】穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就产生感应电流,而不是看穿过线圈的磁通量是否为零,由于该线圈是闭合的,则没有感应电流的原因一定是穿过线圈的磁通量没有发生变化,所以C选项正确.
【答案】C
2.如图414所示,下列各种情况中,穿过回路的磁通量增大的有( )
图414
A.图(甲)所示,在匀强磁场中,先把由弹簧状导线组成回路撑开,而后放手,到恢复原状的过程中
B.图(乙)所示,裸铜线ab在裸金属导轨上向右匀速运动过程中C.图(丙)所示,条形磁铁拔出线圈的过程中
D.图(丁)所示,闭合线框远离与它在同一平面内通电直导线的过程中
【解析】由Φ=BS得,题图(甲)穿过回路的磁通量随闭合回路面积的减小而减小;题图(乙)穿过回路的磁通量随闭合回路面积的增大而增加;题图(丙)穿过线圈的磁通量随磁极的远离而减小;题图(丁)离通电直导线越远,磁场越弱;穿过线框的磁通量越小,故选项B 正确.
【答案】B
3.如图415所示,闭合线圈M固定.条形磁铁S极向下以初速度v0沿过线圈圆心的竖直线下落过程中,以下说法不正确的是( ) 【导学号:18152081】
图415
A.穿过线圈的磁通量发生变化
B.磁铁位于图示位置2时,穿过线圈的磁通量最大
C.穿过线圈的磁通量先增多后减少
D.磁铁位于图示位置1和位置3时穿过线圈的磁场方向相反
【解析】当条形磁铁恰好位于位置2时,穿过线圈M的合磁通量向上且最大,因此全过程中穿过线圈M的磁通量,先增后减,选项A、B、C均正确;当磁铁在位置1时,穿过线圈的磁场方向向上,当磁铁位于位置3时,穿过线圈的磁场方向也向上,故D错误.【答案】D
4.如图416所示,线圈两端接在电流表上组成闭合电路.在下列情况中,电流表指针不发生偏转的是( )
图416
A.线圈不动,磁铁插入线圈
B.线圈不动,磁铁从线圈中拨出
C.磁铁不动,线圈上、下移动
D.磁铁插在线圈内不动
【解析】产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化,线圈和电流计已经组成闭合回路,只要穿过线圈的磁通量发生变化,线圈中就产生感应电流,电流计指针就偏转.在选项A、B、C三种情况下,线圈和磁铁发生相对运动,穿过线圈的磁通量发生变化,
产生感应电流;而当磁铁插在线圈中不动时,线圈中虽然有磁通量,但磁通量不变化,不产生感应电流.
【答案】D
5.如图417所示,竖直放置的长直导线通过恒定电流,有一个矩形线框与导线在同一平面,在下列情况中线框不能产生感应电流的是( )
图417
A.导线中电流变大
B.线框向右平动
C.线框以ad边为轴转动
D.线框以直导线为轴转动
【解析】电流变大引起导线周围的磁场增强,穿过线框的磁通量增,A正确;离导线越远,磁感线分布越稀疏,穿过线框的磁通量越小,B正确;线框绕ad边转动时,矩形线框的磁通量发生变化,C正确;线框以直导线为轴转动,穿过线框的磁感线条数不变,因而穿过线框的磁通量不变,D错误.
【答案】D
6.(多选)如图418所示,线框abcd从有界的匀强磁场区域穿过,下列说法中正确的是( )
【导学号:18152082】