高中物理 第2章 电磁感应与电磁场 第1节 电磁感应现象的发现教师用书 粤教版

第一节电磁感应现象的发现
课标
解读重点难点
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.
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.1.电磁感应现象．(重点)
2.电磁感应产生的条件．(重难点)
法拉第与电磁感应现象
1.
(1)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：在条形磁铁插入或拨出螺线管的瞬间，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2­1­1所示．
图2­1­1
(2)法拉第的实验结论
只要穿过闭合电路的磁通量发生变化．闭合电路中就有电流产生．这种由于磁通量的变化而产生电流的现象叫电磁感应现象，产生的电流称感应电流．
2．思考判断
(1)发现“磁生电”现象的科学家是法拉第．(√)
(2)如图2­1­2所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但当磁铁在线圈中静止不动时，线圈中无电流产生．所以上述现象不是电磁感应现象．(×)
图2­1­2
(3)三峡电站是全球最大的水电站，它的发电机组利用了电磁感应原理．(√)
3．探究交流
电磁感应的发现有何意义？
【提示】(1)电磁感应的发现使人们对电与磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生．
(2)电磁感应的发现使人们找到了磁生电的条件，开辟了人类的电气化时代.
感应电动势
1.
(1)电动势：描述电源将其他形式的能量转换成电能的本领的物理量．
(2)感应电动势：由于电磁感应现象而产生的电动势．
2．思考判断
(1)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流．(×)
(2)线框不闭合，即使穿过线框的磁通量变化，线框中也没有感应电流．(√)
3．探究交流
如果穿过断开电路的磁通量发生变化，电路中有没有感应电流？有没有感应电动势？
【提示】由于电路是断开的，电路中没有感应电流，但有感应电动势．
对磁通量变化的理解
1．引起磁通量变化的原因有哪些？
2．若穿过闭合电路的磁通量大小不变，方向相反，磁通量是否发生了变化？
根据磁通量的定义式Φ＝BS，引起磁通量变化的方法有
1．由于磁场变化而引起闭合回路的磁通量的变化．
2．磁场不变，由于闭合回路的面积S发生变化而引起磁通量的变化．
3．磁场、闭合回路面积都发生变化时，也可引起穿过闭合电路的磁通量的变化．
总之，穿过闭合电路的磁感线条数发生变化时磁通量就发生了变化．
如果磁场反向，磁通量是有变化的，变化量为2BS.
如图2­1­3所示，环形金属软弹簧套在条形磁铁的中心位置，若沿其半径向外拉弹簧，使其面积增大，则穿过弹簧的磁通量将如何变化？
图2­1­3
【审题指导】根据Φ＝|Φ内|－|Φ外|来判断．
【解析】注意弹簧面所在处存在两个方向的磁场，即磁铁的内磁场和外磁场，它们各自产生正负不同的磁通量，总的磁通量等于两者绝对值之差，当拉大弹簧面积时，内磁场的磁通量不变，而外磁场的磁通量却增大(穿过弹簧的外部磁感线条数增多)，故Φ＝|Φ内|－|Φ外|应减小．
【答案】磁通量减小
1．在一根水平方向的通电长直导线下方，有一个小线框abcd，放置在跟长导线同一竖直平面内，今使小线框分别做如图­­四种不同的运动，其中线框磁通量没有变化的是( )
A．左右平移
B．上下平移
C．在纸面前后平移
D．绕ab，cd边的中心轴转动
【解析】长直导线下方的磁场是不均匀的，离导线越远磁感应强度越小，因此线框上下平移、在纸面前后平移、绕ab、cd边的中心轴转动时，磁通量均发生变化，但线框左右平移时，磁通量不发生变化．
【答案】A
对产生感应电流的条件的理解
1.感应电流产生的条件是什么？
2.怎样使闭合电路产生感应电流？
1．感应电流产生的条件
穿过闭合回路的磁通量发生变化，无论是闭合回路一部分导体在磁场中做切割磁感线运动，还是穿过闭合回路的磁通量发生变化，都会引起穿过闭合回路的磁通量发生变化，在回路中就会有感应电流产生．其条件可以归纳为两个：一是电路本身必须闭合，二是穿过回路本身的磁通量发生变化．主要体现在“变化”上，回路中有没有磁通量穿过不是产生感应电流的条件，如果穿过回路的磁通量很大但无变化，那么无论多么大，都不会产生感应电流．
闭合回路中是否产生感应电流取决于磁通量的变化，而不是磁通量的大小．
2．产生感应电流的方法
(1)闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动
如图2­1­4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．
图2­1­ 4 图2­1­5
(2)磁铁在线圈中运动
如图2­1­5所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但磁铁在线圈中静止不动时，线路中无电流产生．
(3)改变螺线管AB中的电流
如图2­1­6所示，将小螺线管AB插入大螺线管CD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一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中也有电流通过．
图2­1­6
如图2­1­7所示，在匀强磁场中的“U”形导轨上，有两根等长的平行导线ab和cd，它们以相同的速度v匀速向右滑动．为使ab中有感应电流产生，对开关S来说( )
图2­1­7
A．打开和闭合都可以
B．应打开
C．打开和闭合都不行
D．应闭合
【解析】若开关打开，导线运动时，闭合电路abdc中磁通量不变，不产生感应电流；若开关闭合，导线运动时，闭合电路abNM中磁通量变化，产生感应电流，所以应选D.
【答案】D
分析是否产生感应电流，关键是分析穿过闭合线圈的磁通量是否变化，分析磁通量是否变化，可通过分析穿过线圈的磁感线条数是否变化.
2．如图2­1­8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2­1­8
A．线圈不动，磁铁插入线圈时
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
【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
【备课资源】
建筑工地的千古之谜
中东巴格达的一个建筑工地上，曾发掘出一个特大的石棺，里面尽是些铜管、铁棒和陶瓶之类的东西．科学家卡维尼格仔细研究这些管子，发现一根直径2.6厘米的铜管内有一根由沥青包裹的铁棒，下端3厘米高的沥青层将铜、铁完全隔开来．于是他把这根管子放入出土的陶瓶里，再向瓶里倒进了酸性葡萄酒，奇迹出现了，这个装置竟发出电来，且发电持续了18天之久．
据他分析这种电池的化学原理与伏打电池如出一辙，是古代人用电解法为雕像或装饰品镀金而特制的．难道古代人竟在伏打出生前一二千年就已经制造出了“伏打电池”？
这真是一个千古之谜啊！
1．关于产生感应电流的条件，下列说法中正确的是( )
A．只要闭合电路在磁场中运动，闭合电路中就一定有感应电流
B．只要闭合电路中有磁通量，闭合电路中就有感应电流
C．只要导体做切割磁感线运动，就有感应电流产生
D．只要穿过闭合电路的磁感线条数发生变化，闭合电路中就有感应电流
【解析】只有穿过闭合电路的磁通量发生变化时，才会产生感应电流，D正确．
【答案】D
2．闭合电路的一部分导线ab处于匀强磁场中，图2­1­9中各情况下导线都在纸面内运动，那么下列判断中正确的是( )
图2­1­9
A．都会产生感应电流
B．都不会产生感应电流
C．甲、乙不会产生感应电流，丙、丁会产生感应电流
D．甲、丙会产生感应电流，乙、丁不会产生感应电流
【解析】闭合电路的部分导线切割磁感线致使穿过闭合回路的磁通量发生变化时，闭合回路中产生感应电流．
【答案】D
3．如图2­1­10所示，三角形线圈abc放在范围足够大的匀强磁场中并做下列运动，能产生感应电流的是( )
图2­1­10
A．向上平移
B．向右平移
C．向左平移
D．以ab为轴转动
【解析】以ab为轴转动时，穿过线圈中的磁通量发生变化，则将线圈上、下、左、右平移时穿过矩形线圈的磁通量不变，根据产生感应电流的条件可知选项D正确．【答案】D
4．(多选)恒定的匀强磁场中有一圆形的闭合导体线圈，线圈平面垂直于磁场方向，当线圈在此磁场中做下列哪种运动时，线圈中能产生感应电流( )
A．线圈沿自身所在平面做匀速运动
B．线圈沿自身所在平面做加速运动
C．线圈绕任意一条直径做匀速转动
D．线圈绕任意一条直径做变速转动
【解析】线圈沿自身所在平面无论做匀速还是加速运动，穿过线圈的磁通量都不变，而绕任意一条直径运转时，磁通量都会发生变化，故A、B不正确，C、D正确．【答案】CD
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