20182019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11

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.

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

(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

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

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.1

2 BS

C.BS

D.2BS 答案 B