1.1 磁生电的探索 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-2）

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1、第第 1 节节 磁生电的探索磁生电的探索 学习目标 核心提炼 1.了解电磁感应现象发现的过程，体会人类探 究自然规律的科学态度和科学精神。 1 个条件感应电流的产生条件 3 个概念磁通量、电磁感应、 感应电流 3 个实验导体切割磁感线实 验、线圈中插入或抽出磁铁实验、 模仿法拉第的实验 2.通过实验， 探究和理解感应电流的产生条件。 3.掌握磁通量的概念及其计算。 4.能够运用感应电流的产生条件判断能否产生 感应电流。 一、电磁感应的探索历程 阅读教材第 34 页， 了解电磁感应现象的发现过程， 并且知道什么是感应电流。 1.发现“电生磁”：1820 年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，

2、拉开了研 究电与磁相互关系的序幕。 2.探索“磁生电”：奥斯特发现了“电生磁”的现象之后，激励人们去探索“磁生电” 的方法。比较著名的物理学家有菲涅尔、安培、科拉顿、亨利等，这其中已经发 现感应电流的科学家是亨利。 3.法拉第的探索：英国科学家法拉第前后经过十年坚持不懈的探索，终于悟出了 磁生电的基本原理。这一划时代的伟大发现进一步揭示了电和磁的内在联系，引 领人类社会进入了电气时代。 思维拓展 电流的磁效应与电磁感应有什么区别？ 答案 电流的磁效应是指电流周围产生磁场，即“电生磁”。电磁感应现象是利用 磁场产生感应电流，即“磁生电”。“电生磁”和“磁生电”是两种因果关系相反的现 象，要正确区

3、分这两种现象，弄清现象的因果关系是关键。 二、科学探究感应电流产生的条件 阅读教材第 56 页， 了解三个探究实验的过程， 明确什么情况下才能产生感应 电流，并能归纳出结论。 1.探究感应电流产生的条件 实验 1 如图 1 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 1 实验 2 如图 2 所示，当条形磁铁插入或抽出线圈时，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”) 图 2 实验 3 如图 3 所示，将小螺线管 A 插入大螺线管 B 中不动，当开关 S 闭合或断

4、 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，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表 中无电流通过。(填“有”或“无”) 图 3 结论归纳：产生感应电流的条件是：只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合 电路中就会产生电流。 2.电磁感应：因磁通量变化而产生电流的现象。 3.感应电流：由电磁感应现象所产生的电流叫做感应电流。 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产生。( ) (2)穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生。( ) (3)穿过闭合线圈的磁通量变化时，线圈中有感应电流。()

5、(4)闭合正方形线框在匀强磁场中垂直磁感线运动，必然产生感应电流。( ) 预习完成后，请把你疑惑的问题记录在下面的表格中 问题 1 问题 2 磁通量及其变化 要点归纳 1.对磁通量的理解 (1)磁通量表示穿过某一面积的磁感线条数的多少。 (2)磁通量是标量，但是有正负。磁通量的正、负不代表大小，只表示磁感线是怎 样穿过平面的。即若以向里穿过某面的磁通量为正，则向外穿过这个面的磁通量 为负。 (3)某面积内有相反方向的磁场时，分别计算不同方向的磁场的磁通量，然后规定 某个方向的磁通量为正，反方向的磁通量为负，求其代数和。 2.匀强磁场中磁通量的计算 (1)B 与 S 垂直时，BS。 (2)B 与

6、 S 不垂直时，BS，B为 B 垂直于线圈平面的分量。如图 4 甲所示， BS(Bsin ) S。 也可以 BS，S为线圈在垂直磁场方向上的投影面积，如图乙所示，BS BScos 。 图 4 3.磁通量的变化 大致可分为以下几种情况 (1)磁感应强度 B 不变，有效面积 S 发生变化。如图 5(a)所示。 (2)有效面积 S 不变，磁感应强度 B 发生变化。如图(b)所示。 (3)磁感应强度 B 和有效面积 S 都不变，它们之间的夹角发生变化。如图(c)所示。 图 5 精典示例 例 1 如图 6 所示，两个单匝线圈 a、b 的半径分别为 r 和 2r。圆形匀强磁场 B 的边缘恰好与 a 线圈重

7、合，则穿过 a、b 两线圈的磁通量之比为( ) 图 6 A.11 B.12 C.14 D.41 解析 两个线圈的半径虽然不同，但是线圈内的匀强磁场的半径一样，则穿过两 线圈的磁感线条数一样，即磁通量相同，故选项 A 正确。 答案 A 例 2 磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图 7 所示，通有恒定电流的 导线 MN 与闭合线框共面，第一次将线框由位置 1 平移到位置 2，第二次将线框 绕 cd 边翻转到位置 2，设先后两次通过线框的磁通量变化分别为 1和 2，则 ( ) 图 7 A.12 B.12 C.12。 将闭合线框从位置 1 平移到位置 2，磁感线是从闭合线框的同一面穿过的，所以

8、1|21|12；将闭合线框从位置 1 绕 cd 边翻转到位置 2，磁感线分 别从闭合线框的正反两面穿过，所以 2|(2)1|12(以原来穿过的 方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向为负方向)。故选项 C 正确。 答案 C (1)求解磁通量的变化量时要取有效面积。 (2)磁通量的变化与线圈的匝数无关。 (3)磁感线从不同侧面穿过线圈时磁通量的正、负不同。 针对训练 1 边长 L10 cm 的正方形线框有 10 匝，固定在匀强磁场中，磁场方 向与线框平面间的夹角 30 ，如图 8 所示，磁感应强度随时间的变化规律为 B 23t(T)，求： 图 8 (1)2 s 末穿过线框的磁通量； (2)第 3

9、 s 内穿过线框的磁通量的变化量 。 解析 (1)2 s 末穿过线框的磁感应强度 B2(23 2) T8 T， 由 BSsin 知 2 s 末穿过线框的磁通量 B2Ssin 8 (0.1)2 sin 30 Wb4 10 2 Wb。 (2)第 3 s 内磁感应强度的变化 B3 T， 所以 BSsin 3 (0.1)2 sin 30 Wb1.5 10 2 Wb。 答案 (1)4 10 2 Wb (2)1.5 102 Wb 能否产生感应电流的判断 要点归纳 1.感应电流产生条件的理解 (1)不论什么情况，只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件，就必然产生 感应电流。 (2)只要产生了感应电流，那

10、么电路一定是闭合的，穿过该电路的磁通量也一定发 生了变化。 2. 与 的区别 与 意义不同，大小也没有必然的联系。感应电流的产生与 无关，只取决 于 的变化，即与 有关。 精典示例 例 3 下列图中能产生感应电流的是( ) 解析 根据产生感应电流的条件可判断： A 选项中， 电路没有闭合， 无感应电流； B 选项中，面积增大，穿过闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C 选项中，穿 过线圈的磁感线相互抵消， 恒为零，0，无感应电流；D 选项中，磁通量 不发生变化，无感应电流。 答案 B (1)判断闭合电路的部分导体切割磁感线产生感应电流时， 一定注意“部分导体”“切 割”的含义。 (2)磁感线的条

11、数可用来形象地表示一个回路的磁通量大小，所以可充分利用穿过 闭合电路的磁感线的条数是否变化来判断某过程中磁通量是否变化。 针对训练 2 如图 9 是机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情境。当探 测线圈靠近金属物体时，在金属物体中就会产生电流，如果能检测出这种变化， 就可以判定探测线圈附近有金属物体了。下图中能反映出金属探测器工作原理的 是( ) 图 9 解析 探测器靠近金属物体时，工作原理是电磁感应，选项 B 是导体棒切割磁感 线，属于电磁感应现象，选项 C 是通电导体在磁场中受力运动，选项 A、D 是电 流的磁效应。综上所述，选项 B 正确。 答案 B 1.(对磁通量的理解)关于磁通量

12、，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，穿过线圈的磁通量不一定大 解析 磁通量等于磁感应强度与垂直于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。 答案 D 2.(磁通量的比较)如图 10 所示，a

13、、b 是两个同平面、同心放置的金属圆环，条形 磁铁穿过两圆环且与两环平面垂直，则穿过两圆环的磁通量 a、b的大小关系 为( ) 图 10 A.ab B.ab C.ab D.不能比较 解析 条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是：磁铁内外磁感线 的条数相同；磁铁内外磁感线的方向相反；磁铁外部磁感线 的分布是两端密、中间疏。两个同心放置的同平面的金属圆环与 磁铁垂直且磁铁在中央时，通过其中一个圆环的磁感线的俯视图 如图所示，穿过该圆环的磁通量 进出，由于两圆环面积 SaSb，两圆环 的 进相同，而 出ab，故选项 A 正 确。 答案 A 3.(感应电流产生条件的理解)(多选)如图 11 所示，下列情况能

14、产生感应电流的是 ( ) 图 11 A.如图甲所示，导体棒 AB 顺着磁感线运动 B.如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时 C.如图丙所示，小螺线管 A 插入大螺线管 B 中不动，开关 S 一直接通时 D.如图丙所示，小螺线管 A 插入大螺线管 B 中不动，开关 S 一直接通，当改变滑 动变阻器的阻值时 解析 A 中导体棒顺着磁感线运动，穿过闭合电路的磁通量没有发生变化，无感 应电流，故选项 A 错误；B 中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加，拔出线 圈时线圈中的磁通量减少， 都有感应电流， 故选项 B 正确； C 中开关 S 一直接通， 回路中为恒定电流，螺线管 A 产生的磁场稳定，螺线管

15、 B 中的磁通量无变化，线 圈中不产生感应电流，故选项 C 错误；D 中开关 S 接通，滑动变阻器的阻值变化 使闭合回路中的电流变化，螺线管 A 的磁场发生变化，螺线管 B 中磁通量发生变 化，线圈中产生感应电流，故选项 D 正确。 答案 BD 4.(产生感应电流的判断)(多选)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应电流，下列办法 中可行的是( ) 图 12 A.将线框向左拉出磁场 B.以 ab 边为轴转动 C.以 ad 边为轴转动(小于 60 ) D.以 bc 边为轴转动(小于 60 ) 解析 将线框向左拉出磁场的过程中，

16、线框的 bc 部分做切割磁感线运动， 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 程中线框中会产生感应电流。如果转过的角度超过 60 (60 300 )，bc 边在无磁 场区转动，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)。 答案 ABC