2022-2023版高中物理 第三章 電磁感應 第1講 電磁感應現(xiàn)象學案 新人教版選修1 -1目標定位1.了解電磁感應現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)過程，體會人類探索自然規(guī)律的科學方法、科學態(tài)度和科學精神.2.知道磁通量，會比較“穿過不同閉合電路磁通量”的大小.3.通過實驗，掌握感應電流的產(chǎn)生條件.一、劃時代的發(fā)現(xiàn)1.奧斯特在1820年發(fā)現(xiàn)了電流磁效應.2.1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象.想一想物理學領域里的每次重大發(fā)現(xiàn)，都有力地推動了人類文明的進程.最早利用磁場獲得電流，使人類得以進入電氣化時代的科學家是誰？答案法拉第.二、電磁感應現(xiàn)象1.電磁感應現(xiàn)象：閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線的運動時，導體中就產(chǎn)生電流.物理學中把這類現(xiàn)象叫做電磁感應.2.感應電流：由電磁感應產(chǎn)生的電流叫做感應電流.想一想如果整個閉合電路都在磁場中做切割磁感線的運動，閉合電路中也一定有感應電流嗎？答案沒有.三、電磁感應的產(chǎn)生條件1.磁通量：用“穿過一個閉合電路的磁感線的多少”來形象地理解“穿過這個閉合電路的磁通量”.2.感應電流的產(chǎn)生條件只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應電流產(chǎn)生.想一想穿過閉合電路的磁通量很大，是否一定產(chǎn)生感應電流？答案不是.產(chǎn)生感應電流的條件是穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化.關鍵在“變化”兩字上，這是指穿過閉合電路的磁通量從無變有、從有變無、從小變大、從大變小等等.若磁通量很大，但是磁通量不變化，閉合電路中也不會產(chǎn)生感應電流.一、磁通量1.定義：物理學中把在磁場中穿過與磁場垂直的某一面積S的磁感線條數(shù)定義為穿過該面積的磁通量.2.單位：韋伯，符號：Wb.3.意義：表示穿過某一面積的磁感線條數(shù)的多少.例1關于磁通量的概念，下列說法正確的是( )A.磁感應強度越大的地方，穿過線圈的磁通量也越大B.穿過線圈的磁通量為零，該處的磁感應強度不一定為零C.磁感應強度越大、線圈面積越大，則磁通量越大D.穿過線圈的磁通量大小可以用穿過線圈的磁感線條數(shù)來衡量答案BD解析穿過某一線圈的磁通量大小，與磁場強弱、線圈面積大小以及線圈平面與磁場的夾角有關.當二者平行時，0.故只有B、D正確.針對訓練1磁通量可以形象地理解為“穿過一個閉合電路的磁感線的條數(shù)”.在圖311所示磁場中，S1、S2、S3為三個面積相同的相互平行的線圈，穿過S1、S2、S3的磁通量分別為1、2、3且都不為0.下列判斷正確的是()圖311A.1最大 B.2最大C.3最大 D.1、2、3相等答案A解析磁通量表示穿過一個閉合電路的磁感線條數(shù)的多少，從題圖中可看出穿過S1的磁感線條數(shù)最多，穿過S3的磁感線條數(shù)最少.二、產(chǎn)生感應電流的條件1.實驗探究感應電流產(chǎn)生的條件(1)閉合電路的部分導體切割磁感線在初中學過，當閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動時，電路中會產(chǎn)生感應電流，如圖312所示.圖312導體棒左右平動、前后平動、上下平動，觀察電流表的指針，把觀察到的現(xiàn)象記錄在表1中.表1導體棒的運動表針的擺動方向導體棒的運動表針的擺動方向向右平動向左向后平動不擺動向左平動向右向上平動不擺動向前平動不擺動向下平動不擺動結論：只有左右平動時，導體棒切割磁感線，才有電流產(chǎn)生；前后平動、上下平動，導體棒都不切割磁感線，沒有電流產(chǎn)生.(2)向線圈中插入磁鐵，把磁鐵從線圈中拔出如圖313所示，把磁鐵的某一個磁極向線圈中插入，從線圈中拔出，或靜止地放在線圈中.觀察電流表的指針，把觀察到的現(xiàn)象記錄在表2中.圖313表2磁鐵的運動表針的擺動方向磁鐵的運動表針的擺動方向N極插入線圈向右S極插入線圈向左N極停在線圈中不擺動S極停在線圈中不擺動N極從線圈中抽出向左S極從線圈中抽出向右結論：只有磁鐵相對線圈運動時，才有電流產(chǎn)生；磁鐵相對線圈靜止時，沒有電流產(chǎn)生.(3)模擬法拉第的實驗如圖314所示，線圈A通過變阻器和開關連接到電源上，線圈B的兩端與電流表連接，把線圈A裝在線圈B的里面.觀察以下四項操作中線圈B中是否有電流產(chǎn)生.把觀察到的現(xiàn)象記錄在表3中.圖314表3操作現(xiàn)象開關閉合瞬間有電流產(chǎn)生開關斷開瞬間有電流產(chǎn)生開關閉合時，變阻器的滑片不動無電流產(chǎn)生開關閉合時，迅速移動變阻器的滑片有電流產(chǎn)生結論：只有當線圈A中電流變化時，線圈B中才有電流產(chǎn)生.2.結論不論用什么方法，不論何種原因，只要使穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應電流產(chǎn)生.3.產(chǎn)生感應電流的條件(1)閉合電路；(2)磁通量發(fā)生變化.例2如圖所示，矩形線框在磁場中做的各種運動，能夠產(chǎn)生感應電流的是()答案B解析感應電流產(chǎn)生條件為：磁通量發(fā)生變化；閉合電路.A、C、D中穿過矩形線框的磁通量都不變，故不產(chǎn)生感應電流.針對訓練2如圖315所示，線圈與靈敏電流計構成閉合電路；當磁鐵向下插入線圈的過程中，發(fā)現(xiàn)電流計指針向右偏轉.則當磁鐵()圖315A.放在線圈中不動時，電流計指針向左偏轉B.從線圈中向上拔出時，電流計指針向左偏轉C.按圖示位置在線圈外面上下移動時，電流計指針不會偏轉D.按圖示位置在線圈外面左右移動時，電流計指針也會偏轉答案BD解析磁鐵向下插入線圈，穿過線圈的磁通量增大，電流計指針右偏，則向上拔出時，穿過線圈的磁通量減小，根據(jù)楞次定律“增反減同”知B項正確；磁鐵放在線圈中不動時，線圈中的磁通量不變化，沒有感應電流產(chǎn)生，電流計指針不偏轉，A錯；磁鐵按圖示位置上、下、左、右移動時，線圈中都會產(chǎn)生感應電流，電流計指針都會偏轉，C錯，D正確.磁通量的變化1.如圖316所示，面積為S的線圈平面與磁感應強度為B的勻強磁場垂直，一半在磁場中，則穿過線圈的磁通量為()圖316A.0 B.BS C.BS D.2BS答案B解析根據(jù)磁通量公式BS，因為圖中有效面積為S，所以B項正確.2.如圖317所示，一環(huán)形線圈沿條形磁鐵的軸線，從磁鐵N極的左側A點運動到磁鐵S極的右側B點，A、B兩點關于磁鐵的中心對稱，則在此過程中，穿過環(huán)形線圈的磁通量將()圖317A.先增大，后減小B.先減小，后增大C.先增大，后減小、再增大，再減小D.先減小，后增大、再減小，再增大答案A解析穿過線圈的磁通量應以磁鐵內(nèi)部磁場為主，而內(nèi)部的磁感線是一定值，在A、B點時，外部磁感線比較密，即與內(nèi)部相反的磁感線多，相抵后剩下的內(nèi)部的磁感線就少；中間位置時，外部磁感線比較疏，即與內(nèi)部相反的磁感線少，相抵后剩下的內(nèi)部的磁感線就多.所以兩端磁通量小，中間磁通量大，A正確.電磁感應的產(chǎn)生條件3.通電直導線穿過閉合線圈L，如圖318 所示，則()圖318A.當電流I增大時，線圈L中有感應電流B.當L左右平動時，L中有感應電流C.當L上下平動時，L中有感應電流D.以上各種情況都不會產(chǎn)生感應電流答案D解析根據(jù)直線電流的磁場特點知，A、B、C各種情況下，穿過線圈的磁通量不變，選項D正確.4.某學生做觀察電磁感應現(xiàn)象的實驗時，將電流表、線圈A和B、蓄電池、開關，用導線連接成如圖319所示的實驗電路，閉合開關，下列說法正確的是()圖319A.線圈A插入線圈B的過程中，有感應電流B.線圈A從B線圈中拔出過程中，有感應電流C.線圈A停在B線圈中，有感應電流D.線圈A拔出線圈B的過程中，線圈B的磁通量在減小答案ABD解析由感應電流產(chǎn)生的條件A、B選項都正確，C項錯誤；在A線圈從B線圈拔出的過程中B線圈的磁通量減小，D項正確.(時間：60分鐘)題組一、磁通量的變化1.如圖3110所示，矩形線框平面與勻強磁場方向垂直，穿過的磁通量為.若線框面積變?yōu)樵瓉淼?，則磁通量變?yōu)?)圖3110A. B.C.2 D.4答案B解析根據(jù)BS可知，當線框面積變?yōu)樵瓉淼臅r，磁通量變?yōu)樵瓉淼?，故B對，A、C、D錯.2.如圖3111所示，豎直長導線通以恒定電流I，一閉合線圈MNPQ與導線在同一平面內(nèi)，當線圈從圖示位置向右逐漸遠離導線時，穿過線圈的磁通量將()圖3111A.變小 B.變大C.不變 D.先變大，后變小答案A解析恒定電流I產(chǎn)生的磁場中，離導線越遠磁場越弱，所以線圈向右遠離導線時穿過線圈的磁通量將變小.題組二、電磁感應現(xiàn)象與產(chǎn)生條件3.下列現(xiàn)象中，屬于電磁感應現(xiàn)象的是()A.小磁針在通電導線附近發(fā)生偏轉B.通電線圈在磁場中轉動C.因閉合線圈在磁場中運動而產(chǎn)生電流D.磁鐵吸引小磁針答案C解析電磁感應是指“磁生電”的現(xiàn)象，而小磁針和通電線圈在磁場中轉動及受磁場力的作用，反映了磁場力的性質.所以A、B、D不是電磁感應現(xiàn)象，C是電磁感應現(xiàn)象.4.如圖所示實驗裝置中用于研究電磁感應現(xiàn)象的是()答案B解析A、C兩實驗裝置用于研究通電導線在磁場中所受的安培力；D圖用于研究電流的磁效應，故B對，A、C、D錯.5.關于感應電流，下列說法正確的是( )A.只要穿過線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中就一定有感應電流B.只要閉合導線做切割磁感線運動，導線中就一定有感應電流C.若閉合電路的一部分導體不做切割磁感線運動，閉合電路中一定沒有感應電流D.當穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化時，閉合電路中一定有感應電流答案D解析產(chǎn)生感應電流的條件(1)閉合電路；(2)磁通量發(fā)生變化，兩者缺一不可，選項D正確.6.如圖3112為“探究感應電流與磁通量變化關系”的實驗裝置圖.下列操作中不能產(chǎn)生感應電流的是()圖3112A.開關S閉合瞬間B.開關S斷開瞬間C.開關S閉合后，變阻器滑片P移動 D.開關S閉合后，變阻器滑片P不移動答案D7.線圈在長直導線電流的磁場中，做如圖3113所示的運動，則線圈中有感應電流的是()圖3113A.向右平動B.向下平動C.繞軸轉動(邊bc向外)D.從紙面向紙外平動E.向上平動(邊bc上有個缺口)答案BCD解析因為長直導線電流的磁場是非勻強磁場，越遠離直導線磁場越弱，離直導線等距離的位置磁感應強度大小相等，故B、D、E三種情形穿過線圈的磁通量發(fā)生了變化，C這種情形是因為線圈平面與磁場的方向的夾角發(fā)生了變化從而造成穿過線圈的磁通量發(fā)生了變化，并且B、C、D三種情形線圈是閉合的，E的線圈是不閉合的，故正確選項是B、C、D.8.如圖3114所示，ab是閉合電路的一部分，處在垂直于紙面向外的勻強磁場中()圖3114A.當ab垂直于紙面向外平動時，ab中有感應電流B.當ab垂直于紙面向里平動時，ab中有感應電流C.當ab垂直于磁感線向右平動時，ab中有感應電流D.當ab垂直于磁感線向左平動時，ab中無感應電流答案C解析當ab垂直于紙面向外、向里平動時，ab棒都不切割磁感線，a、b中都無感應電流，A、B錯誤，當ab向右、向左平動時，ab都切割磁感線，ab中都有感應電流，故C正確，D錯誤.9.如圖3115所示，勻強磁場區(qū)域寬為d，一正方形線框abcd的邊長為L，且Ld，線框以速度v通過磁場區(qū)域，從線框進入到完全離開磁場的時間內(nèi)，線框中沒有感應電流的時間是()圖3115A. B.C. D.答案B解析從bc邊出磁場到ad邊進入磁場的過程中，穿過閉合回路的磁通量沒有發(fā)生變化，閉合回路中沒有感應電流，此過程所用的時間t，故B正確，A、C、D錯誤.10.小明同學做“探究電磁感應產(chǎn)生的條件和感應電流方向”的實驗，先將電池組、滑線變阻器、帶鐵芯的線圈A、線圈B、電流計及開關如圖3116連接.在開關閉合、線圈A放在線圈B中的情況下，某同學發(fā)現(xiàn)當他將滑線變阻器的滑動端P向左加速滑動時，電流計指針向右偏轉.圖3116閉合開關穩(wěn)定后，電流計指針將_(填“不偏轉”“向左偏”或“向右偏”)；當小明把A中的鐵芯向上拔出時，電流計指針_(填“不偏轉”“向左偏”或“向右偏”).答案不偏轉向右偏解析電路穩(wěn)定后，磁通量不變，副線圈中沒有感應電流，所以電流計指針不偏轉；由于題中P向左加速移動，阻值變大，電流變小，磁通量減小，指針向右偏.當把A中鐵芯向上拔出時，磁性減弱，磁通量減小，所以指針向右偏.