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共21份102页教科版高中物理选修32精品学案汇总
(共21套102页)教科版高中物理选修3-2精品学案汇总
学案1 电磁感应的发现 感应电流产生的条件
[学习目标定位]1.能理解什么是电磁感应现象.2.能记住产生感应电流的条件.3.会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验.4.能说出磁通量变化的含义.5.会利用电磁感应产生的条件解决实际问题.
1.磁通量的计算公式Φ=BS的适用条件是___________且磁感线与平面________.若在匀强磁场B中,磁感线与平面不垂直,公式Φ=BS中的S应为_________________________
2.磁通量是标量,但有正、负之分.一般来说,如果磁感线从线圈的正面穿入,线圈的磁通量就为“+”,磁感线从线圈的反面穿入,线圈的磁通量就为“________”.
3.由Φ=BS可知,磁通量的变化有三种情况:
(1)磁感应强度B不变,____________变化;
(2)______________变化,有效面积S不变;
(3_____________和___________同时变化.
一、奥斯特实验的启迪
1820年,___________从实验中发现了电流的磁效应,不少物理学家根据_________的思考,提出既然电能产生磁,是否也存在_____效应,即____________呢?
二、电磁感应现象的发现
1831年,英国物理学家________发现了电磁感应现象.他将“磁生电”现象分为五类:
(1)变化中的电流;
(2)变化中的________;(3)运动中的__________;(4)运动中的________;(5)运动中的___________.
三、电磁感应规律的发现及其对社会发展的意义
1.电磁感应的发现,使人们发明了_______,把________能转化成_____能;使人们发明了________,解决了______能远距离传输中能量大量损耗的问题;使人们制造出了结构简单的__________,反过来把_______能转化成_________能.
2.法拉第在研究电磁感应等电磁现象中,从磁性存在的空间分布逐渐凝聚出“_______”的科学创新思想.在此基础上,_________建立了电磁场理论,并预言了___________的存在.
四、产生感应电流的条件
穿过闭合电路的______________时,这个闭合电路中就有感应电流产生.
一、磁通量及其变化
[问题设计]
如图1所示,框架的面积为S,匀强磁场的磁感应强度为B.试求:
图1
(1)框架平面与磁感应强度B垂直时,穿过框架平面的磁通量为多少?
(2)若框架绕OO′转过60°,则穿过框架平面的磁通量为多少?
(3)若从图示位置转过90°,则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少?
(4)若从图示位置转过180°,则穿过框架平面的磁通量变化量为多少?
[要点提炼]
1.磁通量的计算
(1)公式:
Φ=_________________
(2)适用条件:
①________磁场,②磁场方向和平面_________
(3)B与S不垂直时:
Φ=BS⊥,S⊥为平面在垂直磁场方向上的_________面积,在应用时可将S投影到与B_______的方向上,如图2所示Φ=_________________
图2
(4)磁通量与线圈的匝数_____________
2.磁通量的变化量ΔΦ
(1)当B不变,有效面积S变化时,ΔΦ=______________.
(2)当B变化,S不变时,ΔΦ=______________.
(3)B和S同时变化,则ΔΦ=_____________,但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS.
特别提醒 计算穿过某面的磁通量变化量时,要注意前、后磁通量的正、负值,如原磁通量Φ1=BS,当平面转过180°后,磁通量Φ2=-BS,磁通量的变化量ΔΦ=-2BS.
二、感应电流产生的条件
[问题设计]
实验1(导体在磁场中做切割磁感线的运动):
如图3所示,导体AB垂直磁感线运动时,线路中_____电流产生,而导体AB沿着磁感线运动时,线路中_____电流产生(填“有”或“无”).
图3
实验2(通过闭合电路的磁场发生变化):
如图4所示,将小螺线管A插入大螺线管B中不动,当开关S接通或断开时,电流表中___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_____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______电流产生.若将螺线管A放在螺线管B的正上方,并使两者的轴线互相垂直,则不管进行什么操作,电流表中均_____电流产生(填“有”或“无”).
图4
1.实验2中并没有导体在磁场中做切割磁感线的运动,但在接通或断开电源的瞬间及改变滑动变阻器的阻值时,B线圈却出现感应电流,这说明什么?
2.当实验2中开关闭合后,A线圈电流稳定时,B线圈中也存在磁场,但不出现感应电流,这说明什么?
3.实验2中同样的磁场变化,螺线管B套在螺线管A外边时,能产生感应电流,而两个线圈相互垂直放置时不能产生感应电流,这又说明什么?
试总结产生感应电流的条件.
[要点提炼]
1.产生感应电流的条件:
穿过________电路的______________发生变化.
2.特例:
闭合电路的一部分导体在磁场内做_______________运动.在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时,应该注意:
(1)导体是否将磁感线“割断”,如果没有“割断”就不能说切割.如图5所示,甲、乙两图中,导线是真“切割”,而图丙中,导体没有切割磁感线.
图5
(2)是否仅是闭合电路的一部分导体在磁场内做切割_________运动,如图丁.如果由切割不容易判断,则要回归到磁通量是否变化上去.
[延伸思考] 电路不闭合时,磁通量发生变化是否能产生电磁感应现象?
一、磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解与计算
例1 如图6所示的线框,面积为S,处于磁感应强度为B的匀强磁场中,B的方向与线框平面成θ角,当线框转过90°到如图6所示的虚线位置时,试求:
图6
(1)初、末位置穿过线框的磁通量的大小Φ1和Φ2;
(2)磁通量的变化量ΔΦ.
二、产生感应电流的分析判断及实验探究
例2 如图7所示,在匀强磁场中有两条平行的金属导轨,磁场方向与导轨平面垂直.导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd,与导轨接触良好.这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2,且井字形回路中有感应电流通过,则可能( )
图7
A.v1>v2B.v1<v2
C.v1=v2D.无法确定
例3 在研究电磁感应现象的实验中所用器材如图8所示.它们是①电流表、②直流电源、③带铁芯的线圈A、④线圈B、⑤开关、⑥滑动变阻器(用来控制电流以改变磁场强弱).试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线).
图8
1.(对电磁感应现象的认识)下列现象中,属于电磁感应现象的是( )
A.小磁针在通电导线附近发生偏转
B.通电线圈在磁场中转动
C.因闭合线圈在磁场中运动而产生的电流
D.磁铁吸引小磁针
2.(对磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解)如图9所示一矩形线框,从abcd位置移到a′b′c′d′位置的过程中,关于穿过线框的磁通量情况,下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动)( )
图9
A.一直增加
B.一直减少
C.先增加后减少
D.先增加,再减少直到零,然后再增加,然后再减少
3.(产生感应电流的分析判断)如图10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10
A.将线框向左拉出磁场
B.以ab边为轴转动(小于90°)
C.以ad边为轴转动(小于60°)
D.以bc边为轴转动(小于60°)
4.(产生感应电流的分析判断)如图11所示,绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路,在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A,下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是( )
图11
A.线圈中通以恒定的电流
B.通电时,使滑动变阻器的滑片P做匀速移动
C.通电时,使滑动变阻器的滑片P做加速移动
D.将电键突然断开的瞬间
学案2 法拉第电磁感应定律
[学习目标定位]1.能区别磁通量Φ,磁通量的变化ΔΦ和磁通量的变化率.2.能记住法拉第电磁感应定律及其表达式.3.能运用E=和E=BLv解题.
1.在电磁感应现象中,产生感应电流的条件是穿过________电路的________发生变化.
2.磁通量发生变化的方式:
_________变化、闭合电路的__________变化、__________和________________均变化.
一、感应电动势
1.由电磁感应产生的电动势叫做______________.产生电动势的那部分导体相当于电源.
2.不管电路是否闭合,只要穿过电路的____________,电路中就有感应电动势.如果电路是_______的,就有感应电流;如果电路是断开的,则不会形成感应电流,但感应电动势____________
二、法拉第电磁感应定律
1.内容:
电路中感应电动势的大小,跟穿过这个电路的磁通量的__________成正比.
2.表达式为E=n,其中n是______________
三、导线切割磁感线产生的感应电动势
当导线切割磁感线产生感应电动势时,E=__________(B、L、v两两垂直时),E=___________(v⊥L,但v与B夹角为α).
一、法拉第电磁感应定律
[问题设计]
1.在图1所示实验中,以相同速度分别将一根和两根条形磁铁快速插入或拔出螺线管,灵敏电流计指针的偏转角度有什么不同?
可以得出什么结论?
图1
2.在图1所示实验中,保证磁通量变化相同,将两根条形磁铁快速或慢速插入螺线管,灵敏电流计指针的偏转角度有什么不同?
可以得出什么结论?
[要点提炼]
1.E=n中n为_________,ΔΦ总是取___________.
(1)E只决定于磁通量的变化率,而与Φ、ΔΦ无关.
①Φ很大时,可能很小,也可能很大;
②Φ=0时,可能不为0.
(2)E适用于任何情况下电动势的计算,但一般用于求Δt时间内的平均值.
2.常见感应电动势的计算式有:
(1)线圈面积S不变,磁感应强度B均匀变化:
E=n·S.(为B-t图像上某点切线的斜率)
(2)磁感应强度B不变,线圈面积S均匀变化:
E=nB·.
3.如果电路中磁通量发生变化,但电路没有闭合,这时虽然没有__________,但感应电动势依然存在.
二、导线切割磁感线产生的感应电动势
[问题设计]
如图2所示,闭合电路一部分导体ab处于匀强磁场中,磁感应强度为B,ab的长度为l,ab以速度v匀速切割磁感线,求回路中产生的感应电动势.
图2
[要点提炼]
1.当导体平动_________切割磁感线时,即B、l、v两两垂直时(如图3所示)E=Blv.
图3
2.公式中l指__________:
即导体在与v垂直的方向上的投影长度.
图4
图4甲中的有效切割长度为:
l=sinθ;
图乙中的有效切割长度为:
l=;
图丙中的有效切割长度为:
沿v1的方向运动时,l=R;沿v2的方向运动时,l=__________.
[延伸思考] 如图5所示,如果长为l的直导线的运动方向与直导线本身是垂直的,但与磁感线方向有一个夹角θ(θ≠90°),则此时直导线上产生的感应电动势表达式是什么?
图5
一、法拉第电磁感应定律的理解
例1 下列几种说法中正确的是( )
A.线圈中磁通量变化越大,线圈中产生的感应电动势一定越大
B.线圈中磁通
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