高中物理 人教版选修324142 划时代的发现+探究感应电流的产生条件 教学设计教案.docx
- 文档编号:4434348
- 上传时间:2022-12-01
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:194.99KB
高中物理 人教版选修324142 划时代的发现+探究感应电流的产生条件 教学设计教案.docx
《高中物理 人教版选修324142 划时代的发现+探究感应电流的产生条件 教学设计教案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中物理 人教版选修324142 划时代的发现+探究感应电流的产生条件 教学设计教案.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
高中物理人教版选修324142划时代的发现+探究感应电流的产生条件教学设计教案
第一节 划时代的发现
第二节 探究感应电流的产生条件
素养目标定位
1、知道奥斯特发现了电流的磁效应、法拉第发现了电磁感应现象.
2、知道磁通量和磁通量变化量的含义.(重点+难点)
3、知道感应电流的产生条件,并能解决实际问题.(重点)
素养思维脉络
知识点1 划时代的发现
1.“电生磁”的发现
1820年,丹麦物理学家__奥斯特__发现了电流的磁效应。
2.“磁生电”的发现
1831年,英国物理学家__法拉第__发现了电磁感应现象。
3.法拉第的概括
—
4.电磁感应
法拉第把他发现的磁生电的现象叫电磁感应,产生的电流叫__感应电流__。
5.发现电磁感应现象的意义
(1)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)使人们找到了磁生电的条件,开辟了人类的电气化时代。
知识点2 探究感应电流的产生条件
1.导体棒在磁场中运动是否产生电流
如图所示,将可移动导体AB放置在磁场中,并和电流表组成闭合回路。
实验过程及现象如下:
实验操作
实验现象(有无电流)
分析论证
导体棒静止
无
闭合电路包围的面积__变化__时,电路中有电流产生;包围的面积__不变__时,电路中无电流产生
导体棒平行
磁感线运动
__无__
导体棒切割
磁感线运动
__有__
2.磁铁在螺线管中运动是否产生电流
如图所示,将螺线管与电流表组成闭合回路,把条形磁铁插入或拔出螺线管。
实验现象如下:
实验操作
实验现象(有无电流)
分析论证
N极插入线圈
有
线圈中的磁场__变化__时,线圈中有感应电流;线圈中的磁场__不变__时,线圈中无感应电流
N极停在线圈中
__无__
N极从线圈中抽出
有
S极插入线圈
__有__
S极停在线圈中
__无__
S极从线圈中抽出
有
3.模拟法拉第的实验
如图所示,线圈A通过变阻器和开关连接到电源上,线圈B的两端连到电流表上,把线圈A装在线圈B的里面。
实验现象如下:
实验操作
实验现象(有无电流)
分析论证
开关闭合瞬间
有
线圈B中磁场__变化__时,线圈B中有感应电流;磁场__不变__时,线圈B中无感应电流
开关断开瞬间
__有__
开关保持闭合,滑动变阻
器滑片不动
无
开关保持闭合,迅速移动
滑动变阻器的滑片
__有__
4.归纳结论
只要穿过闭合电路的__磁通量发生变化__,闭合电路中就有感应电流。
思考辨析
『判一判』
(1)磁通量既有大小,又有方向,故其为矢量。
( × )
(2)闭合回路在磁场中运动时一定能产生感应电流。
( × )
(3)只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生。
( × )
(4)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。
( × )
(5)磁通量的大小和线圈的匝数有关。
( × )
(6)穿过闭合电路的磁通量发生变化就能产生感应电流。
( √ )
『选一选』
(2019·浙江省诸暨市牌头中学高二上学期检测)法拉第“磁生电”这一伟大的发现引领人类进入了电气时代。
下列实验现象,属于研究电磁感应现象的是( B )
解析:
选项A是用来探究影响安培力的大小因素的实验。
选项B是研究电磁感应现象的实验,观察导体棒在磁场中做切割磁感线运动时电流表是否会产生感应电流。
选项C是用来探究安培力的方向与哪些因素有关的实验。
选项D是奥斯特实验,证明通电导线周围存在磁场。
『想一想』
在学校的操场上,把一条大约10m长电线的两端连在一个灵敏电流表的两个接线柱上,形成闭合电路,两个同学迅速摇动这条电线(如图所示),可以发电吗?
简述你的理由。
你认为这两个同学沿哪个方向站立时,发电的可能性比较大?
试一试。
解析:
我们知道,闭合电路的部分导体切割磁感线时,闭合电路中有感应电流产生,摇绳发电的实质是,闭合电路的部分导体切割地磁场的磁感线,故绳运动方向与地磁场平行时无感应电流,而运动方向与地磁场垂直时,产生的感应电流最大,地磁场是南北方向的,故摇绳的两位同学沿东西方向站立时,发电的可能性最大。
探究一 对磁通量及磁通量变化的理解
S
1
如图所示,一根条形磁铁穿过一个弹性线圈,将线圈面积拉大,放手后穿过线圈的磁通量如何变化?
提示:
放手后线圈的面积将减小,由条形磁铁磁感线分布特点可知,当弹簧线圈面积减小时,磁铁外部的磁通量减少,磁铁内部的磁通量未变,故穿过线圈的合磁通量增加。
G
1.对磁通量的理解
(1)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。
(2)若穿过某一面的磁感线既有穿出,又有穿进,则穿过该面的合磁通量为净磁感线的条数。
2.匀强磁场中磁通量的计算
(1)B与S垂直时:
Φ=BS,B指匀强磁场的磁感应强度,S为线圈的面积。
(2)B与S不垂直时:
Φ=BS⊥,S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积,在应用时可将S投影到与B垂直的方向上或者S不动,将B分解为垂直于S和平行于S的两个分量,则Φ=B⊥S,如图所示Φ=BSsinθ。
(3)线圈为多匝时,磁通量计算不受影响,因为穿过线圈的磁感线的条数不受线圈匝数影响。
3.磁通量的变化
计算磁通量的变化量时,首先要明确引起磁通量变化的原因,然后再进行计算,通常有以下几种情况:
类型
磁通量的变化量
举例
Φ
变
的
四
种
情
况
B不变,S变
ΔΦ=B·ΔS
例:
闭合回路的一部分导线切割磁感线时
B变,S不变
ΔΦ=ΔB·S
例:
线圈与磁体之间发生相对运动时
B和S都变
ΔΦ=B2S2-B1S1
注意:
此时可由ΔΦ=Φt-Φ0计算并判断磁通量是否变化
B和S大小都不变,但两者之间的夹角变
ΔΦ=BS(cosθ2-cosθ1)
例:
线圈在磁场中转动时
D
例1 一磁感应强度为B的匀强磁场方向水平向右,一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置,线圈平面与竖直方向成θ角,将abcd绕ad轴转180°角,则穿过线圈平面的磁通量变化的大小为( C )
A.0 B.2BS
C.2BScosθD.2BSsinθ
解题指导:
线圈转动过程中磁通量的变化量的求解,需特别注意初末状态磁感线是否从同一个面进入,必要时,可借助于书或铅笔盒等,来直观观察磁感线从哪个面进,从哪个面出。
解析:
开始时穿过线圈平面的磁通量为Φ1=BScosθ,后来穿过线圈平面的磁通量为Φ2=-BScosθ,则磁通量变化的大小为ΔΦ=|Φ2-Φ1|=2BScosθ。
〔对点训练1〕
(2019·山东济南中学高二月考)如图所示,面积为S、始终与纸面垂直的圆环,与轻杆的一端相连,轻杆另一端绕垂直于纸面的轴O转动,当转到A、C、D三位置时(处于C、D两位置时的轻杆在同一直线上,处于A、C两位置时的轻杆与竖直方向的夹角均为α),关于穿过圆环的磁通量,正确的是( C )
A.ΦA=ΦC=ΦD=BS
B.ΦA=ΦC=ΦD=BScosα
C.ΦA=ΦC=BScosα,ΦD=-BScosα
D.ΦA=ΦD=BSsinα,ΦC=-BSsinα
解析:
由题图可知,圆环分别处于A、C、D三个位置时,投影到垂直于磁场方向上的面积均为Scosα,磁感线穿过处于A、C位置的圆环时,方向是相同的,磁感线穿过处于D位置的圆环时,与其穿过处于A、C位置的圆环时方向相反,则ΦD与ΦA的符号相反,故选项C正确。
探究二 感应电流的产生条件
S
2
1825年,瑞士物理学家德拉里夫的助手科拉顿将一个螺线管与电流计相连。
为了避免强磁性磁铁影响,他把电流计放在另外一个房间,用长导线把“电流表”和螺线管连接起来。
当他把磁铁投入螺线管中后,立即跑到另一个房间去观察(如图)。
他在两个房间跑来跑去,没有观察到电流表指针摆动。
电路中有没有产生感应电流呢?
提示:
科拉顿把磁铁投入螺线管的瞬间,回路中产生感应电流,磁铁静止后感应电流消失,所以当他跑到另一房间时,电流表指针早已停止了摆动。
故科拉顿观察不到电流计指针的偏转。
G
1.产生感应电流的条件
穿过闭合电路的磁通量发生变化。
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;反之,只要产生了感应电流,那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.判断感应电流有无的方法
(1)明确电路是否是闭合电路。
(2)判断穿过回路的磁通量是否发生变化。
D
例2 如图所示,A中线圈有一小缺口,条形磁铁匀速穿过线圈;B中匀强磁场区域足够大,v1>v2;C中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方;D中闭合线圈在无限大匀强磁场中加速运动。
其中能产生感应电流的是( B )
解题指导:
判断电路中是否产生感应电流,关键要分析穿过闭合电路的磁通量是否发生变化。
对于C图中就必须要弄清楚通电直导线的磁感线分布情况,而对于立体图,往往还需要将立体图转换为平面图,如转化为俯视图、侧视图等。
解析:
图A中线圈没闭合,无感应电流;图B中闭合电路中的磁通量增大,有感应电流;图C中的导线在圆环直径的正上方,不论电流如何变化,穿过线圈的磁感线都相互抵消,磁通量恒为零,也无电流;图D中回路磁通量恒定,无感应电流。
故本题只有选项B正确。
〔对点训练2〕
(2019·湖南济阳第一中学、醴陵第一中学高二上学期期末)法拉第在1831年发现了“磁生电”现象。
如图,他把两个线圈绕在同一个软铁环上,线圈A和电池连接,线圈B用长直导线连通,直长导线正下方平行于导线放置一个小磁针。
实验中可能观察到的现象是( C )
A.只要A线圈中电流足够强,小磁针就会发生偏转
B.A线圈闭合开关电流稳定后,线圈B匝数较少时小磁针不偏转,匝数足够多时小磁针偏转
C.线圈A和电池接通瞬间,小磁针会偏转
D.线圈A和电池断开瞬间,小磁针不会偏转
解析:
小磁针会不会偏转取决于B线圈中没有电流,而B中有没有电流取决于B线圈中的磁通量是否发生变化,当A线圈中电流足够强,但不变化时,B中无感应电流,磁针不会发生偏转,A错;当A线圈闭合开关电流稳定后,穿过线圈B的磁通量不发生变化,所以小磁针也不会发生偏转,故B错;当线圈A和电池接通或断开的瞬间,穿过线圈B的磁通量发生变化,所以B中有感应电流,则小磁针会偏转,故C对D错。
对导体切割磁感线的理解及注意的问题
1.导体切割磁感线,不是在导体中产生感应电流的充要条件,归根结底还得要看穿过闭合电路的磁通量是否发生变化。
2.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“割断”,就不能说切割。
如下图所示,(a)、(b)两图中,导体是真“切割”,而(c)图中,导体没有切割磁感线。
(2)即使导体真“切割”了磁感线,也不能保证就能产生感应电流。
如图所示,对于图甲,尽管导体“切割”了磁感线(匀强磁场),但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化,没有感应电流;对于图乙,导体框的一部分导体“切割”了磁感线,穿过线框的磁感线条数越来越少,线框中有感应电流;对于图丙,闭合导体在非匀强磁场中运动,切割了磁感线,穿过线框的磁感线条数减少,线框中有感应电流。
(3)即使是闭合回路的部分导体做切割磁感线的运动,也不能保证一定存在感应电流。
如图所示,线框abcd的一部分在匀强磁场中上下平动,尽管是部分切割,但穿过闭合回路的磁通量没有变化,所以在线框中没有感应电流。
案例 (多选)闭合线圈以如图所示的方式在磁场中运动,则在闭合线圈中产生感应电流的是( AB )
解析:
A图中,图示状态Φ=0,转到90°过程中Φ增大,因此磁通量发生变化,能产生感应电流;B图中离直导线越远磁场越弱,磁感线越稀,所以当线圈远离导线时,线圈中磁通量不断变小,能产生感应电流;C图中一定要把条形磁铁周围的磁感线空间分布图弄清楚,在图示位置,线圈中的磁通量为零,在向下移动过程中,线圈的磁通量一直为零,磁通量不变,故不能产生感应电流;D图中,随着线圈的转动,B与S都不变,B又垂直于S,所以Φ=BS始终不变,故不能产生感应电流。
故正确答案为A、B。
1.(2019·江苏省宿迁市高二上学期期末)下列说法正确的是( A )
A.安培提出了分子电流假说
B.法拉第发现了电流磁效应
C.楞次发现了电流热效应
D.奥斯特发现了电磁感应定律
解析:
安培提出了分子电流假说,说明了一切磁现象都是由电流产生的,故A正确;奥斯特发现了电流的磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系,故B错误;焦耳发现了电流热效应;故C错误;法拉第发现了电磁感应定律,故D错误。
2.(2019·山东省潍坊市三县(区)高二上学期检测)磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量,如图所示,通过恒定电流的导线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ΔΦ1和ΔΦ2,则( C )
A.ΔΦ1>ΔΦ2B.ΔΦ1=ΔΦ2
C.ΔΦ1<ΔΦ2D.无法确定
解析:
设闭合线框在位置1时的磁通量为Φ1,在位置2时的磁通量为Φ2,直线电流产生的磁场在位置1处比在位置2处强,故Φ1>Φ2。
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ΔΦ1=|Φ2-Φ1|=Φ1-Φ2;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ΔΦ2=|(-Φ2)-Φ1|=Φ1+Φ2(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ΔΦ1<ΔΦ2。
3.(2019·北京市平谷区高二上学期期末)某一实验装置如左下图所示,在铁芯上绕着两个线圈P和Q,如果线圈P中的电流i随时间t的变化关系如下图所示的四种情况,则不会使线圈Q产生感应电流的是( A )
解析:
由A图可知,P中电流不变,电流产生的磁场不变,穿过Q的磁通量不变,不产生感应电流,由BCD图可知,
通过P的电流发生变化,电流产生的磁感应强度发生变化,穿过Q的磁通量发生变化,产生感应电流。
本题选不能产生感应电流的,故选A。
4.(2019·江苏省扬州市高二上学期物理期末)现将电池组、滑动变阻器、带铁芯的线圈A、线圈B、电流计及开关按如图所示连接,线圈A插入线圈B中,下列说法中正确的是( D )
A.闭合开关电流稳定后,将线圈A从线圈B中拔出过程中,电流计指针不会发生偏转
B.开关闭合瞬间,电流计指针会发生偏转,而断开瞬间电流计指针不会偏转
C.开关闭合后,滑动变阻器的滑片P匀速滑动,电流计指针始终指在零刻度
D.开关闭合后,无论滑动变阻器的滑片P如何滑动,电流计指针都会偏离零刻度
解析:
电键闭合后,线圈A插入或拔出、移动滑动变阻器滑片都可以使穿过线圈B的磁通量发生变化,都会使B回路产生感应电动势,回路产生感应电流,电流计指针都会发生偏转,故A、C错误,D正确;线圈A插入线圈B中后,电键闭合和断开的瞬间,穿过线圈B的磁通量都会发生变化,会产生感应电流,电流计指针均会偏转,故B错误。
5.如图所示,a、b是两个同平面、同心放置的金属圆环,条形磁铁穿过圆环且与两环平面垂直,则穿过两圆环的磁通量Φa、Φb的大小关系为( )
A.Φa>ΦbB.Φa<Φb
C.Φa=ΦbD.不能比较
解析:
选A.条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是:
①磁铁内、外磁感线的条数相同;②磁铁内、外磁感线的方向相反;③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圆环内时,通过圆环的磁感线的俯视图如图所示,穿过圆环的磁通量Φ=Φ进-Φ出,由于两圆环面积Sa
6.在法拉第时代,下列验证“由磁产生电”设想的实验中,能观察到感应电流的是( )
A.将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路,然后观察电流表的变化
B.在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈,然后观察电流表的变化
C.将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接,往线圈中插入条形磁铁后,再到相邻房间去观察电流表的变化
D.绕在同一铁环上的两个线圈,分别接电源和电流表,在给线圈通电或断电的瞬间,观察电流表的变化
解析:
选D.产生感应电流必须满足的条件:
①电路闭合;②穿过闭合电路的磁通量要发生变化.选项A、B电路闭合,但磁通量不变,不能产生感应电流,故选项A、B观察不到电流表的变化;选项C满足产生感应电流的条件,也能产生感应电流,但是等我们从一个房间到另一个房间后,电流表中已没有电流,故选项C也观察不到电流表的变化;选项D满足产生感应电流的条件,能产生感应电流,可以观察到电流表的变化,所以选项D正确.
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高中物理 人教版选修32 4142 划时代的发现+探究感应电流的产生条件 教学设计教案 人教版 选修 32 划时代 发现 探究 感应电流 产生 条件 教学 设计 教案