2018-2019高中物理 第3章 劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn) 3.1 法拉第的探索 3.2 一條來之不易的規(guī)律——法拉第電磁感應(yīng)定律學(xué)案 滬科版選修1 -1.doc
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3.1 法拉第的探索 3.2 一條來之不易的規(guī)律——法拉第電磁感應(yīng)定律 1.(3分)如圖所示中磁感應(yīng)強(qiáng)度B,電流I和安培力F之間的方向關(guān)系錯(cuò)誤的是( ) 【解析】 由左手定則不難判定ABC均正確,D選項(xiàng)錯(cuò)誤,導(dǎo)線所受安培力方向應(yīng)向左.故答案為D. 【答案】 D 2.(3分)(多選)如圖311所示,一導(dǎo)體棒放置在處于勻強(qiáng)磁場中的兩條平行金屬導(dǎo)軌上,并與金屬導(dǎo)軌組成閉合回路.當(dāng)回路中通有電流時(shí),導(dǎo)體棒受到安培力作用,要使安培力增大,可采用的方法有( ) 圖311 A.增大磁感應(yīng)強(qiáng)度 B.減小磁感應(yīng)強(qiáng)度 C.增大電流 D.減小電流 【解析】 本題考查安培力的計(jì)算,由F=BIL可知A、C正確. 【答案】 AC 3.(4分)(多選)在真空環(huán)境中,原來做勻速直線運(yùn)動(dòng)的電子進(jìn)入到與它運(yùn)動(dòng)方向垂直的勻強(qiáng)磁場中,在洛倫茲力的作用下,形成圓弧運(yùn)動(dòng)軌跡,下面的說法中正確的是 ( ) A.電子所受的洛倫茲力是恒力 B.進(jìn)入磁場后電子動(dòng)能不變 C.進(jìn)入磁場后電子的速度不變 D.電子所受洛倫茲力的方向始終與運(yùn)動(dòng)方向垂直 【解析】 電子所受的洛倫茲力方向總與速度方向垂直,洛倫茲力只改變速度的方向,不改變速度的大小,對電子總不做功,故B、D正確,A、C錯(cuò). 【答案】 BD 課 標(biāo) 導(dǎo) 思 1.了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)的歷史過程,體會(huì)科學(xué)家探索自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法. 2.通過實(shí)驗(yàn),知道電磁感應(yīng)現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件.(重點(diǎn)) 3.知道法拉第電磁感應(yīng)定律.會(huì)用電磁感應(yīng)定律計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢的大?。?難點(diǎn)) 一、法拉第的探索 1820年,丹麥物理學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng),它揭示了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間存在的某種聯(lián)系. 奧斯特發(fā)現(xiàn)了“電生磁”的現(xiàn)象之后,激發(fā)人們?nèi)ヌ剿鳌按派姟钡姆椒?,比較著名的物理學(xué)家有:安培、科拉頓等,都沒有成功或半途而廢. 英國科學(xué)家法拉第始終堅(jiān)信自然界各種不同現(xiàn)象之間有著聯(lián)系.一直堅(jiān)持探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象.前后歷時(shí)數(shù)十年的探索,終于悟出了磁生電的基本原理.磁生電是一種瞬間效應(yīng),磁作用對電流的感應(yīng)是一種動(dòng)態(tài)過程. 二、電磁感應(yīng)定律 1.產(chǎn)生感應(yīng)電流的幾種典型情況:正在變化的電流;正在變化著的磁場;運(yùn)動(dòng)的恒定電流;運(yùn)動(dòng)的磁鐵;在磁場中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體. 2.法拉第實(shí)驗(yàn) (1)閉合電路的部分導(dǎo)體做切割磁感運(yùn)動(dòng)時(shí),回路中電流表的指針偏轉(zhuǎn).如圖312所示. 圖312 圖313 (2)磁鐵與螺線管有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)也能產(chǎn)生電流:在條形磁鐵插入或撥出螺線管的瞬間,電流表的指針偏轉(zhuǎn).條形磁鐵在螺線管中保持不動(dòng)時(shí),電流表的指針不偏轉(zhuǎn).如圖313所示. (3)如圖314,接通或斷開開關(guān)S,或接通S后移動(dòng)變阻器的滑片,改變原線圈A中的電流大小,副線圈B中電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn). 圖314 3.從現(xiàn)象到本質(zhì) 穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化,電路中就產(chǎn)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象.電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流. 4.從定性到定量 法拉第電磁感應(yīng)定律 (1)內(nèi)容:電路中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小,跟穿過這一電路的磁通量的變化率成正比. (2)公式E=n,n為線圈的匝數(shù),E、ΔΦ、Δt的單位分別為V、Wb、s. 一、對產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件的理解 1.感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件:一是電路本身必須閉合,二是穿過回路本身的磁通量發(fā)生變化,主要體現(xiàn)在“變化”上,回路中穿過的磁通量大小,是否為零不是產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件,如果穿過回路的磁通量很大但無變化,那么無論多么大,都不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流. 【特別提醒】 產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件與磁通量的變化有關(guān),與磁通量的大小無關(guān). 2.產(chǎn)生感應(yīng)電流的方法 (1)閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng) 如圖315所示,導(dǎo)體AB做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),線路中有電流產(chǎn)生,而導(dǎo)體AB順著磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),線路中無電流產(chǎn)生. 圖315 (2)磁鐵在線圈中運(yùn)動(dòng) 如圖316所示,條形磁鐵插入或拔出線圈時(shí),線圈中有電流產(chǎn)生,但磁鐵在線圈中靜止不動(dòng)時(shí),線路中無電流產(chǎn)生. 圖316 (3)改變螺線管AB中的電流 如圖317所示,將小螺線管AB插入大螺線管CD中不動(dòng),當(dāng)開關(guān)S接通或斷開時(shí),電流表中有電流通過;若開關(guān)S一直接通,當(dāng)改變滑動(dòng)變阻器的阻值時(shí),電流表中也有電流通過. 圖317 二、如何區(qū)分磁通量Φ、磁通量的變化量ΔΦ,磁通量的變化率 物理量 單位 物理意義 磁通量Φ Wb 表示某時(shí)刻或某位置時(shí)穿過某一面積的磁感線條數(shù)的多少 磁通量的 變化量ΔΦ Wb 表示在某一過程中穿過某一面積磁通量變化的多少 磁通量的 變化率 Wb/s 表示穿過某一面積的磁通量變化的快慢 1.Φ是狀態(tài)量,是閉合回路在某時(shí)刻(某位置)穿過回路的磁感線的條數(shù),當(dāng)磁場與回路平面垂直時(shí),Φ=BS. 2.ΔΦ是過程量,是表示閉合回路從某一時(shí)刻變化到另一時(shí)刻的磁通量的增減,即ΔΦ=Φ2Φ1.常見磁通量變化方式有:B不變,S變;S不變,B變;B和S都變,回路在磁場中相對位置改變(如轉(zhuǎn)動(dòng)等).總之,只要影響磁通量的因素發(fā)生變化,磁通量就會(huì)變化. 3.表示磁通量的變化快慢,即單位時(shí)間內(nèi)磁通量的變化,又稱為磁通量的變化率. 【特別提醒】 Φ、ΔΦ、的大小沒有直接關(guān)系,這一點(diǎn)可與運(yùn)動(dòng)學(xué)中v、Δv、三者類比.值得指出的是:Φ很大,可能很小;Φ很小,可能很大;Φ=0,可能不為零(如線圈平面轉(zhuǎn)到與磁感線平行時(shí)).當(dāng)Φ按正弦規(guī)律變化時(shí),Φ最大時(shí),=0,反之,當(dāng)Φ為零時(shí),最大. 三、對法拉第電磁感應(yīng)定律的理解 1.感應(yīng)電動(dòng)勢的大小決定于穿過電路的磁通量的變化率,與Φ的大小、ΔΦ的大小沒有必然的聯(lián)系,與電路的電阻R也無關(guān),而感應(yīng)電流的大小與E和R有關(guān). 2.公式E=n適用于回路中磁通量發(fā)生變化產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢的計(jì)算,回路可以閉合,也可以不閉合.感應(yīng)電動(dòng)勢是整個(gè)閉合電路的感應(yīng)電動(dòng)勢,不是電路中某部分導(dǎo)體的電動(dòng)勢. 3.公式只表示感應(yīng)電動(dòng)勢的大小,不涉及方向;切割磁感線產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向用右手定則來判斷. 【深化探究】 產(chǎn)生感應(yīng)電流和產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的條件一樣嗎? 提示:不論電路是否閉合,只要穿過回路的磁通量發(fā)生變化,回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,而產(chǎn)生感應(yīng)電流,還需要電路是閉合的. 一、對磁通量變化的認(rèn)識(shí) 磁通量是研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象的重要物理量.如圖318所示,通過恒定電流的導(dǎo)線MN與閉合線框共面,第一次將線框由1平移到2,第二次將線框繞cd邊翻轉(zhuǎn)到2,設(shè)先后兩次通過線框的磁通量的變化量分別為ΔΦ1和ΔΦ2,則( ) 圖318 A.ΔΦ1>ΔΦ2 B.ΔΦ1=ΔΦ2 C.ΔΦ1<ΔΦ2 D.無法確定 【解析】 設(shè)線框在位置1時(shí)的磁通量為Φ1,在位置2時(shí)的磁通量為Φ2,直線電流產(chǎn)生的磁場在1處比在2處要強(qiáng),若平移線框,則ΔΦ1=Φ1-Φ2;若轉(zhuǎn)動(dòng)線框,磁感線是從線框的正反兩面穿過的,一正一負(fù),因此ΔΦ2=Φ1+Φ2.根據(jù)分析知ΔΦ1<ΔΦ2,選項(xiàng)C正確. 【答案】 C 磁通量變化的判斷 (1)磁通量不是矢量,而是一個(gè)雙向標(biāo)量,其正負(fù)表示與規(guī)定的正方向相同或相反. (2)確定磁通量變化時(shí)要注意考慮始末位置磁通量的符號(hào). 1.有一根由金屬絲繞制成的閉合環(huán)套在條形磁鐵上,如圖319所示,當(dāng)閉合環(huán)收縮導(dǎo)致它所圍的面積減小時(shí): 圖319 (1)穿過它的磁通量是否有變化?如有變化,怎樣變? (2)閉合環(huán)中是否存在感應(yīng)電流,為什么? 【解析】 條形磁鐵內(nèi)部的磁感線方向由S極到N極,外部從N極到S極;條形磁鐵外部向下穿過閉合環(huán)的磁通量抵消了一部分內(nèi)部向上穿過的磁通量,當(dāng)環(huán)收縮時(shí)被抵消的部分減少,所以穿過閉合環(huán)的磁通量增加,由于穿過環(huán)的磁通量有變化,所以在環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流. 【答案】 (1)變化;增加 (2)有;因?yàn)榇┻^閉合環(huán)的磁通量有變化 二、感應(yīng)電流有無的判斷 (多選)如圖3110所示,豎直放置的長直導(dǎo)線通過恒定電流,有一矩形框與導(dǎo)線在同一平面內(nèi),在下列情況中線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流的是( ) 圖3110 A.導(dǎo)線中電流變大 B.線框向右平動(dòng) C.線框向下平動(dòng) D.線框以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng) E.線框以直導(dǎo)線為軸轉(zhuǎn)動(dòng) 【導(dǎo)析】 根據(jù)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件來判斷. 【解析】 分析是否產(chǎn)生感應(yīng)電流,關(guān)鍵就是分析穿過閉合線框的磁通量是否變化,而分析磁通量是否有變化,就是搞清楚磁感線的分布,亦即搞清楚磁感線的疏密變化和磁感線方向的變化. 對A選項(xiàng),因I增大而引起導(dǎo)線周圍的磁場增強(qiáng),使穿過線框的磁通量增大,故A正確. 對B選項(xiàng),因離開直導(dǎo)線方向越遠(yuǎn),磁感線分布越疏,因此線框向右平動(dòng)時(shí),穿過線框的磁通量變小,故B正確. 對C選項(xiàng),由下圖甲可知線框向下平動(dòng)時(shí)穿過線框的磁通量不變,故C錯(cuò). 對D選項(xiàng),可用一些特殊位置來分析,當(dāng)線框在圖甲圖示的位置時(shí),穿過線框的磁通量最大,當(dāng)線框轉(zhuǎn)過90時(shí),通過線框的磁通量為零,因此可以判定線框以ab軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁通量一定變化,故D正確. 對E選項(xiàng),先畫出俯視圖如下圖乙所示,由圖可看出線框繞直導(dǎo)線轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),在任何一個(gè)位置穿過線框的磁感線條數(shù)均不變,因此無感應(yīng)電流,故E錯(cuò). 【答案】 ABD 分析是否產(chǎn)生感應(yīng)電流,關(guān)鍵是分析穿過閉合線圈的磁通量是否變化,分析磁通量是否變化,可通過分析穿過線圈的磁感線條數(shù)是否變化. 2.如圖3111所示,兩個(gè)線圈分別繞在一個(gè)鐵環(huán)上,線圈A接直流電源,線圈B接靈敏電流表,下列哪種情況不可能使線圈B中產(chǎn)生感應(yīng)電流( ) 【導(dǎo)學(xué)號(hào):17592037】 圖3111 A.將開關(guān)S接通或斷開的瞬間 B.開關(guān)S接通一段時(shí)間之后 C.開關(guān)S接通后,改變變阻器滑片的位置時(shí) D.拿走鐵環(huán),再做這個(gè)實(shí)驗(yàn),開關(guān)S接通或斷開的瞬間 【解析】 根據(jù)法拉第對產(chǎn)生感應(yīng)電流的五類概括知,A、C、D選項(xiàng)符合變化的磁場(變化的電流)產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象.而開關(guān)S接通一段時(shí)間之后,線圈A中是恒定電流,故不能使線圈B中產(chǎn)生感應(yīng)電流. 【答案】 B 三、法拉第電磁感應(yīng)定律的應(yīng)用 一個(gè)共有10匝的閉合矩形線圈,總電阻為10 Ω,置于水平面上.若穿過線框的磁通量在0.02 s內(nèi),由垂直紙面向里,從6.410-2 Wb均勻減小到零,再反向均勻增加到9.610-2 Wb.則在此時(shí)間內(nèi),線圈內(nèi)導(dǎo)線中的感應(yīng)電流大小為________A. 【導(dǎo)析】 1.求出磁通量的變化量ΔΦ; 2.用公式E=n求出感應(yīng)電動(dòng)勢的大??; 3.用公式I=求出感應(yīng)電流的大?。? 【解析】 設(shè)垂直紙面向外為正方向,在0.02 s內(nèi),磁通量的變化ΔΦ=Φ2-(-Φ1)=Φ2+Φ1=9.610-2 Wb+6.410-2 Wb=0.16 Wb 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律: E=n=10 V=80 V 根據(jù)閉合電路歐姆定律I== A=8.0 A. 【答案】 8.0 計(jì)算ΔΦ時(shí)注意的問題 磁通量的變化ΔΦ≠Φ2-Φ1.在0.02 s內(nèi)磁場的方向發(fā)生了一次反向.設(shè)垂直紙面向外為正方向,則ΔΦ=Φ2-(-Φ1)=Φ2+Φ1. 3.有一正方形單匝線圈abcd處于勻強(qiáng)磁場中,線圈平面與磁場方向垂直,在Δt=0.5 s的時(shí)間內(nèi),磁通量由Φ1=3 Wb均勻增加到Φ2=6 Wb.求: (1)在Δt內(nèi)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢. (2)要使線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢更大,可采取什么措施? 【解析】 (1)由法拉第電磁感應(yīng)定律得 E=n== V=6 V. (2)由法拉第電磁感應(yīng)定律知,要想增大感應(yīng)電動(dòng)勢可增加線圈匝數(shù)n或增大磁通量的變化率. 【答案】 (1)6 V (2)①增加線圈匝數(shù)?、谠龃蟠磐康淖兓? 1.下列現(xiàn)象中涉及電磁感應(yīng)的是( ) 【解析】 A,D是磁場對運(yùn)動(dòng)電荷的作用,C是磁場對電流的作用,B是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象. 【答案】 B 2.如圖3112所示,將一個(gè)矩形線圈放入勻強(qiáng)磁場中,若線圈平面平行于磁感線,則下列運(yùn)動(dòng)中,哪些在線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流( ) 圖3112 A.矩形線圈做平行于磁感線的平移運(yùn)動(dòng) B.矩形線圈做垂直于磁感線的平移運(yùn)動(dòng) C.矩形線圈繞AB邊轉(zhuǎn)動(dòng) D.矩形線圈繞BC邊轉(zhuǎn)動(dòng) 【解析】 A、B、D三個(gè)選項(xiàng)中在發(fā)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化時(shí),沒有引起磁通量的變化,故都沒有發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象,所以沒有感應(yīng)電流的產(chǎn)生.C選項(xiàng)中,線圈的磁通量發(fā)生了改變,故線圈中產(chǎn)生了感應(yīng)電流. 【答案】 C 3.若某處的地磁場為勻強(qiáng)磁場,一同學(xué)在該處手拿矩形線圈面向南方,如圖3113所示,則能夠使線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的操作是( ) 圖3113 A.上下移動(dòng)線圈 B.南北移動(dòng)線圈 C.東西移動(dòng)線圈 D.將線圈轉(zhuǎn)到水平 【解析】 根據(jù)感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件,只要讓通過線圈中的磁通量發(fā)生變化,回路中就能產(chǎn)生感應(yīng)電流.根據(jù)該處地磁場分布,無論線圈是上下、南北、還是東西移動(dòng),通過線圈的磁通量均不變,不能產(chǎn)生感應(yīng)電流.而D項(xiàng)操作,線圈中的磁通量發(fā)生變化,能產(chǎn)生感應(yīng)電流. 【答案】 D 4.一個(gè)20匝、面積為200 cm2的圓形線圈放在勻強(qiáng)磁場中,磁場的方向與線圈平面垂直,若該磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度在0.05 s內(nèi)由0.1 T增加到0.5 T,在此過程中,穿過線圈的磁通量變化量為________,磁通量的平均變化率為________,線圈中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小為________. 【解析】 磁通量變化量為ΔΦ=Φ2-Φ1=B2S-B1S =0.50.02 Wb-0.10.02 Wb=0.008 Wb, = Wb/s=0.16 Wb/s, E=n=200.16 V=3.2 V. 【答案】 0.008 Wb 0.16 Wb/s 3.2 V 5.如圖3114所示,水平放置的平行金屬導(dǎo)軌,相距l(xiāng)=0.50 m,左端接一電阻R=0.20 Ω,磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.40 T的勻強(qiáng)磁場,方向垂直于導(dǎo)軌平面,導(dǎo)體棒ab垂直放在導(dǎo)軌上,并能無摩擦地沿導(dǎo)軌滑動(dòng),導(dǎo)軌和導(dǎo)體棒的電阻均可忽略不計(jì),當(dāng)ab以v=4.0 m/s的速度水平向右勻速滑動(dòng)時(shí),用兩種方法求解ab棒中感應(yīng)電動(dòng)勢的大小. 【導(dǎo)學(xué)號(hào):17592038】 圖3114 【解析】 本題主要考查導(dǎo)體棒做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)感應(yīng)電動(dòng)勢的求法. 解法一:根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律得: E==B==0.80 V. 解法二:(感應(yīng)電動(dòng)勢的變形公式) 根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,ab棒中的感應(yīng)電動(dòng)勢為:E=Blv=0.400.504.0 V=0.80 V. 【答案】 0.80 V- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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