新课标物理选修3-2教案

1人教版新课标高中物理选修3－2教案第四章电磁感应1.基本知识(1)磁通量①概念：穿过某个面的磁通量等于闭合导体回路的面积与垂直穿过它的磁感应强度的乘积．②公式：Φ＝BS.③产生感应电流的条件:只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就有感应电流．2、匀强磁场中磁通量的计算利用公式：Φ＝BS(其中B为匀强磁场的磁感应强度，S为线圈的有效面积)．注意以下三种特殊情况：(1)如果磁感线与平面不垂直，如图4－1－1(甲)所示，有效面积应理解为原平面在垂直磁场方向上的投影面积，如果平面与垂直磁场方向的夹角为θ，则有效面积为Scosθ，穿过该平面的磁通量为Φ＝BScosθ.(甲)(乙)图4－1－1(2)S指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积，如图(乙)所示，闭合回路abcd和闭合回路ABCD虽然面积不同，但穿过它们的磁通量却相同：Φ＝BS2.(3)某面积内有不同方向的磁场时，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．图4－1－2例1如图4－1－2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°到如图所示的虚线位置时，试求：2(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.【解析】(1)如题图所示，在初始位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S⊥＝Ssinθ，所以Φ1＝BSsinθ.在末位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S⊥＝Scosθ.由于磁感线从反面穿入，所以Φ2＝－BScosθ.(2)开始时B与线框平面成θ角，穿过线框的磁通量Φ1＝BSsinθ；当线框平面按顺时针方向转动时，穿过线框的磁通量减少，当转到θ时，穿过线框的磁通量减少为零，继续转动至90°时，磁通量从另一面穿过，变为“负”值，Φ2＝－BScosθ.所以，此过程中磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BScosθ－BSsinθ＝－BS(cosθ＋sinθ)．【答案】(1)Φ1＝BSsinθΦ2＝－BScosθ(2)－BS(cosθ＋sinθ)1．解答该类题目时，要注意磁感线是从平面的哪一面穿入的．2．当规定从某一面穿入的磁通量为正值时，则从另一面穿入的就为负值，然后按照求代数和的方法求出磁通量的变化(磁通量是有正、负的标量)．3．准确地把初、末状态的磁通量表示出来是例2如选项图所示，A中线圈有一小缺口，B、D中匀强磁场区域足够大，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．其中能产生感应电流的是()【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．【答案】B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．迁移应用2.如图4－1－4所示，在竖直向下的匀强磁场中，有一闭合导体环，环面与磁场3垂直．当导体环在磁场中完成下述运动时，可能产生感应电流的是()图4－1－4A．导体环保持水平在磁场中向上或向下运动B．导体环保持水平向左或向右加速平动C．导体环以垂直环面、通过环心的轴转动D．导体环以一条直径为轴，在磁场中转动【解析】只要导体环保持水平，无论它如何运动，穿过环的磁通量都不变，都不会产生感应电流，只有导体环绕通过直径的轴在磁场中转动时，穿过环的磁通量改变，才会产生感应电流，D项正确．【答案】D合解题方略——导体切割磁感线产生感应电流的判断例3如图4－1－5所示，在匀强磁场中的矩形金属轨道上，有等长的两根金属棒ab和cd，它们以相同的速度匀速运动，则()图4－1－5A．断开开关K，ab中有感应电流B．闭合开关K，ab中有感应电流C．无论断开还是闭合开关K，ab中都有感应电流D．无论断开还是闭合开关K，ab中都没有感应电流【规范解答】两根金属棒ab和cd以相同的速度匀速运动，若断开电键K，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量无变化，则回路中无感应电流，故选项A、C错误；若闭合电键K，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量发生变化，则回路中有感应电流，故B正确，D错误．【答案】B不管是哪种方式引起了导体回路中磁通量发生了变化，都会产生感应电流，如在本题中，穿过ab和cd组成的回路磁通量不变化，但穿过abfe和cdfe两个回路的磁通量发生了变化．3楞次定律本节知识是电学中的重点知识，也是高考考查的热点。1.基本知识(1)实验探究将螺线管与电流计组成闭合回路，如图4－3－1，分别将N极、S极插入、抽出线圈，如图4－3－2所示，记录感应电流方向如下：根据右手螺旋定则就能判定感应电流的磁场方向。4实验图4－3－1甲乙丙丁图4－3－2①线圈内磁通量增加时的情况图号磁场方向感应电流的方向感应电流的磁场方向甲向下逆时针(俯视)向上乙向上顺时针(俯视)向下②线圈内磁通量减少时的情况图号磁场方向感应电流的方向感应电流的磁场方向丙向下顺时针(俯视)向下丁向上逆时针(俯视)向上③归纳结论当线圈内磁通量增加时，感应电流的磁场与原磁场方向相反，阻碍磁通量的增加；当线圈内磁通量减少时，感应电流的磁场与原磁场方向相同，阻碍磁通量的减少．(2)楞次定律:感应电流具有这样的方向，即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化．2、基本知识：右手定则(1)内容：伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都与手掌在同一个平面内；让磁感线从掌心进入，并使拇指指向导线运动的方向，这时四指所指的方向就是感应电流的方向．(2)适用范围：右手定则适用于闭合回路中一部分导体做切割磁感线运动时产生感应电流的情况．思考判断(1)右手定则只适用于导体切割磁感线产生感应电流的情况．(√)(2)使用右手定则时必须让磁感线垂直穿过掌心．(×)(3)任何感应电流方向的判断既可使用楞次定律，又可使用右手定则．(×)【提示】：左手定则用于判断安培力和洛伦兹力的方向，右手定则用于判断闭合电路的部分导体切割磁感线时产生的感应电流方向，安培定则用于判断电流的磁场方向.【问题导思】1．楞次定律中，“阻碍”是否就是阻止的意思？51．弄清“阻碍”的几个层次谁阻碍谁感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁场(原磁场)的磁通量的变化阻碍什么阻碍的是磁通量的变化，而不是阻碍磁通量本身如何阻碍当原磁场磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相反；当原磁场磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场的方向相同，即“增反减同”结果如何阻碍并不是阻止，只是延缓了磁通量的变化，这种变化将继续进行2.“阻碍”的表现形式增反减同就磁通量而言，感应电流的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化来拒去留由于相对运动导致的电磁感应现象，感应电流的效果阻碍相对运动增缩减扩电磁感应致使回路面积有变化趋势时，则面积收缩或扩张是为了阻碍回路磁通量的变化例1(2013·银川高二检测)在电磁感应现象中，下列说法中错误的是()A．感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的变化B．闭合线框放在变化的磁场中一定能产生感应电流C．闭合线框放在变化的磁场做切割磁感线运动，一定能产生感应电流D．感应电流的磁场总是跟原来磁场的方向相反【审题指导】(1)产生感应电流的条件是：穿过闭合电路的磁通量发生变化．(2)产生的感应电流总是阻碍原磁通量的变化．【解析】由楞次定律可知，感应电流的磁场阻碍的是原磁通量的变化，并不一定与原磁场方向相反，故选项A正确，选项D错误；若闭合线框平行于磁场放置，则无论是磁场变化，还是线框做切割磁感线的运动，穿过闭合线框的磁通量都不变，都不会有感应电流产生，所以选项B、C均错．故选B、C、D.【答案】BCD例2、．根据楞次定律可知感应电流的磁场一定()A．阻碍引起感应电流的磁通量B．与引起感应电流的磁场反向C．阻碍引起感应电流的磁通量的变化D．与引起感应电流的磁场方向相同【解析】感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化，而不是阻碍磁通量，它和引起感应电流的磁场可以同向，也可以反向．故选C.【答案】C【问题导思】应用楞次定律时，涉及到了三个因素：磁通量的变化、磁场方向、感应6电流方向，只要知道了其中任意两个因素，就可以判定第三个因素．特别提醒：判断感应电流方向时注意的要点可概括为四句话：“明确增减和方向，增反减同莫相忘；安培定则来判断，四指环绕是流向．”【问题导思】对右手定则的理解和应用1．右手定则与楞次定律的区别与联系区别楞次定律右手定则研究对象整个闭合回路闭合回路的一部分，即做切割磁感线运动的导体适用范围各种电磁感应现象只适用于导体在磁场中做切割磁感线运动的情况应用对于磁感应强度随时间变化而产生的电磁感应现象较方便对于导体棒切割磁感线产生的电磁感应现象较方便联系右手定则是楞次定律的特例例3如图4－3－5所示，光滑平行金属导轨PP′和QQ′都处于同一水平面内，P和Q之间连接一电阻R，整个装置处于竖直向下的匀强磁场中．现在垂直于导轨放置一根导体棒MN，用一水平向右的力F拉动导体棒MN，以下关于导体棒MN中感应电流方向和它所受安培力的方向的说法正确的是()A．感应电流方向是N→MB．感应电流方向是M→NC．安培力方向水平向左D．安培力方向水平向右图4－3－5【审题指导】(1)由于导体棒MN运动而产生感应电流．(2)MN中产生了感应电流又受到磁场力的作用．【解析】以导体棒MN为研究对象，所处位置磁场方向向下、运动方向向右．由右手定则可知，感应电流方向是N→M；再由左手定则可知，安培力方向水平向左．【答案】AC左手定则和右手定则的因果关系1．因动而生电——右手定则．2．因电而受力——左手定则．74法拉第电磁感应定律本节知识是高中物理的重点知识，也是高考的重点，既有单独考查，又有与其它知识的综合考查。1.基本知识(1)感应电动势①在电磁感应现象中产生的电动势．②产生感应电动势的那部分导体相当于电源．(2)法拉第电磁感应定律①内容：闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比．②表达式：E＝nΔΦΔt.③符号意义：n是线圈匝数，ΔΦΔt是磁通量的变化率．2．探究交流产生感应电动势的条件是什么？【提示】不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就会产生感应电动势3、导线切割磁感线时的感应电动势(1)磁场方向、导体棒与导体棒运动方向三者两两垂直时：E＝Blv.(2)如图4－4－1所示，导体棒与磁场方向垂直，导体棒的运动方向与导体棒本身垂直，但与磁场方向夹角为θ时，E＝Blvsin_θ.图4－4－1用法拉第电磁感应定律求出的是整个回路的感应电动势，而用E＝BLv求的是回路中做切割磁感线的那部分导体产生的电动势.4、反电动势(1)定义：电动机转动时，由于切割磁感线，线圈中产生的削弱电源电动势作用的电动势．(2)作用：阻碍线圈的转动．例1有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L＝0.20m的正方形，放在磁感应强度B＝0.50T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直．若将这个线圈横截面的形状在5s内由正方形改变成圆形(横截面的周长不变)，在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？磁通量的变化率是多少？线圈的感应电动势是多少？8【解析】线圈横截面是正方形时的面积S1＝L2＝(0.20)2m2＝4.0×10－2m2.穿过线圈的磁通量Φ1＝BS1＝0.50×4.0×10－2Wb＝2.0×10－2Wb截面形状为圆形时，其半径r＝4L/2π＝2L/π截面积大小S2＝π(2L/π)2＝4/25πm2穿过线圈的磁通量：Φ2＝BS2＝0.50×4/25πWb＝2．55×10－2Wb所以，磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0)×10－2Wb＝5.5×10－3Wb.磁通量的变化率ΔΦΔt＝35.5105－Wb/s＝1.1×10－3Wb/s.感应电动势为：E＝nΔΦΔt＝100×1