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新课标物理选修3－21划时代的发现2探究感应电流的产生条件●课标要求1．收集资料，了解电磁感应的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神．2．通过实验，理解感应电流的产生条件．举例说明电磁感应在生活和生产中的应用．●课标解读1．关注电磁感应现象的发现过程，了解相关的物理学史．2．知道电磁感应、感应电流的定义．3．经历感应电流产生条件的探究活动，理解产生感应电流的条件．●教学地位本节知识在高考中尽管很少直接命题，但它是电学中的基本知识，是以后学习的基础.●新课导入建议一个并非偶然的实验，揭示了一个重大的发现，因为机遇总是垂青那些有准备的人．奥斯特实验使人们对电、磁有了新的认识，同时也在世界范围内掀起了一场研究“电和磁”关系的革命，你了解磁生电的探索发现过程吗？它是由哪位科学家来发现的呢？“磁”怎样才能生“电”？通过这节课的学习，我们就能明白这些问题了．●教学流程设计课前预习安排：1．看教材2．填写【课前自主导学】(同学之间可进行讨论)⇒步骤1：导入新课，本节教学地位分析⇒步骤2：老师提问，检查预习效果(可多提问几个学生)⇒步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式(除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路)⇓步骤7：完成“探究3”(重在讲解规律总结技巧)⇐步骤6：师生互动完成“探究2”(方式同完成“探究1”相同)⇐步骤5：让学生完成【迁移应用】，检查完成情况并点评⇐步骤4：教师通过例题讲解总结磁通量的分析和计算方法⇓步骤8：指导学生完成【当堂双基达标】，验证学习情况⇒步骤9：先由学生自己总结本节的主要知识，教师点评，安排学生课下完成【课后知能检测】课标解读重点难点1.了解电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神．2.通过实验探究得出产生感应电流的条件．3.会分析是否产生感应电流的相关问题.1.感应电流的产生条件及其应用．(重点)2.实验探究感应电流的产生条件．(难点)电磁感应的发展史1.基本知识(1)“电生磁”的发现1820年，丹麦物理学家奥斯特发现载流导线能使小磁针偏转，这种作用称为电流的磁效应．(2)“磁生电”的发现1831年，英国物理学家法拉第发现了“磁生电”的现象，这种现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流．(3)法拉第的概括引起电流的原因都与变化和运动相联系变化的磁场变化的电流运动的磁铁在磁场中运动的导体运动的恒定电流2．思考判断(1)奥斯特发现了电流的磁效应，拉开了研究电与磁相互联系的序幕．(√)(2)电流的磁效应否定了一切磁现象都是来自于电荷的运动这一结论．(×)(3)“磁生电”是一种在变化、运动过程中才出现的效应．(√)3．探究交流英国物理学家法拉第发现了磁生电，那么磁生电的实质是什么？【提示】磁生电的过程是其他形式的能转化为电能的过程.感应电流的产生条件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.(2)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．思考判断(1)导体回路的面积越大，则穿过导体回路的磁通量越大．(×)(2)闭合导体回路在磁场中运动时，一定会产生感应电流．(×)(3)即便闭合导体回路中有导体做切割磁感线运动，回路中也不一定有感应电流．(√)3．探究交流法拉第发现电磁感应的过程为什么会在很长一段时间徘徊不前？【提示】法拉第在开始的实验中使用的都是恒定电流产生的磁场，而“磁生电”是一种在变化、运动过程中才能出现的效应.磁通量的分析与计算【问题导思】1．同一匀强磁场中，穿过相同面积的磁通量相等吗？2．磁感线从不同侧面穿过时，总磁通量如何计算？1．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．2．非匀强磁场中磁通量的分析条形磁铁、通电导线周围的磁场都是非匀强磁场，通常只对穿过其中的线圈的磁通量进行定性分析，分析时应兼顾磁场强弱、线圈面积和磁场与线圈的夹角等因素，并可充分利用磁感线来判断，即磁通量的大小对应穿过线圈的磁感线的条数，穿过线圈的磁感线的条数变化，则说明磁通量变化．图4－1－2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：(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.【审题指导】(1)磁通量的公式Φ＝BS的适应条件是：磁场是匀强磁场，B与S垂直．(2)求磁通量的变化要注意磁通量穿过的方向．【解析】(1)解法一：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.解法二：如果把磁感应强度B沿垂直于面积S和平行于面积S进行分解，能否得到同样的结论？(请同学们自行推导，答案是肯定的)(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解题的关键．图4－1－31．(2013·武汉市重点中学检测)如图4－1－3所示，通有恒定电流的导线MN与闭合金属框共面，第一次将金属框由Ⅰ平移到Ⅱ，第二次将金属框绕cd边翻转到Ⅱ，设先后两次通过金属框的磁通量变化大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则()A．ΔΦ1ΔΦ2B．ΔΦ1＝ΔΦ2C．ΔΦ1ΔΦ2D．不能判断【解析】将金属框由Ⅰ平移到Ⅱ磁通量的变化量大小ΔΦ1＝|Φ′－Φ|，将金属框绕cd边翻转到Ⅱ时磁通量变化量大小为ΔΦ2＝|－Φ′－Φ|，所以ΔΦ1ΔΦ2，选项C正确．【答案】C感应电流的产生条件【问题导思】1．判断回路中是否有感应电流的依据是什么？2．引起磁通量变化的原因有哪些？感应电流产生的必要条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，所以判断感应电流有无时必须明确以下两点：1．明确电路是否为闭合电路．2．判断穿过回路的磁通量是否发生变化．穿过闭合电路的磁通量变化情况的列表如下：Φ变的四种情况B不变、S变例：闭合电路的一部分导体切割磁感线时B变、S不变例：线圈与磁体之间发生相对运动时B和S都变注意：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例：线圈在磁场中转动时如选项图所示，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()【审题指导】解答此题应注意两点：(1)电路是否闭合．(2)穿过电路的磁通量是否变化．【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．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综合解题方略——导体切割磁感线产生感应电流的判断如图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．电磁感应现象发现过程电生磁法拉第的概括磁生电感应电流磁通量、磁通量的变化产生条件【备课资源】(教师用书独具)架起磁与电的桥梁是谁架起了磁与电的桥梁，使我们的生活步入了电气化时代，是伟大的物理学家法拉第．你了解法拉第吗？迈克尔·法拉第是19世纪伟大的英国物理学家，他对物理学最卓越的贡献就是通过实验发现了电磁感应现象．当时法拉第受德国古典哲学中的辩证思想的影响，认为电、磁、光、热之间是相互联系的.1820年奥斯特发现了电流对磁针的作用，法拉第敏锐地认识到了它的重要性．法拉第认为：既然磁铁能使附近的铁块感应带磁，静电荷能使附近的物体中感应出符号相反的电荷，那么当把一导体放入电流所产生的磁场中时，有可能在这导体内产生感应电流．他做了一个圆筒，把两个线圈重叠地绕在一起，使它们相互挨得很近，并且用绝缘体(例如纸)将它们彼此隔离．然后将第一个线圈与伽伐尼电池相连接，其中伽伐尼电池由10对平板组成，每块平板的面积为258平方厘米，并且平板是双层的．第二个线圈与一灵敏电流计相连接．当第一个线圈通电后，检查第二个线圈有没有电流流过．实验的结果令法拉第很失望，因为他发现，导体中的电流并不能使第二个线圈中产生任何可观察到的电流．后来，法拉第又用两根各长61.8米的铜线紧挨着绕在一个很大的木头圆筒上，两根铜线用非电介质绝缘(用细绳包缠住)．法拉第将第一个线圈与充足了电的电池相连接，电池由100块面积为25.8平方厘米的双层铜板组成，另一个线圈连接到电流计上．实验结果令法拉第大为惊奇，他写道：“当接通电路时，观察到电流计有突然的但很弱的摆动，将连接电池的电路断开时也有类似的微弱效应，当电流稳定后，效应就消失了．”这一现象说明了磁和电的关系是动态的而非静态的，一个线圈中感应电流不是由稳定电流感生的，而是由变化电流感生的．法拉第发现了磁能生电，那么磁场在什么情况下能产生电流呢？磁场产生感应电流的方向如何判断呢？磁生电时产生的感应电流大小又如何计算呢？伟大的物理学家法拉第给出了准确的答案．1