人教版 (新课标)选修31 划时代的发现学案设计

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[学习目标] 1.了解电磁感应现象及相关的物理学史． 2.通过实验探究产生感应电流的条件．(重点、难点) 3.能正确分析磁通量的变化情况．(重点) 4.能运用感应电流的产生条件判断是否有感应电流产生．(重点、难点)
一、划时代的发现
1．奥斯特梦圆“电生磁”：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应．
2．法拉第心系“磁生电”：1831年，英国物理学家法拉第发现了“磁生电”的现象，这种现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流．
3．法拉第对引起感应电流的原因的五类概括：
二、探究感应电流的产生条件
1．探究导体棒在磁场中运动是否产生电流(如图所示)：
2.探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流(如图所示)：
3.模拟法拉第的实验(如图所示)：
4.感应电流产生的条件：只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合导体回路中就会产生感应电流．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)有电流即生磁场．(√)
(2)有磁场即生电流．(×)
(3)静止的电荷周围也能产生磁场．(×)
(4)穿过闭合回路的磁通量发生变化，一定产生感应电流．(√)
2．首先发现电流的磁效应和电磁感应现象的物理学家分别是( )
A．安培和法拉第 B．法拉第和楞次
C．奥斯特和安培 D．奥斯特和法拉第
D [1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，选项D正确．]
3．下列选项中能产生感应电流的是( )
A B C D
B [A项中线圈没有闭合，不能构成闭合回路，无感应电流产生，C项中穿过闭合线圈的磁通量始终为零，不发生变化，D项中，闭合线圈在匀强磁场中平动，穿过线圈的磁通量不变化，故A、C、D错误；B项中，闭合回路的面积增大，穿过回路的磁通量增大，有感应电流产生，故B正确．]
1.对磁通量的三点理解
(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，又有穿入，则穿过该面的合磁通量为净磁感线的条数．
(3)由Φ＝BS可知，磁通量的大小与线圈的匝数无关．
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有效面积，在应用时可将S分解到与B垂直的方向上，如图所示，Φ＝BSsin θ.
3．磁通量变化量的计算
当B与S垂直时，通常有以下三种情况：
(1)S不变，B改变，则ΔΦ＝ΔBS.
(2)S改变，B不变，则ΔΦ＝B·ΔS.
(3)B、S同时改变，则ΔΦ＝B2S2－B1S1.
【例1】 如图所示，有一垂直纸面向里的匀强磁场，B＝0.8 T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1 cm.现于纸面内先后放上圆线圈A、B、C，圆心均处于O处，线圈A的半径为1 cm，10匝；线圈B的半径为 2 cm，1匝；线圈C的半径为0.5 cm，1匝．问：
(1)在B减为0.4 T的过程中，线圈A和线圈B中的磁通量变化了多少？
(2)在磁场转过30°角的过程中，线圈C中的磁通量变化了多少？
(3)在磁场转过180°角的过程中，线圈C中的磁通量变化了多少？
思路点拨：解答本题应把握以下三点：
(1)磁通量与线圈匝数无关．
(2)当线圈平面与磁场不垂直时，应分解B或取S在与B垂直的平面上的投影面积．
(3)磁感线反向穿过线圈平面时，Φ为负值．
[解析] (1)由题意知线圈B与线圈A中的磁通量始终一样，故它们的变化量也一样．
ΔΦ＝(B′－B)·πr2≈－1.26×10－4 Wb.
所以，线圈A和线圈B中的磁通量都减少了1.26×10－4 Wb.
(2)对线圈C，Φ1＝B·πr′2，当磁场转过30°时，Φ2＝B·πr′2cs 30°，
故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·πr′2(cs 30°－1)≈－8.41×10－6 Wb.
所以，线圈C中的磁通量减少了8.41×10－6 Wb.
(3)磁场转过180°后，磁感线从另一侧穿过线圈，若取Φ1为正，则Φ2为负，有：
Φ1＝Bπr′2，Φ2＝－Bπr′2，
故ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－2Bπr′2≈－1.26×10－4 Wb.
所以，线圈C中的磁通量改变了1.26×10－4 Wb.
[答案] (1)都减少了1.26×10－4 Wb (2)减少了8.41×10－6 Wb (3)改变了1.26×10－4 Wb
求解磁通量的方法
(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．
1.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1平移到2，第二次将线框由1绕cd边翻转到2，设先后两次通过线框的磁通量变化量分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则( )
A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1