高中物理人教版 (2019)必修 第三册3 电磁感应现象及应用教学设计

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一、电磁感应的探索历程
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．产生的电流叫作感应电流．
3．法拉第的概括
法拉第把引起感应电流的原因概括为五类：
(1)变化的电流；
(2)变化的磁场；
(3)运动的恒定电流；
(4)运动的磁铁；
(5)在磁场中运动的导体．
4．电磁感应
法拉第把他发现的磁生电的现象叫作电磁感应，产生的电流叫作感应电流．
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．
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感应电流(如图所示)：
2．探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生感应电流(如图所示)：
3.模仿法拉第的实验(如图所示)：
4.归纳结论
只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，闭合电路中就有感应电流．
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，有感应电动势，但无感应电流产生，C项中穿过线圈的磁通量始终为零，不发生变化，D项中，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.区别：“动电生磁”和“动磁生电”是两个不同的过程，要抓住过程的本质，“动电生磁”是指运动电荷周围产生磁场；“动磁生电”是指线圈内的磁通量发生变化而在闭合线圈内产生了感应电流．“动电生磁”中的“动”是运动的意思，电荷相对磁场运动，“动磁生电”中的“动”是变化的意思．要从本质上来区分它们．
2．联系：二者都是反映了电流与磁场之间的关系．
【例1】 下列属于电磁感应现象的是( )
A．通电导体周围产生磁场
B．磁场对感应电流发生作用，阻碍导体运动
C．由于导体自身电流发生变化，在回路中产生感应电流
D．电荷在磁场中定向移动形成电流
C [根据引起感应电流的原因的五类情况可知，导体中自身电流变化在回路中产生感应电流为电磁感应现象，C正确．]
是否为电磁感应现象的判断方法
(1)由磁生电的现象都是电磁感应现象．
(2)所有的电磁感应现象都与变化和运动相联系．
1．(多选)下列现象中，能表明电和磁有联系的是( )
A．摩擦起电
B．两块磁铁相互吸引或排斥
C．小磁针靠近通电导线时偏转
D．磁铁插入闭合线圈过程中，线圈中产生感应电流
CD [摩擦起电是静电现象；两块磁铁相互吸引或排斥是磁现象；小磁针靠近通电导线时偏转，说明“电生磁”；磁铁插入闭合线圈过程中，线圈中产生感应电流，说明“磁生电”．C、D表明电和磁有联系．]
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，通常有以下两种情况：
(1)S不变，B改变，则ΔΦ＝ΔBS.
(2)S改变，B不变，则ΔΦ＝B·ΔS.
【例2】 (多选)如图所示是等腰直角三棱柱，其中正方形ABCD的边长为L，按图示位置放置在方向竖直向下的匀强磁场中，磁感应强度为B，下列说法中正确的是( )
A．通过ABCD平面的磁通量为BL2
B．通过BCFE平面的磁通量为eq \f(\r(2),2)BL2
C．通过ADFE平面的磁通量为零
D．通过整个三棱柱的磁通量为零
BCD [磁感应强度B和ABCD平面不垂直，根据Φ＝BScs θ知，穿过ABCD平面的磁通量为eq \f(\r(2),2)BL2，故A项错误；磁感应强度B和BCFE平面垂直，故B项正确；磁感应强度B和ADFE平面平行，故通过ADFE平面的磁通量为零，C项正确；磁感线从ABCD平面穿入，进入三棱柱后不终止，从BCFE平面穿出，若穿入磁通量为正，则穿出磁通量为负，故穿过整个三棱柱的磁通量为零，D项正确．]
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．
2．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，第二次将线框绕cd边翻转到2，设先后两次通过线框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则( )
A．ΔΦ1>ΔΦ2 B．ΔΦ1