4.1-磁生电的探索

4.1磁生电的探索课标定位学习目标：1.了解电磁感应现象发现的历史过程，学习科学家在科学探索过程中的科学态度和科学精神．2．体会对称思想和科学猜想在物理学发展中的重要作用．3．通过实验，知道电磁感应现象及其产生的条件．4．了解法拉第及其对电磁学的贡献，认识发现磁生电对推动电磁学理论和电磁技术发展的重要作用．重点难点：1.电磁感应现象产生条件的分析及感应电流的概念．2．应用磁通量变化的观点判断是否产生感应电流．课前自主学案一、历史的回顾1820年，丹麦物理学家_______发现了电流的磁效应，它揭示了电现象和磁现象之间存在某种联系．奥斯特发现了“电生磁”的现象之后，激发人们去探索“磁生电”的方法，比较著名的物理学家有：_____、________等，都没有成功或半途而废．奥斯特安培科拉顿英国物理学家法拉第始终坚信自然界的各种不同现象之间存在___________，一直坚持探索电磁感应现象，前后历时数十年的探索，终于悟出了磁生电的基本原理，“一切都存在于变化之中”．二、磁生电的实验探索1．实验观察(1)没有电池也能产生电流：闭合电路中的部分导体做切割磁感线运动时，回路中电流表的指针_____________相互联系发生了偏转．(2)磁铁与螺线管有相对运动时也能产生电流：在条形磁铁插入或拔出螺线管的瞬间，电流表的指针____________条形磁铁在螺线管中保持不动时，电流表的指针___________如图4－1－1所示．图4－1－1发生了偏转．不发生偏转．2．产生感应电流的条件：只要穿过闭合回路的_______发生变化，闭合回路中就有感应电流产生．在回路中产生__________现象表明发生了电磁感应现象．三、发现磁生电的意义电磁感应现象的发现，实际上是发现了事物间的相互联系，展现了___和磁间的密切联系和对称统一，为______理论的发展创造了条件，进一步推动了电磁技术的发展，引领人们走进了_____时代．磁通量感应电流电电磁电气核心要点突破一、感应电流条件的探究1．产生感应电流的常见方法(1)闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动如图4－1－2甲所示，导体AB做切割磁感线运动时，回路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，回路中无电流产生．图4－1－2(2)磁铁在线圈中运动如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但磁铁在线圈中静止不动时，回路中无电流产生．(3)改变螺线管AB中的电流如图4－1－3所示，将小螺线管AB插入大螺线管CD中不动，当开关S接通或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直接通，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中也有电流通过．图4－1－32．产生感应电流的条件产生感应电流的条件可以归纳为两个：一是电路本身必须闭合，二是穿过回路本身的磁通量发生变化，主要体现在“变化”上，回路中有没有磁通量穿过不是产生感应电流的条件，如果穿过回路的磁通量很大但无变化，那么无论多大，都不会产生感应电流．即时应用(即时突破，小试牛刀)1．如图4－1－4所示，线圈两端接在电流表上组成闭合电路．在下列情况中，电流表指针不发生偏转的是()图4－1－4A．线圈不动，磁铁插入线圈B．线圈不动，磁铁从线圈中拔出C．磁铁不动，线圈上、下移动D．磁铁插在线圈内不动解析：选D.产生感应电流的条件是穿过闭合回路的磁通量发生变化，线圈和电流计已经组成闭合回路，只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就产生感应电流，电流计指针就偏转．在选项A、B、C三种情况下，线圈和磁铁发生相对运动，穿过线圈的磁通量发生变化，产生感应电流；而当磁铁插在线圈中不动时，线圈中虽然有磁通量，但磁通量不变化，不产生感应电流．二、磁通量变化的理解1．磁通量的变化类型根据磁通量的定义式Φ＝BS，引起磁通量变化的类型有：(1)由于磁场变化而引起闭合回路的磁通量的变化．(2)磁场不变，由于处在磁场中的闭合回路的面积S发生变化而引起磁通量的变化．(3)磁场、处在磁场中的闭合回路面积都发生变化时，也可引起穿过闭合电路的磁通量的变化．2．磁通量的计算(1)磁通量有正负之分，其正负是这样规定的：任何一个面都有正、反两面，若规定磁感线从正面穿入为正磁通量，则磁感线从反面穿入时磁通量为负值．若磁感线沿相反方向穿过同一平面，且正向磁感线条数为Φ1，反向磁感线条数为Φ2，则磁通量等于穿过该平面的磁感线的净条数(磁通量的代数和)，即Φ＝Φ1－Φ2.(2)Φ＝BS中的S应是闭合电路中包含磁场的那部分有效面积．无磁场时，无论面积多大，都没有磁通量．(3)磁通量与线圈的匝数无关，也就是磁通量大小不受线圈匝数的影响，同理，磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受线圈匝数的影响．所以，直接用公式求Φ、ΔΦ时，不必考虑线圈的匝数n.(4)计算磁通量的变化：在求解磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1时，若B变化，S不变时，可用ΔΦ＝ΔB·S；若B不变，S变化时，可用ΔΦ＝B·ΔS；但若B和S同时发生变化，就要找准初末态，用ΔΦ＝Φ2－Φ1来计算．即时应用(即时突破，小试牛刀)2．如图4－1－5所示，ab是水平面上一个圆的直径，在过ab的竖直平面内有一根通电导线ef.已知ef平行于ab，当ef竖直向上平移时，电流磁场穿过圆面积的磁通量将()图4－1－5A．逐渐增大B．逐渐减小C．始终为零D．不为零，但保持不变解析：选C.利用安培定则判断直线电流产生的磁场，作出俯视图(如图所示)．考虑到磁场具有对称性，可以知道，穿入线圈的磁感线的条数与穿出线圈的磁感线的条数是相等的．故选C.课堂互动讲练感应电流的产生条件应用如图4－1－6所示，竖直放置的长直导线通过恒定电流，有一矩形框与导线在同一平面内，在下列情况中线圈产生感应电流的是()①导线中电流变大②线框向右平动③线框向下平动④线框以ab边为轴转动⑤线框以直导线为轴转动例1图4－1－6A．①②③B．②③④⑤C．①②④D．①②③④⑤【精讲精析】分析是否产生感应电流，关键就是分析穿过闭合线框的磁通量是否变化，而分析磁通量是否有变化，就要搞清楚磁感线的分布，亦即搞清楚磁感线的疏密变化和磁感线方向的变化．对①选项，因I增大而引起导线周围的磁场增强，使穿过线框的磁通量增大，故①正确．对②选项，因离开直导线方向越远，磁感线分布越疏，因此线框向右平动时，穿过线框的磁通量变小，故②正确．对③选项，由下图甲可知线框向下平动时穿过线框的磁通量不变，故③错．对④选项，可用一些特殊位置来分析，当线框在图4－1－7甲所示的位置时，穿过线框的磁通量最大，当线框转过90°时，通过线框的磁通量为零，因此可以判定线框以ab为轴转动时磁通量一定变化，故④正确．图4－1－7对⑤选项，先画出俯视图如图乙所示，由图可看出线框绕直导线转动时，在任何一个位置穿过线框的磁感线条数均不变，因此无感应电流，故⑤错．综上述可知选项C正确．【答案】C【方法总结】分析是否产生感应电流，关键是分析穿过闭合线圈的磁通量是否变化，分析磁通量是否变化，可通过分析穿过线圈的磁感线条数是否变化．磁通量变化的分析例2在图4－1－8所示的各种情况中，穿过回路的磁通量增大的有()图4－1－8A．图甲所示，在匀强磁场中，先把由弹簧状导线组成的回路撑开，后放手到恢复原状的过程中B．图乙所示，裸铜线ab在裸金属导轨上向右匀速运动过程中C．图丙所示，条形磁铁从线圈中抽出的过程中D．图丁所示，闭合线框远离与它在同一平面内通电直导线的过程中【思路点拨】根据磁通量的定义结合不同的过程分析，注意条形磁铁、通电导线周围磁场的分布．【精讲精析】四种情况下，穿过闭合回路的磁通量均发生变化，故都有感应电流产生．但甲中电路的面积减小，磁通量减小；乙中的ab向右移动时在磁场的闭合电路的面积增大，磁通量增大；丙中磁铁向上运动时通过线圈的磁场变弱，磁通量减小；丁中直线电流近处的磁场强，远处的磁场弱．所以线圈远离通电直导线时，磁通量也减小．所以B正确．【答案】B变式训练条形磁铁竖直放置，闭合圆环水平放置，条形磁铁中心线穿过环中心，如图4－1－9所示．若圆环为弹性环，其形状由Ⅰ扩大为Ⅱ，那么圆环内磁通量变化情况是()A．磁通量增大B．磁通量减小C．磁通量不变D．条件不足，无法确定图4－1－9解析：选B.由于圆环在形状Ⅱ时面积大于形状Ⅰ的面积，因此形状Ⅱ中由磁铁N极回到S极时向下穿过圆环的磁感线条数大于Ⅰ.而在Ⅰ、Ⅱ两种形状时，在磁铁内部由S极到N极向上穿过圆环的磁感线条数相同(分布在磁体外部空间的磁感线在磁体内全部从S极返回到N极)，因此不论圆环处于形状Ⅰ或Ⅱ，向上穿过圆环的磁感线条数总是多于向下穿过环的磁感线条数．由于形状Ⅱ中向下的磁感线增加，因此形状Ⅱ中总的磁通量较小，故本题正确答案应选B.