【導(dǎo)讀】本節(jié)知識在高考中盡管很少直接命題，但它是電學(xué)中的基本知識，是以后學(xué)習(xí)的基礎(chǔ).一個并非偶然的實驗，揭示了一個重大的發(fā)現(xiàn)，因為機(jī)遇總是垂青那些有準(zhǔn)備的人．奧斯特實驗使人們對電、磁有了新的認(rèn)識，同時。也在世界范圍內(nèi)掀起了一場研究“電和磁”關(guān)系的革命，你了解磁生電的探索發(fā)現(xiàn)過程嗎？通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們就能明白這些問題了．。步驟1：導(dǎo)入新課，本節(jié)教學(xué)地位分析?步驟2：老師提問，檢查預(yù)習(xí)效果(可多提。步驟3：師生互動完成“探究1”互動方式。步驟4：教師通過例題講解總結(jié)磁通量的分析和計算方法。1831年，英國物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)了“磁生電”的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫做電磁感應(yīng)，產(chǎn)生的電流叫做感應(yīng)電流．。條形磁鐵、通電導(dǎo)線周圍的磁場都是非勻強(qiáng)磁場，通常只對穿過其中的線圈的磁通量進(jìn)行定性分析，分析時應(yīng)兼顧磁場強(qiáng)弱、線圈面。1．如圖4－1－3所示，通有恒定電流的導(dǎo)線MN與閉合金屬框共面，第一次將金屬框由Ⅰ平移到Ⅱ，第

　　

【正文】 置由靜止開始在重力作用下運(yùn)動，運(yùn)動過程中 Q端始終在 OC上，空間存在著垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場，則在 PQ桿滑動的過程中，下列判斷正確的是 ( ) A．感應(yīng)電流的方向始終是 由 P→ Q B. 感應(yīng)電流的方向先是由 P→ Q，后是由 Q→ P C. PQ 受磁場力的方向垂直桿向左 D. PQ 受磁場力的方向先垂直于桿向左，后垂直于桿向右 【解析】 金屬桿 PQ滑動過程中，回路 POQ 面積先增大，后減小，因此通過回路的磁通量向外且先增大，后減?。衫愦味煽膳袛喑龌芈分懈袘?yīng)電流方向先是順時針，后是逆時針，選項 B 正確；金屬桿 PQ所受磁場力方向可由左手定則判斷，當(dāng)回路中感應(yīng)電流方向是順時針時， PQ 受磁場力的方向垂直于桿向左，當(dāng)回路中感應(yīng)電流方向是逆時針時， PQ 受磁場力的方向垂直于桿向右，選項 D 正確 ． 【答案】 BD 圖 4－ 3－ 19 8．如圖 4－ 3－ 19 所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為 B、方向豎直向上的勻強(qiáng)磁場中，有一質(zhì)量為 m、阻值為 R 的閉合矩形金屬線框 abcd用絕緣輕質(zhì)細(xì)桿懸掛在 O 點，并可繞 O 點擺動．金屬線框從右側(cè)某一位置靜止開始釋放，在擺動到左側(cè)最高點的過程中，細(xì)桿和金屬線 框平面始終處于同一平面，且垂直紙面．則線框中感應(yīng)電流的 方向是 ( ) A． a→ b→ c→ d→ a B． d→ c→ b→ a→ d C．先是 d→ c→ b→ a→ d，后是 a→ b→ c→ d→ a D．先是 a→ b→ c→ d→ a，后是 d→ c→ b→ a→ d 【解析】 由楞次定律可知，在線框從右側(cè)擺動到 O 點正下方的過程中，向上的磁通量減小，故感應(yīng)電流的方向沿 d→ c→ b→ a→ d，在線框從 O 點正下方向左側(cè)擺動的過程中，向上的磁通量增大，故感應(yīng)電流的方向沿 d→ c→ b→ a→ B 正確． 【答案】 B 9． (2021遵義四中高二期末 )現(xiàn)將電池組、滑動變阻器、帶鐵芯的線圈 A、線圈 B、電流表、開關(guān)如圖 4－ 3－ 20 連接．在開關(guān)閉合、線圈 A 放在線圈 B 中的情況下，某同學(xué)發(fā)現(xiàn)他將滑動變阻器的滑動端 P 向左加速滑動時，電流表指針向右 偏轉(zhuǎn)，由此可以判斷 ( ) 圖 4－ 3－ 20 A．線圈 A 向上移動或滑動變阻器的滑動端 P 向右加速滑動都能引起電流表指針向左偏轉(zhuǎn) B．線圈 A 中鐵芯向上拔出或斷開開關(guān)，都能引起電流表指針向右偏轉(zhuǎn) C．滑動變阻器的滑動端 P 勻速向右或向左滑動都能使電流表指針靜止在中央 D．因線圈 A、線圈 B 的繞線方向未知，故無法判斷電流表指針偏轉(zhuǎn)的方向 【解析】 將滑動變阻器的滑動端 P 向左滑動時，線圈 A 中的電流減小，穿過線圈 B 的磁通量減少，電流表指針向右偏轉(zhuǎn)．線圈 A向上移動或 線圈 A中鐵芯向上拔出或斷開開關(guān)，都能使穿過線圈 B的磁通量減少，引起電流表指針向右偏轉(zhuǎn)，選項 A錯誤， B 正確；滑動變阻器的滑動端 P 勻速向右或向左滑動使穿過線圈 B 的磁通量減少或增多，使電流表指針向右偏轉(zhuǎn)或向左偏轉(zhuǎn)，選項 C、 D 錯誤． 【答案】 B 圖 4－ 3－ 21 10．如圖 4－ 3－ 21，粗糙水平桌面上有一質(zhì)量為 m 的銅質(zhì)矩形線圈．當(dāng)一豎直放置的條形磁鐵從線圈中線 AB正上方等高快速經(jīng)過時，若線圈始終不動，則關(guān)于線圈受到的支持力 FN 及在水平方向運(yùn)動趨勢的正確判 斷是 ( ) A． FN 先小于 mg 后大于 mg，運(yùn)動趨勢向左 B． FN 先大于 mg 后小于 mg，運(yùn)動趨勢向左 C． FN 先小于 mg 后大于 mg，運(yùn)動趨勢向右 D． FN 先大于 mg 后小于 mg，運(yùn)動趨勢向右 【解析】 條形磁鐵從線圈正上方等高快速經(jīng)過時，通過線圈的磁通量先增加后又減?。?dāng)通過線圈磁通量增加時．為阻礙其增加，在豎直方向上線圈有向下運(yùn)動的趨勢，所以線圈受到的支持力大于其重力．在水平方向上有向右運(yùn)動的趨勢；當(dāng)通過線圈的磁通量減小時，為阻礙其減小，在豎直方向上線圈有向上運(yùn)動的趨勢，所以線圈受到的支持力小于其重力，在水 平方向上有向右運(yùn)動的趨勢．綜上所述，線圈所受到的支持力先大于重力后小于重力，運(yùn)動趨勢總是向右． 【答案】 D 11. 圖 4－ 3－ 22 如圖 4－ 3－ 22所示，金屬環(huán) A 用輕繩懸掛，與長直螺線管共軸，并位于其左側(cè)，若變阻器滑片 P 向左移動，則金屬環(huán) A 將向 ________(選填 “ 左 ” 或 “ 右 ” )運(yùn)動，并有 ______(選填 “ 收縮 ” 或 “ 擴(kuò)張 ” )趨勢． 【解析】 變阻器滑片 P向左移動，電阻變小，電流變大，根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流的磁場方向與電流磁場方向相反，相互排 斥，則金屬環(huán) A 將向左移動，因磁通量增大，金屬環(huán) A 有收縮趨勢． 【答案】 左 收縮 12．按圖 4－ 3－ 23 所示的裝置進(jìn)行實驗 (A 和 B 都是很輕的鋁環(huán)，環(huán) A 是閉合的，環(huán) B 是斷開的， A、 B 之間的連接桿是絕緣的 )．當(dāng)磁鐵的任意一極迅速靠近或遠(yuǎn)離 A 環(huán)時，你會看到什么現(xiàn)象？如果將磁鐵迅速靠近或遠(yuǎn)離 B 環(huán)，又會看到什么現(xiàn)象？請你用學(xué)過的物理知識來解釋這些現(xiàn)象． 圖 4－ 3－ 23 【解析】 用磁鐵的任意一極 (如 N極 )靠近 A環(huán)時，通過 A 環(huán)中的磁通量增加，根據(jù)楞次定律， A 環(huán)中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，阻礙磁鐵與A 環(huán)靠近， A 環(huán)將遠(yuǎn)離磁鐵；同理，當(dāng)磁極遠(yuǎn)離 A 環(huán)時， A 環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電流的方向?qū)⒆璧K A 環(huán)與磁鐵遠(yuǎn)離， A 環(huán)將靠近磁鐵．由于 B 環(huán)是斷開的，無論磁鐵靠近還是遠(yuǎn)離 B 環(huán)，都不會在 B 環(huán)中形成感應(yīng)電流，所以 B 環(huán)將不移動． 【答案】 見解析 4 法拉第電磁感應(yīng)定律 ● 課標(biāo)要求 1．舉例說明電磁感應(yīng)在生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用． 2．理解法拉第電磁感應(yīng)定律． ● 課標(biāo)解讀 1．知道什么叫感應(yīng)電動勢． 2．知道磁通量的變化率是表示磁通量變化快慢的物理量，并能區(qū)別 Φ、 ΔΦ 和 ΔΦΔt . 3．理解法拉第電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容及數(shù)學(xué)表達(dá)式． 4．知道公式 E＝ Blvsin θ的推導(dǎo)過程． 5．會用 E＝ nΔΦΔt和 E＝ Blvsin θ解決問題． 6．感悟從不同物理現(xiàn)象中抽象出個性與共性問題的方法，培養(yǎng)學(xué)生對不同事物進(jìn)行分析，找出共性與個性的辯證唯物主義思想． ● 教學(xué)地位 本節(jié)知識是高中物理的重點知識，也是高考的重點，既有單獨考查，又有與其它知識的綜合考查，本節(jié)知識還是后續(xù)電學(xué)知 識的基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)時應(yīng)引起足夠的重視． ● 新課導(dǎo)入建議 如圖教 4－ 4－ 1 所示是某同學(xué)設(shè)計的用來測定風(fēng)速的簡易裝置，根據(jù)你所學(xué)的知識感覺這個裝置能否用來測量風(fēng)速？其基本原理是什么？通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，就可以解決這些問題． 圖教 4－ 4－ 1 ● 教學(xué)流程設(shè)計 課前預(yù)習(xí)安排： 1．看教材 2．填寫【課前自主導(dǎo)學(xué)】 (同學(xué)之間可進(jìn)行討論 )?步驟 1：導(dǎo)入新課，本節(jié)教學(xué)地位分析 ?步驟 2：老師提問，檢查預(yù)習(xí)效果 (可多提問幾個學(xué)生 )?步驟 3：師生互動完成 “ 探究 1” 互動方式 (除例 1 外可再變換命題角度，補(bǔ)充一個例題以拓展學(xué)生思路 ) ? 步驟 7：完成 “ 探究 3” (方式同完成 “ 探究 1” 相同 )?步驟 6：師生互動完成 “ 探究 2” (方式同完成 “ 探究 1” 相同 )?步驟 5：讓學(xué)生完成【遷移應(yīng)用】，檢查完成情況并點評 ?步驟 4：教師通過例題講解 ΔΦ 、 Φ、 ΔΦΔt的區(qū)別 ? 步驟 8：完成 “ 探究 4” (重在講解規(guī)律總結(jié) )?步驟 9：指導(dǎo)學(xué)生完成【當(dāng)堂雙基達(dá)標(biāo)】，驗證學(xué)習(xí)情況 ?步驟 10：先由學(xué)生自己總結(jié)本節(jié)的主要知識，教 師點評，安排學(xué)生課下完成【課后知能檢測】 課 標(biāo) 解 讀 重 點 難 點 ． ——法拉第電磁感應(yīng)定律．并能夠運(yùn)用法拉第電磁感應(yīng)定律定量計算感應(yīng)電動勢的大?。? E＝ Blv 或 E＝ Blvsin θ 計算導(dǎo)體切割磁感線時的感應(yīng)電動勢． . ． (重點 ) E＝ Blv⊥ . (重點 ) ． (難點 ) ． (難點 ) 法拉第電磁感應(yīng)定律 (1)感應(yīng)電動勢 ① 在 電磁感應(yīng) 現(xiàn)象中產(chǎn)生的電動勢． ② 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的那部分導(dǎo)體相當(dāng)于 電源． (2)法拉第電磁感應(yīng)定律 ① 內(nèi)容：閉合電路中感應(yīng)電動勢的大小，跟穿過這一電路的 磁通量的變化率 成正比． ② 表達(dá)式： E＝ nΔΦΔt . ③ 符號意義： n 是 線圈匝數(shù) ， ΔΦΔt 是 磁通量的變化率． 2． 思考判斷 (1)穿過某閉合線圈的磁通量的變化量越 大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也越大． ( ) (2)感應(yīng)電動勢的方向可用右手定則或楞次定律判斷． (√ ) (3)穿過閉合回路的磁通量最大時，其感應(yīng)電動勢一定最大． ( ) 3． 探究交流 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的條件是什么？ 【提示】 不管電路是否閉合，只要穿過電路的磁通量發(fā)生變化，電路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 . 導(dǎo)線切割磁感線時的感應(yīng)電動勢 (1)磁場方向、導(dǎo)體棒與導(dǎo)體棒運(yùn)動方向三者兩兩垂直時： E＝ Blv. (2)如圖 4－ 4－ 1 所示，導(dǎo)體棒與磁場方向垂直，導(dǎo)體棒 的運(yùn)動方向與導(dǎo)體棒本身垂直，但與磁場方向夾角為 θ時， E＝ Blvsin_θ. 圖 4－ 4－ 1 2． 思考判斷 (1)對于 E＝ Blv 中的 B、 l、 v 三者必須相互垂直． (√ ) (2)導(dǎo)體棒在磁場中運(yùn)動速度越大，產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢一定越大． ( ) (3)當(dāng) B、 l、 v 三者大小、方向均不變時，在 Δt 時間內(nèi)的平均感應(yīng)電動勢和它在任意時刻產(chǎn)生的瞬時感應(yīng)電動勢相同． (√ ) 3． 探究交流 如圖 4－ 4－ 2 所示，一邊長為 L 的正方形導(dǎo)線框 abcd 垂直于磁感線，以速度 v 在勻強(qiáng)磁場中向 右運(yùn)動，甲同學(xué)說：由法拉第電磁感應(yīng)定律可知， 圖 4－ 4－ 2 這時穿過線框的磁通量的變化率為零，所以線框中感應(yīng)電動勢應(yīng)該為零，乙同學(xué)說線框中 ad 和 bc 邊均以速度 v 做切割磁感線運(yùn)動，由 E＝ BLv 可知，這兩條邊都應(yīng)該產(chǎn)生電動勢且 Ead＝ Ebc＝ BLv，他們各執(zhí)一詞，到底誰說的對呢？ 【提示】 這兩個同學(xué)說的并不矛盾，雖然 ad 邊與 bc邊都產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，但由于方向相反，相當(dāng)于兩個電源并聯(lián)沒有對外供電，所以整個回路的電動勢為零．可見，用法拉第電磁感應(yīng)定律求出 的是整個回路的感應(yīng)電動勢，而用 E＝ BLv 求的是回路中做切割磁感線的那部分導(dǎo)體產(chǎn)生的電動勢 . 反電動勢 (1)定義：電動機(jī)轉(zhuǎn)動時，由于切割磁感線，線圈中產(chǎn)生的 削弱 電源電動勢作用的電動勢． (2)作用： 阻礙 線圈的轉(zhuǎn)動． 2． 思考判斷 (1)電動機(jī)通電轉(zhuǎn)動，電動機(jī)中出現(xiàn)的感應(yīng)電動勢為反電動勢，反電動勢會阻礙線圈的運(yùn)動． (√ ) (2)電動機(jī)正常工作時，反電動勢會加快線圈的運(yùn)動． ( ) (3)電動機(jī)工作中由于機(jī)械阻力過大而停止轉(zhuǎn)動，就沒有了反電動 勢，線圈中的電流會很大，很容易燒毀電動機(jī)． (√ ) 3． 探究交流 電動機(jī)工作時，加在電動機(jī)上的電壓 U 和流經(jīng)電動機(jī)的電流 I 及電動機(jī)線圈電阻 r 三者之間是否滿足 I＝ Ur？ 【提示】 電動機(jī)轉(zhuǎn)動時其線圈中要產(chǎn)生一個反電動勢 U′ ，加在線圈電阻上的電壓 Ur遠(yuǎn)小于 U，所以 I＝ Ur不成立．此時線圈中的電流 I＝ U－ U′r . ΔΦ、 Φ、 ΔΦΔt的比較 【問題導(dǎo)思】 1．面積為 S 的平面垂直于磁場放置，將此面翻轉(zhuǎn) 180176。，穿過此面的磁通量是否發(fā)生變化？ 2． ΔΦ較小時，是否說明 ΔΦΔt 也較?。? 3．決定 Φ、 ΔΦ、 ΔΦΔt大小的因素是什么？ 物理量 單位 物理意義 計算公式 磁通量的 變化率 ΔΦΔt Wb/s 表示穿過某一面積的磁通量變化的快慢 ΔΦΔt ＝??? BΔSΔtΔBΔtS 1． Φ、 ΔΦ、 ΔΦΔt 均與線圈匝數(shù)無關(guān)． 2．磁通量和磁通量的變化率的大小沒有直接關(guān)系， Φ很大時， ΔΦΔt 可能很小，也可能很大； Φ＝ 0 時， ΔΦΔt 可能不為零． 有一個 100匝的線圈，其橫截面是邊長為 L＝ m 的正方形，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度 B＝ T 的勻強(qiáng)磁場中，線圈平面與磁場垂直．若將這個線圈橫截面的形狀在 5 s內(nèi)由正方形改變成圓形 (橫截面的周長不變 )，在這一過程中穿過線圈的磁通量改變了多少？磁通量的變化率是多少？線圈的感應(yīng)電動勢是多少？ 【審題指導(dǎo)】 解答本題時應(yīng)注意以下幾點： (1)周長相同的所有形狀中，圓形的面積最大． (2)磁通量的變化率并不等同于電動勢． 【解析】 線圈橫截面是正方形時的面積 S1＝ L2＝ ()2 m2＝ 10－ 2 m2. 穿過線圈的磁通量 Φ1＝ BS1＝ 10－ 2 Wb＝ 10－ 2 Wb 截面形狀為圓形時，其半徑 r＝ 4L/2π＝ 2L/π 截面積大小 S2＝ π(2L/π)2＝ 4/25π m2 穿過線圈的磁通量： Φ2＝ BS2＝ 4/25π Wb＝ 2． 55 10－ 2 Wb 所以，磁通量的變化量 ΔΦ＝ Φ2－ Φ1＝ (－ ) 10－