物理选修32.docx

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物理选修32

物理选修3-2

第一章电磁感应

【学习目标】

1．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；学习法拉第等科学家的优秀品质。

2．通过观察和实验，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。

3．通过探究，理解楞次定律；理解法拉第电磁感应定律。

培养空间思维能力和通过观察、实验得出物理规律的能力。

4．通过实验，了解自感现象和涡流现象；能举例说明自感现象和涡流现象在生活和生产中的应用。

知道反电动势的概念，了解电磁感应中的能量守恒。

第1节电磁感应现象的发现

第2节感应电流产生的条件

【学习目标】

1．了解电磁感应的发现过程，认识电磁感应现象发现的时代背景和思想历程。

体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神；学习法拉第等科学家的优秀品质，促成学科学、用科学为人类服务的意识。

2．正确认识科学发现不仅需要艰辛的劳动，而且需要具有敏锐深邃的科学洞察力、丰富的直觉和善于创新的优良品质。

3．知道电磁感应现象和感应电流。

4．通过实验探究，总结感应电流产生的条件。

5．学习从物理现象和实验中归纳科学规律，认识归纳法是科学研究的一种重要的方法。

【阅读指导】

1．1820年，从实验中发现了电流的磁效应，引起了科学界的关注，形成了对电磁现象研究的热潮。

不少物理学家根据对称性的思考，提出既然电能产生磁，是否磁也能产生电呢？

法拉第经历了长达年的探索，终于获得了成功，于1831年证实了“磁生电”现象的存在，他在论文中将“磁生电”现象分为五类：

（1）_________________；

（2）______________：

（3）______________；（4）______________；（5）______________。

并把这些现象正式定名为“电磁感应”。

由电磁感应现象产生的电流叫。

2．教材P5图1-2-1（a）实验中，导线在运动时是磁感线的，电路中出现了电流；而在（b）实验中，导线是沿着磁感线方向运动的，即导线没有做切割磁感线的运动，电路中电流。

实验和理论表明：

当闭合电路的一部分导体在磁场中做____________的运动时，电路中有感应电流产生。

3．在法拉第的有些实验中，导体并没有做的运动，但闭合电路中出现了感应电流。

教材P6图1-2-2实验中，当开关接通和断开瞬间，螺线管与电流计构成的电路中_____（选填“有”或“没有”）感应电流产生，当滑动变阻器滑动时，螺线管与电流计构成的电路中（选填“有”或“没有”）感应电流产生。

当滑动变阻器快速滑动时，螺线管与电流计构成的电路中产生的感应电流。

4．大量实验证实，穿过闭合电路的发生变化时，这个闭合电路中就有感应电流产生。

5．磁通量是指穿过某一面积的，用字母表示，单位是，用字母表示。

6．在匀强磁场（磁感应强度为B）中，当线圈平面（面积为S）与磁感线垂直时，Φ=；当线圈平面与磁感线平行时，Φ=。

7．面积是0.50m2的导线环，处于磁感强度为2.0×10-2T的匀强磁场中，环面与磁场垂直，穿过导线环的磁通量等于_________Wb；若环面与磁场平行，则导线环的磁通量等于_______Wb。

8．将面积为0.75m2的线圈放在匀强磁场中，线圈平面与磁感线垂直，已知穿过线圈平面的磁通量是1.50Wb，那么这个磁场的磁感强度是_______T。

【课堂练习】

★夯实基础

1．把一个面积为5×10-2m2的单匝矩形线圈放在磁感应强度为2.0×10-2T的匀强磁场中，当线圈平面与磁感线方向垂直时，穿过线圈的磁通量是多大？

2．将面积是0.5m2的导线环放入匀强磁场中，环面与磁场方向垂直。

已知穿过这个导线环的磁通量是2.0×10-2Wb。

求磁场的磁感应强度。

3．如图所示，在垂直于纸面的范围足够大的匀强磁场中，有一个矩形线圈abcd，线圈平面与磁场垂直，O1O2和O3O4都是线圈的对称轴，使说明应使线圈怎样运动才能使其中产生感生电流?

O2

4．处于磁场中一个闭合线圈没有产生感应电流，则可断定（）

A．线圈未在磁场中运动B．线圈未切割磁感线

C．磁场未发生变化D．穿过线圈的磁通量未发生变化

5．关于各个单位间的关系，下列正确的是（）

A．1T=1Wb/m2B．1T=1Wb/m

C．1T=1N/（A·m）D．1T=1N·s/（C·m）

6．关于产生感应电流的条件，下列说法中正确的是（）

A．只要闭合电路在磁场中运动，闭合电路中就一定有感应电流

B．只要闭合电路中有磁通量，闭合电路中就有感应电流

C．只要导体做切割磁感线运动，就有感应电流产生

D．只要穿过闭合电路的磁感线条数发生变化，闭合电路中就有感应电流

7．如图所示，矩形线圈与磁场垂直，且一半在匀强磁场内，一半在匀强磁场外，下述过程中使线圈产生感应电流的是（）

A．以bc为轴转动45°

B．以ad为轴转动45°

C．将线圈向下平移

D．将线圈向上平移

8．如图所示，匀强磁场区域宽度为l，现有一边长为d（d>l）的矩形金属框以恒定速度v向右通过磁场区域，该过程中有感应电流的时间总共为（）

A．

B．

C．

D．

9．矩形线框放在匀强磁场中，如图所示，线框运动和线框中产生的感应电流的关系，下列说法中正确的是（）

B

A．线框向上运动，离开磁场时，磁通量发生变化，线框中有感应电流

B．线框向下运动，离开磁场时，磁通量发生变化，线框中有感应电流

C．线框在磁场中向左运动，竖直边切割磁感线，线框中有感应电流

D．线框在磁场中向右运动，竖直边切割磁感线，线框中没感应电流

★提升能力

1．有关磁通量Φ，下列说法正确的是（）

A．磁通量越大，表示磁感应强度越大

B．面积越大，穿过它的磁通量也越大

C．穿过单位面积的磁通量等于磁感应强度

D．磁通密度在数值上等于磁感应强度

2．有一矩形线圈，面积为S，匝数为n，将它置于匀强磁场中，且使线圈平面与磁感线方向垂直，设穿过该线圈的磁通量为Φ，则该匀强磁场的磁感应强度大小为（）

A．Φ/（nS）B．nΦ/SC．Φ/SD．无法判断

3．如图所示，有一根通电的长直导线MN中通有恒定的电流I，一闭合线圈从直导线的左侧平移到右侧的过程中，穿过线圈磁通量的变化情况是（）

A．先增大后减小

B．先减小后增大

C．增大、减小、增大、减小

D．减小、增大、减小、增大

4．如图所示，一个小矩形线圈从高处自由落下，进入较小的有界匀强磁场，线圈平面和磁场保持垂直，设线圈下边刚进入磁场到上边刚接触磁场为A过程；线圈全部进入磁场内运动为B过程；线圈下边出磁场到上边刚出磁场为C过程。

在A、B、C三个过程中（）

A．只在A过程中，线圈的机械能不变

B．只在B过程中，线圈的机械能不变

C．只在C过程中，线圈的机械能不变

D．在A、B、C过程中，线圈机械能都不变

5．如图所示，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分别为△Φ1和△Φ2，则（）

A．△Φ1>△Φ2B．△Φ1=△Φ2

C．△Φ1<△Φ2D．不能判断

7．如图所示，两个同心放置的共面金属圆环a和b，套在条形磁铁上，环面与条形磁铁垂直，则穿过两环的磁通量Φa和Φb的大小关系为（）

A．Φa>ΦbB．Φa=Φb

C．Φa<ΦbD．无法判断

8．下列说法正确的是（）

A．磁通量越大，磁通量的变化也越大

B．磁通量变化越大，磁通量变化率也越大

C．磁通量的变化率越大，磁通量变化得越快

D．磁通量等于零时，磁通量的变化率也为零

9．如图所示的装置中，若光滑金属导轨上的金属杆ab发生移动，其原因可能是（）

A．突然将S闭合

B．突然将S断开

C．闭合S后，减小电阻R的阻值

D．闭合S后，增大电阻R的阻值

第3节法拉第电磁感应定律

【学习目标】

1．知道感应电动势，知道表示磁通量、磁通量变化及其变化快慢的物理量Φ、△Φ、△Φ/△t的含义及它们的区别。

2．理解法拉第电磁感应定律的内容和数学表达式；能推导出

；弄清

和

的区别和联系并能应用它们解决问题。

3．了解电磁感应定律对科技和人类思想发展的意义。

【阅读指导】

1．在闭合电路中要形成电流，必须有能量提供给形成电流的带电粒子，而_________就起了这样的作用。

2．穿过闭合电路的发生了变化，闭合电路中就会产生感应电流，这说明电路中一定存在一种电动势。

由电磁感应产生的电动势，叫。

它的大小与磁通量的__________有关。

3．在电磁感应现象里，不管电路是否闭合，只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就有感应电动势。

如果电路是闭合的，就有，如果电路是断开的就没有，但仍然存在。

4．设在一定的时间△t之内穿过电路磁通量的变化为△Φ，则比值就能说明磁通量变化的快慢，这个比值叫做磁通量的变化率，数值上等于单位时间内磁通量的变化量。

电路中感应电动势的大小，跟穿过这个电路的磁通量的变化率成，这就是法拉第电磁感应定律。

5．设t1时刻穿过闭合电路的磁通量为Φ1，t2时刻穿过闭合电路的磁通量为Φ2，则在时间△t=t2-t1内磁通量的变化量为△Φ=，磁通量的变化率为。

6．在实际应用中，为了获得较大的感应电动势，常常采用多匝线圈。

设产生感应电动势线圈有n匝，且穿过线圈的磁通量变化率相同，由于线圈可以看成是n个单匝线圈串联而成，因此整个线圈中的感应电动势是单匝线圈的n倍，即

7．导线长度为L，匀强磁场的磁感应强度为B，若导线垂直于磁场以速度v切割磁感线运动，产生的感应电动势为，当导体运动速度方向与磁场有一夹角α时，产生的感应电动势为。

8．如图所示，导线在磁场中运动

（1）在图上标出导线向下运动时感应电流的方向。

（2）当导线向下运动速度加快时，感应电流怎样变化？

为什么？

（3）当导线不动时，换磁性较强的磁铁的瞬间，导线中有无感应电流，为什么？

（4）当导线平行于磁感线方向运动时，感应电流怎样？

为什么？

（5）当导线停留在磁场中不动时，有无感应电流？

为什么？

9．电磁感应对科学技术发展的重要意义在和这两种完全不同的运动形式之间架起了连接桥梁和转换枢纽。

正是电磁感应的发现，使人们认识到导体在磁场中的运动可产生感应电动势，发明了把机械能转化为电能；正是电磁感应的发现，使人们认识到变化的磁场可以产生感应电动势，发明了，解决了电能远距离传输中的能量损耗问题；正是电磁感应的发现，提供了制造的原理，反过来把电能转化成机械能。

电磁感应被广泛地应用于各种电路控制器件制造、各种传感器电子技术和信息技术之中，为生产、生活和科研等各个领域的、、___________奠定了基础。

【课堂练习】

★夯实基础

1．闭合电路中，感应电动势的大小与穿过它的（）

A．磁通量成正比B．磁通变化量成正比

C．磁通量变化率成正比D．磁感强度成正比

2．一条长l=0.20m的直导线在磁感应强度为B的匀强磁场中，以v=3.0m/s的速度做切割磁感线运动时，导线中产生了感应电动势，其大小为E=0.30V。

若l、v、B三者互相垂直，则B的大小为（）

A．0.50TB．0.20TC．0.30TD．0.18T

3．穿过一个电阻为1Ω的单匝闭合线圈的磁通量始终是每秒钟均匀地减小2Wb，则（）

A．线圈中的感应电动势一定是每秒减小2V

B．线圈中的感应电动势一定是2V

C．线圈中的感应电流一定是每秒减小2A

b

D．线圈中的感应电流一定是2A

4．如图所示，一段直导线ab放在匀强磁场中，导线长为20cm，磁感应强度为0.50T，导线以方向和导线垂直、大小为5.0m/s的速度做切割磁感线运动时，a、b两端中　　　端电势较高，电势差为　　　；如果将导线在纸面内转过30°角，保持速度的大小不变，方向仍跟导线垂直，做切割磁感线运动，a、b两端的电势差为。

5．一段直导线放在匀强磁场中，直导线做如图所示四种运动时，在直导线两端点间出现电势差的是（）

B

6．如图所示，矩形线框在磁场中做各种运动，在图示位置时，其中有感应电流产生的是（）。

请将感应电流方向标在图上。

ABCD

S

7．如图所示，设匀强磁场的磁感应强度为0.10T，边长为40cm的正方形线框以5.0m/s的速度向左匀速运动，移出磁场，整个线框的电阻是0.50Ω。

求：

（1）线框中产生的感应电动势的大小。

（2）线框中产生的电功率的大小。

★提升能力

1．如图所示，矩形闭合导线与匀强磁场垂直，一定产生感应电流的是（）

A．垂直于纸面平动B．以一条边为轴转动

C．线圈形状逐渐变为圆形D．沿与磁场垂直的方向平动

2．关于感应电流的产生，下列说法中正确的是（）

A．只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生

B．穿过螺线管的磁通量变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生

C．线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量变化，线框中也没有感应电流

D．只要电路的一部分做切割磁感线运动，电路中就一定有感应电流

3．关于电磁感应产生感应电动势大小的正确表述是（）

A．穿过导体框的磁通量为零的瞬间，线框中的感应电动势有可能很大

B．穿过导体框的磁通量越大，线框中感应电动势一定越大

C．穿过导体框的磁通量变化量越大，线框中感应电动势一定越大

D．穿过导体框的磁通量变化率越大，线框中感应电动势一定越大

4．穿过一个单匝线圈的磁通量始终保持每秒钟均匀地减少2Wb，则（）

A．线圈中感应电动势每秒钟增加2V

B．线圈中感应电动势每秒钟减少2V

C．线圈中无感应电动势

D．线圈中感应电动势保持不变

5．有一个n匝的圆形线圈，放在磁感应强度为B的匀强磁场中，线圈平面与磁感线成30°角，磁感应强度均匀变化，线圈导线的规格不变，下列方法可使线圈中的感应电流增加一倍的是（）

A．将线圈匝数增加一倍

B．将线圈面积增加一倍

C．将线圈半径增加一倍

D．将线圈平面转至跟磁感线垂直的位置

6．在竖直向下的匀强磁场中，将一水平放置的金属棒以水平速度沿与棒垂直的方向抛出，设棒在运动过程中不发生转动，空气阻力不计，则金属棒在做平抛运动的过程中产生的感应电动势（）

A．越来越大B．越来越小C．保持不变D．无法判断

7．闭合的金属环处于随时间均匀变化的匀强磁场中，磁场方向垂直于圆环平面，则（）

A．环中产生的感应电动势均匀变化

B．环中产生的感应电流均匀变化

C．环中产生的感应电动势保持不变

D．环上某一小段导体所受的安培力保持不变

8．如图所示，先后以速度v1和v2匀速把一矩形线圈拉出有界的匀强磁场区域，v2=2v1，在先后两种情况下（）

A．线圈中的感应电流之比I1:

I2=2:

l

B．作用在线圈上的外力大小之比F1:

F2=1:

2

C．线圈中产生的焦耳热之比Q1:

Q2=1:

4

D．通过线圈某截面的电荷量之比q1:

q2=1:

2

9．如图所示，PQRS为一正方形导线框，它以恒定速度向右进人以MN为边界的匀强磁场，磁场方向垂直线框平面，MN线与线框的边成45°角，E、F分别是PS和PQ的中点。

关于线框中的感应电流，正确的说法是（）

A．当E点经过边界MN时，线框中感应电流最大

B．当P点经过边界MN时，线框中感应电流最大

C．当F点经过边界MN时，线框中感应电流最大

D．当Q点经过边界MN时，线框中感应电流最大

10．如图所示，在磁感应强度为0.2T的匀强磁场中，有一长为0.5m的导体AB在金属框架上以10m/s的速度向右滑动，R1=R2=20Ω，其他电阻不计，则流过AB的电流是________。

第10题图第11题图

11．如图所示，在匀强磁场中，有一接有电容器的导线回路，已知C=30μF，L1=5cm，L2=8cm，磁场以5×10-2T／s的速率均匀增强，则电容器C所带的电荷量为________C。

12．如图所示，矩形线圈的匝数n=100匝，ab边的边长L1=0.4m，bc边的边长L2=0.2m，在磁感应强度B=0.1T的匀强磁场中绕OO'以角速度ω=100πrad/s匀速转动，从图示位置开始，转过180°的过程中，线圈中的平均电动势多大?

若线圈闭合，回路的总电阻R=40Ω，则此过程中通过线圈导线某一截面的电荷量有多少?

13．如图所示，倾角θ=30°，宽度L=1m的足够长的U形平行光滑金属导轨，固定在磁感应强度B=1T，范围足够大的匀强磁场中，磁场方向与导轨平面垂直。

用平行于导轨、功率恒为6W的牵引力F牵引一根质量m=０.2kg，电阻R=1Ω放在导轨上的金属棒ab，由静止开始沿导轨向上移动（ab始终与导轨接触良好且垂直），当ab棒移动2.8m时获得稳定速度，在此过程中，金属棒产生的热量为5.8J（不计导轨电阻及一切摩擦，g取10m／s2），求：

（1）ab棒的稳定速度；

（2）ab棒从静止开始达到稳定速度所需时间。

第4节楞次定律

【学习目标】

1．通过观察和探究，总结出判断感应电流方向的一般规律，并分析推理，总结出楞次定律。

体会归纳法是一种科学探究的重要方法。

理解楞次定律的实质，会应用右手定则和楞次定律，判断感应电流方向。

2．通过实验探究，提高观察现象、发现和分析问题的能力，养成实事求是、尊重科学的态度。

【阅读指导】

1．当闭合电路的一部分导体做切割磁感线的运动时，导体中产生感应电流的方向可用__________来判断，将右手手掌伸平，使大拇指与其余并拢的四指垂直，并与手掌在同一平面内，让磁感线从手心穿入，大拇指指向导体的方向，这时四指的指的就是__________的方向。

2．当闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中会产生感应电流，产生感应电流的方向可用来判断，判断可归纳为4个步骤，①引起电磁感应的方向；②________如何变化；③的方向（若磁通量增加，则感应电流磁场的方向与原磁场的方向相反；若磁通量减小，则感应电流磁场的方向与原磁场的方向相同）；④的方向（用右手螺旋定则判断感应电流的方向，即大拇指指向磁感线的方向，弯曲的四指指向感应电流的方向）。

3．你怎么理解楞次定律中的“阻碍”二字。

【课堂练习】

★夯实基础

1．如图所示，在匀强磁场中，导体ab与光滑导轨紧密接触，ab在向右的拉力F作用下以速度v做匀速直线运动，当电阻R的阻值增大时，若速度v不变，则（）

A．F的功率减小B．F的功率增大

C．F的功率不变D．F的大小不变

2．如图所示，在匀强磁场中，两根平行的金属导轨上放置两条平行的金属棒ab和cd，假定它们沿导轨运动的速率分别为v1和v2，且v1

A．ab和cd都向右运动

B．ab和cd都向左运动

C．ab向右、cd向左做相向运动

D．ab向左、cd向右做背向运动

3．关于楞次定律的下列说法正确的是（）

A．感应电流的磁场方向总是与原磁场的方向相反

B．感应电流的磁场方向总是与原磁场的方向相同

C．感应电流的磁场方向取决于磁通量是增大还是减小

D．感应电流的磁场总是阻碍原来磁场的变化

4．如图所示，匀强磁场垂直圆形线圈指向纸内，a、b、c、d为圆形线圈上等距离的四点，现用外力在上述四点将线圈拉成正方形，且线圈仍处在原先所在平面内，则在线圈发生形变的过程中（）

A．线圈中将产生a→b→c→d→a方向的感应电流

B．线圈中将产生a→d→c→b→a方向的感应电流

C．线圈中感应电流方向无法判断

D．线圈中无感应电流

5．两个金属圆环同心放置，当小圆环中通以逆时针方向的电流，且电流不断增大时，大环将（）

A．有向外扩张的趋势

B．有向内收缩的趋势

C．产生顺时针方向感应电流

D．产生逆时针方向感应电流

6．如图所示，AB为固定的通电直导线，闭合导线框P与AB在同一平面内，当P远离AB运动时，它受到AB的作用力是（）

A．零

B．引力，且逐渐减小

C．引力，且大小不变

D．斥力，且逐渐变小

7．异步电动机模型如图所示，蹄形轻磁铁和矩形线框abcd均可绕竖直轴转动。

现使磁铁沿逆时针方向保持匀速转动（从上往下看），则线框的运动情况是（）

A．线框沿逆时针方向（从上往下看）转动

B．线框沿顺时针方向（从上往下看）转动

C．线框由静止开始一直加速转动

D．线框先由静止开始加速转动，后匀速转动

8．如图所示，ab是一个可以绕垂直于纸面的轴O转动的闭合矩形导体线圈，当变阻器R的滑动片P自左向右滑动的过程中，线圈ab将（）

A．静止不动

B．顺时针转动

C．逆时针转动

D．发生转动，但因电源的极性不明，无法确定转动方向

9．如图所示，在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨，导轨跟大线圈M相连，导轨上放一导线ab，磁感线垂直导轨所在平面，欲使M所包围的小闭合线圈N产生顺时针方向的感应电流，则导线ab的运动情况可能是（）

A．匀速向右运动B．加速向右运动

C．减速向右运动D．匀速向左运动

E．加速向左运动F．减速向左运动

10．如图所示，导线框abcd与导线在同一平面内，直导线通有恒定电流I，当线圈由左向右匀速通过直导线时，线圈中感应电流的方向是（）

A．先abcd，dcba，再abcd

B．先abcd，后dcba

C．始终dcba

D．先dcba，后abcd，再dcba

11．如图所示，当条形磁铁向右平移远离螺线管时，通过电流表G的电流方向为________，螺线管受到磁铁给它向________的作用力。

第11题图第12题图第13题图

12．水平桌面上放一闭合铝环，在铝环轴线上方有一条形磁铁，如图所示，当条形磁铁沿轴线竖直向下迅速运动时，铝环有________（填“收缩”或“扩张”）的趋势，铝环对桌面的压力________（填“增大”或“减小”）。

13．如图所示，导线环面积为10cm2，环中接入一个电容器，C=10μF，线圈放在均匀变化的磁场中，磁感线垂直线圈平面，若磁感应强度以0.01T／s的速度均匀减小，则电容器极板所带电荷量为________，其中带正电荷的是________板。

14．如图所示，四根光滑的金属铝杆叠放在绝缘水平面上，组成一个闭合回路，一条形磁铁的S极正对着回路靠近，试分析：

（1）导体杆对水平面的压力怎样变化?

（2）导体杆将怎样运动?

15．圆线圈和导线框都固定在竖直平面内。

圆线圈内的匀强磁场的磁感应强度B1均匀变化，线框中的磁场是磁感应强度B2=0.2T的恒定匀强磁场，导线框是裸导线，导体ab在导线框上可无摩擦地滑动，如图所示，已知ab长度为0.1m，质量为4g，电阻为0.5Ω，回路的其余部分电阻均不计，试求出ab恰保持静止状态时，穿过圆线圈的磁通量的变化率，并确定B1是增强还是减弱?

（g取10m／s2）

★提升能力（１）

1．如图所示，线圈由A位置开始下落，在磁场中受到的磁场力如果总小于重力，则它在A、B、C、D四个位置时，加速度关系为（）

A．aA>aB>aC>aDB．aA=aC>aB>aD

C．aA=aC>aD>aBD．aA>aC>aB=aD

2．两个闭合铝环，挂在一根水平光滑的绝缘杆上，当条形磁铁N极向左插向圆环时（如图