2019-2020学年物理人教版选修3-2（浙江新高考专用）讲义：第四章 电磁感应现象 实验：探究电磁感应的产生条件 Word版含答案.pdf

实验：探究电磁感应的产生条件实验：探究电磁感应的产生条件 知识内容选考要求课时要求 探究电磁感应的产生条件 1.观察电磁感应现象，理解产生感应电流的条件. 2.学会通过现象分析、归纳事物本质，认识实验观 察能力与逻辑思维能力在探究过程中的重要作用. 3.进一步认识磁通量，结合实例对磁通量变化进行 定性与定量分析. 1.实验原理 观察改变磁通量的几种情况，用灵敏电流计判断闭合回路中是否有感应电流产生，归纳产生 感应电流的条件. 2.实验器材 零刻度在中间的灵敏电流计、 蹄形磁铁、 导体棒、 条形磁铁、 大小螺线管各一个、 滑动变阻器、 学生电源、开关、导线. 3.实验步骤 (1)探究实验一：导体切割磁感线运动 按图 1 连接电路. 图 1 导体沿不同方向运动，观察并记录电流计指针偏转情况. AB 的运动方向表针的摆动方向 垂直纸面向里 垂直纸面向外 沿磁感线向上 沿磁感线向下 总结感应电流的产生条件. (2)探究实验二：向线圈中插、抽磁铁 按图 2 连接电路. 图 2 将条形磁铁 N 极向下插入或抽出线圈，观察并记录电流计指针偏转情况. S 极向下，重复的操作. 磁铁的动作指针摆动方向 N 极插入线圈 N 极停在线圈中 N 极从线圈中抽出 S 极插入线圈 S 极停在线圈中 S 极从线圈中抽出 总结产生感应电流的条件. (3)探究实验三：模仿法拉第的实验 按图 3 连接电路. 图 3 调节滑动变阻器，使接入电路的电阻较小，然后观察并记录闭合或断开开关时电流计指针 偏转情况. 保持开关闭合，调节滑动变阻器，观察并记录电流计指针偏转情况. 实验操作指针偏转方向 开关闭合瞬间 开关断开瞬间 开关闭合时，滑动变阻器滑片不动 开关闭合时，移动滑动变阻器的滑片 总结产生感应电流的条件. 4.实验结论 只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流. 5.注意事项 (1)使用磁性较强的磁铁，使用零刻度在中间的灵敏电流计；(2)进行一种操作后，等电流计归 零后再进行下一种操作；(3)滑动变阻器滑片不要移动太快. 一、实验原理与操作 例 1 如图 4 所示是“探究电磁感应的产生条件”的实验装置，当闭合开关后，下列操作中 能使电流计指针发生偏转的是( ) 图 4 A.保持磁铁静止，将导体棒 ab 上下移动 B.保持磁铁静止，将导体棒 ab 左右移动 C.保持导体棒 ab 静止，将磁铁上下移动 D.保持导体棒 ab 静止，将磁铁沿导体棒 ab 方向前后移动 答案 B 解析 保持磁铁静止，将导体棒 ab 上下移动，没有做切割磁感线运动，所以不能产生感应电 流，故 A 错误；保持磁铁静止，将导体棒 ab 左右移动，导体棒切割磁感线，所以产生感应 电流，故 B 正确；保持导体棒 ab 静止，将磁铁上下移动，运动方向与磁感线方向平行，所 以不会切割磁感线，不会产生感应电流，故 C 错误 ； 保持导体棒 ab 静止，将磁铁沿导体棒 ab 方向前后移动，不会切割磁感线，不会产生感应电流，故 D 错误. 例 2 在“研究电磁感应现象”的实验中，所用器材如图 5 所示.它们是灵敏电流计 ； 直 流电源；带铁芯的线圈 A；线圈 B；开关；滑动变阻器(用来控制电流以改变磁场强 弱).试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线). 图 5 答案 连接电路如图所示 例 3 (多选)(2018·牌头中学高二上学期期中)如图 6 所示为模拟法拉第“探究电磁感应的产 生条件”的实物电路，实验器材 ： 灵敏电流计、线圈 A 和线圈 B、滑动变阻器、电源、开关等. 在实验中可能出现的现象有( ) 图 6 A.开关闭合后，线圈 A 插入或抽出都会引起电流计指针偏转 B.开关闭合后，滑动变阻器的滑片 P 滑动，电流计指针会偏转 C.线圈 A 插入线圈 B 中后，开关闭合的瞬间电流计指针会偏转 D.线圈 A 插入线圈 B 中后，开关断开的瞬间电流计指针不会偏转 答案 ABC 解析 由于开关闭合后，线圈 A 插入或抽出，滑片 P 滑动，或线圈 A 插入线圈 B 中后，开关 闭合或断开瞬间， 都会使线圈B的磁通量发生变化， 所以电流计指针都会发生偏转， 故选A、 B、 C. 二、电路连接及现象分析 例 4 (2017·杭州市高二检测)为观察电磁感应现象，某学生将灵敏电流计、螺线管 A 和 B、 蓄电池、开关用导线连接成如图 7 所示的实验电路.当接通和断开开关时，电流计的指针都没 有偏转，其原因是( ) 图 7 A.开关位置接错 B.电流计的正、负极接反 C.线圈 B 的 3、4 接头接反 D.蓄电池的正、负极接反 答案 A 解析 因感应电流产生的条件是闭合电路中的磁通量发生变化， 由电路图可知， 把开关接在 B 与电流计之间，因与 1、2 接头相连的电路在接通和断开开关时，电流不改变，所以不可能有 感应电流，电流计指针也不可能偏转，开关应接在 A 与电源之间. 例 5 (2017·温州九校协作体期末联考)在“探究电磁感应的产生条件”实验中，某同学的电 路连线如图 8 所示，老师指出图中标示的 1、2、3、4、5、6 六根连线中有两处错误.若要求 实验现象尽可能明显，则错误的连线是_与_(均填“1”“2”“3”“4”“5” 或“6”). 图 8 答案 2 3 解析 为了验证实验，应该让外面的大线圈接灵敏电流计，中间的小线圈与电源组成闭合回 路，故 2、3 两根线接线圈的一端调换即可. 例 6 “探究电磁感应的产生条件”的实验电路如图 9 所示.实验表明：当穿过闭合电路的 _发生变化时， 闭合电路中就会有电流产生.在闭合开关 S 前， 滑动变阻器滑片 P 应置 于_(选填“a”或“b”)端.开关 S 闭合后还有多种方法能使线圈 C 中产生感应电流， 试写出其中的两种方法： 图 9 (1)_； (2)_. 答案 磁通量 a (1)移动滑动变阻器的滑片 P (2)线圈 A 在线圈 C 中抽出或插入 解析 当穿过闭合回路的磁通量发生变化时，会产生感应电流.闭合开关前，滑动变阻器阻值 应最大，则滑片 P 应置于 a 端.移动滑动变阻器滑片 P，电流变化，线圈 A 的磁场发生变化， 穿过线圈 C 的磁通量发生变化，线圈 C 中会产生感应电流.当线圈 A 在线圈 C 中抽出或插入 的过程，穿过线圈 C 的磁通量发生变化，线圈 C 中会产生感应电流. 1.(实验原理)(多选)如图 10 所示，下列情况能产生感应电流的是( ) 图 10 A.如图甲所示，导体棒 AB 顺着磁感线运动 B.如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时 C.如图丙所示，小螺线管 A 插入大螺线管 B 中不动，开关 S 一直接通时 D.如图丙所示，小螺线管 A 插入大螺线管 B 中不动，开关 S 一直接通，当改变滑动变阻器的 阻值时 答案 BD 解析 A 中导体棒顺着磁感线运动， 穿过闭合电路的磁通量没有发生变化， 无感应电流， 故 A 错误；B 中条形磁铁插入线圈时线圈中的磁通量增加，拔出线圈时线圈中的磁通量减少，都 有感应电流，故 B 正确；C 中开关 S 一直接通，回路中为恒定电流，螺线管 A 产生的磁场稳 定，螺线管 B 中的磁通量无变化，线圈中不产生感应电流，故 C 错误；D 中开关 S 接通，滑 动变阻器的阻值变化使闭合回路中的电流变化，螺线管 A 的磁场发生变化，螺线管 B 中磁通 量发生变化，线圈中产生感应电流，故 D 正确. 2.(电路连接与实验操作)(2017·余姚中学高二上学期期中)如图 11 所示是做“探究电磁感应的 产生条件”的实验器材. 图 11 (1)在图中用笔画线代替导线把它们连成实验电路. (2)哪些操作可以使灵敏电流计的指针发生偏转(写出两点)? _. _. 答案 (1)如图所示 (2)将开关闭合(或断开) 闭合开关，将螺线管 A 插入(或拔出)大螺线管 解析 (1)由题图知灵敏电流计 G 已与大螺线管相连，所以把大螺线管与 G 连成一个闭合电 路，A 与电源及开关连成一个电路.(2)把开关闭合后，A 相当于条形磁铁，把它插入(或拔出) 大螺线管时，大螺线管与 G 构成的闭合电路就有感应电流. 3.(实验的综合考查)逆向思维是一种重要的思想方法， 在这种思想方法的引领下， 许多重要的 科学定律被发现.“电生磁，磁生电”这种逆向互生的关系，体现了物理学中的一种对称美.请 思考： (1)你还能指出物理学中的其他对称性和对称实例吗？ _ (2)1831 年，物理学家法拉第用如图 12 甲所示的实验装置，成功发现了磁生电现象.开关始终 处于闭合状态时， a 线圈中_(填 “有” 或 “无” )感应电流产生， 开关闭合或断开瞬间， a 线圈中_(填“有”或“无”)感应电流产生. 图 12 (3)如图乙所示是某兴趣小组研究磁生电现象所需的器材.请你协助该小组完成如下工作 ： 用实 线将带有铁芯的线圈 A、 电源、 滑动变阻器和开关连接成原线圈回路， 将灵敏电流计和线圈 B 接成副线圈回路，并列举出在实验中改变副线圈回路磁通量，使副线圈回路产生感应电流的 三种方式： _； _； _. 答案 (1)见解析 (2)无 有 (3)如图所示 见解析 解析 (1)电荷的正与负，吸引与排斥，运动和静止，光滑和粗糙. (2)开关处于闭合状态时，因穿过 a 线圈的磁通量不变，所以无感应电流产生 ； 闭合开关瞬间， 穿过 a 线圈的磁通量突然增大，所以有感应电流产生，而断开开关瞬间，穿过 a 线圈的磁通 量突然减小，所以有感应电流产生. (3)使副线圈回路产生感应电流的方式：将原线圈 A 插入副线圈 B 后，合上(或断开)开关瞬 间 ； 合上开关后，将原线圈 A 插入副线圈 B 或从副线圈 B 中抽出 ； 合上开关，将原线圈 A 插入副线圈 B，待稳定后，移动滑动变阻器的滑片.