4-2电与电磁法原理第四章02电测深法

电法勘探原理与方法教案刘国兴2003．5总学时64，讲授54学时，实验10绪论：（1学时）绪论中讲5个方面的问题1.对电法勘探所属学科及具体定义。

2.电法勘探所利用的电学性质及参数。

3.电法勘探找矿的基本原理。

在此主要解释如何利用地球物理（电场）的变化，来表达找矿及解决其它地质问题的原理。

4.电法勘探的应用。

1)应用条件2)应用领域3)解决地质问题的特点4)电法勘探在勘探地球物理中所处的位置第一章电阻率法本章为电法勘探的常用成熟的方法，在地质勘察工作中发挥着重要作用，是学习电法勘探的重点之一。

本章计划用27学时，其中理论教学21学时，实验教学6学时。

§1.1 电阻率法基础本节计划用7学时，其中讲授5学时，实验2学时。

本节主要讲述如下五个问题一、矿石的导电性（1学时）讲以下3个问题：1)岩，矿石导电性参数电阻率的定义及特性。

2)天然岩，矿石的电阻率矿物的电阻率及变化范围，岩石电阻率的变化范围。

3)影响岩，矿石电阻率的因素。

I.与组成的矿物成分及结构有关。

II.与所含水分有关。

III.与温度有关。

二稳定电流场的基本性质。

主要回顾场论中有关稳定电流场的一些知识，给出稳定电流场的微分欧姆定律公式电流的连续性（克希霍夫定律）；稳定电流场是势场三个基本性质。

三均匀介质中的点源电场及视电阻率的测定主要讲述三个内容：1)导出位场微分方程（拉氏方程）及的位函数的解析解法。

2)点电流源电场空间分布规律。

3)均匀大地电阻率的测定方法。

电法勘探中测量介质电阻率的方法由此问题引出，开始建立电法勘探中“装量”这一词的概念，本节重点：稳定电流场的求法及空间分布；均匀大地电阻率的公式的导出及测定方法。

以上内容两学时四非均匀介质中的电场及视电阻率（1学时）阐述4个问题1)什么是非均匀介质中的电场？特点，交代出低阻体吸引电流，高阻体排斥电流的概念2)非均匀电场的实质：积累电荷的过程。

3)什么是视电阻率？如何定义？4)视电阻率微分公式。

电与磁一、磁体与磁极（1）磁性：磁性是指物体具有吸引等物质的性质。

判断物体是否具有磁性的方法：①根据物体是否具有吸铁性判断；②根据物体是否具有判断；③根据磁极间相互作用判断。

（2）磁体：具有磁性的物体叫做磁体。

磁体的分类：从磁体的来源可分为和；从磁体的形状可分为、和；从保持磁性的时间长短可分为和。

（3）磁极：磁极是指磁体上磁性最强的部分。

①每个磁体都有两个磁极：N极（北极）和S极（南极）；②磁极识别方法：a.根据磁极间相互作用判断；b.根据指向性判断。

磁极的成对性：自然界中不存在只有单个磁极的磁体，磁体上的磁极总是成对出现的，而且一个磁体也不能有多于两个的磁极。

如果不慎将一个条形磁铁从空中落向地面分成两段，则每段将各有两个磁极。

如果再让这两段磁体互相吸引合为一体，则靠近的两个磁极便不再存在，整个磁体仍然只有两个磁极。

值得注意的是，一个磁体的两极并不一定是在磁体上距离最远的两个地方，磁体的两极位置取决于制造磁体时的设计。

（4）磁化：使的过程叫做磁化。

（5）磁极间的相互作用：同名磁极相互，异名磁极相互。

二、磁场和磁感线（1）磁场：磁体周围存在着一种物质，能使小磁针偏转，这种物质叫做磁场。

①磁场是一种特殊的物质，看不见、摸不着，但可以通过它对其他磁体的作用来认识。

磁体间相互作用都是通过磁场进行的。

②磁场方向：磁场中的某一点，放入的小磁针静止时，小磁针极所指的方向规定为该点的磁场方向。

位置不同，磁场方向。

③磁场具有强弱性：磁体中不同位置的磁场强弱不同，的磁场最强。

磁体周围离磁体越远的地方，磁场越。

对于条形磁铁，磁场最强，最弱。

（2）磁感线①磁感线是研究磁场的重要方法，利用模型化的方法虚拟的，客观中，用以描述磁场的。

②磁感线是有方向的，各点方向与该点的磁场方向。

③磁体外部空间磁感线特征：从磁体极出发，回到磁体的极；磁感线之间互不；磁感线是的曲线；磁感线的反映磁性的强弱，密的地方磁性，疏的地方磁性。

三、地磁场（1）地球本身是一个巨大的，在地球周围空间里存在着磁场，叫。

第一章电阻率法1、哪些因素对岩石电阻率有影响，其中哪些因素影响比较重要？⑴矿物成分、含量及结构金属矿物含量↑，电阻率↓结构：侵染状＞细脉状⑵岩矿石的孔隙度、湿度孔隙度↑，含水量↑ ，电阻率↓风化带、破碎带，含水量↑，电阻率↓⑶水溶液矿化度矿化度↑ ，电阻率↓⑷温度温度T↑，溶解度↑，离子活性↑，电阻率↓结冰时，电阻率↑⑸压力压力↑ ，孔隙度↓ ，电阻率↑超过压力极限，岩石破碎，电阻率↓⑹构造层的问题这种层状构造岩石的电阻率，则具有非各向同性，即岩层理方向的电阻率小于垂直岩层理方向的电阻率主要影响因素为岩石的孔隙度，含水性及水的矿化度。

当岩石含金属矿物、碳质和粘土等良导性矿物时，矿物成分对电阻率的影响明显。

2、岩石结构和构造如何影响岩石的电阻率？岩、矿石中某种组成部分对整体岩、矿石电阻率影响的大小，主要决定于它们的连通情况：连通者起的作用大，孤立者起的作用小。

例如，浸染状金属矿石，胶结物多为彼此连通的造岩矿物，故整个矿石表现为高阻电性；又如含水砂岩，其胶结物为彼此相连、导电性好的孔隙水，故含水砂岩的电阻率通常低于一般岩石的电阻率。

3、岩石电阻率的分布规律？1、质地致密、孔隙度低的火成岩、变质岩和沉积岩中的灰岩、白云岩、砾岩电阻率最高，其变化范围大约在；大多数沉积岩因为具有中等孔隙度，因而也具有中等电阻率，大约在数百左右；孔隙度比较高、又富含粘土矿物的第四系粘土、页岩、泥岩的电阻率比较低，一般在；致密硫化矿体、海水、石墨的电阻率最低，仅有。

2、同类岩石的电阻率并不完全相同，而是有一两个数量级的相当大的变化范围。

3、不同类型岩石的电阻率变化范围往往相互重叠。

103~10510~10210-2~10、列举求解稳定电流场电位时的边界条件。

、何谓电阻率，何谓视电阻率，说明它们的异同。

当地表不水平或者地下电阻率分布不均匀时（存在两种或者两种以上介质），仍然采用均匀介质中的供10.根据地下电流场变化规律，定性分析三级装置B‐MN在过直立接触面时的视电阻率曲线。

第四章电磁振荡与电磁波第2节电磁场与电磁波【素养目标】1．了解电磁波发现的过程，领会人类认识世界的认知规律。

2．初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想以及在物理学发展史上的意义。

3．知道变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场。

知道变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播就形成电磁波。

4．知道赫兹用实验证明了电磁波的存在，在人类历史上首先捕捉到了电磁波。

【必备知识】知识点一、电磁场(1)变化的磁场产生电场实验基础：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流。

麦克斯韦对该问题的见解：回路里有感应电流产生，一定是变化的磁场产生了电场，自由电荷在电场的作用下发生了定向移动。

该现象的实质：变化的磁场产生了电场。

(2)变化的电场产生磁场麦克斯韦大胆地假设，既然变化的磁场能产生电场，变化的电场也会在空间产生磁场。

知识点二、电磁波(1)电磁波的产生：如果空间某区域存在不均匀变化的电场，那么它就会在空间引起不均匀变化的磁场，这一不均匀变化的磁场又引起不均匀变化的电场……于是变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播，形成电磁波。

(2)电磁波是横波：根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波中的电场强度和磁感应强度互相垂直，而且二者均与波的传播方向垂直，因此电磁波是横波。

(3)电磁波的速度：麦克斯韦指出了光的电磁本性，他预言电磁波的速度等于光速。

知识点三、赫兹的电火花(1)赫兹的实验：如图所示。

(2)实验现象：当感应线圈的两个金属球间有火花跳过时，导线环两个金属小球也跳过电火花。

(3)现象分析：当感应线圈使得与它相连的两个金属球间产生电火花时，空间出现了迅速变化的电磁场，这种电磁场以电磁波的形式在空间传播。

在电磁波到达导线环时，它在导线环中激发出感应电动势，使得导线环的空隙处也产生了火花。

(4)实验结论：赫兹证实了电磁波的存在。

(5)赫兹的其他实验成果：赫兹做了一系列的实验，观察了电磁波的反射、折射、干涉、偏振和衍射现象，并通过测量证明，电磁波在真空中具有与光相同的速度，证实了麦克斯韦关于光的电磁理论。

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探究感应电流产生的条件教学目标（一）知识与技能1．知道电磁感应现象。

2. 理解产生感应电流的条件。

3通过研究电磁感应现象的实验操作，提高实验操作技能。

(二）过程与方法1。

在探究电磁感应现象过程中,体会科学探索的过程方法。

2.学会通过实验观察、记录结果、分析论证,抽象概括出结论的科学探究方法。

(三)情感、态度与价值观1。

通过本节课的学习，激发学生的求知欲望，培养他们严谨的科学态度；2.在探究实验过程中,体验合作的快乐，成功的体验，同时培养合作学习的习惯。

教学重点与难点重点:通过实验观察和实验探究，总结感应电流的产生条件。

难点：1、教师对学生探究式学习的操控。

2、引导学生对实验现象的分析总结──磁通量的变化。

教学方法：实验观察法、分析法、实验归纳法、讲授法教具：条形磁铁（两个），导体棒,示教电流表,线圈（粗、细各一个），学生电源,开关，滑动变阻器,导线若干,自制多媒体课件教学过程一、新课引入1、表演探宝游戏:将一“宝物”(磁铁）藏在三个外形相同的“臧宝箱”中的一个.提问学生在不打开“宝箱”的情况下，能否快速准确的将“宝物”找到？接着，给学生表演探宝游戏:将一线圈和电流计构成回路，再把线圈依次套住“臧宝箱”，若电流计指针发生偏转,则“宝物”就在该“臧宝箱"内。

高中物理第4章第2节电磁感应定律及其应用教案含解析鲁科版选修11第2节电磁感应定律及其应用学习目标知识脉络1．知道电源是一种把其他形式的能转化为电能的装置，电动势是一个描述电源的这种本领强弱的物理量．2．知道法拉第电磁感应定律E＝nΔΦΔt.会用电磁感应定律计算感应电动势的大小．会用公式E＝Blv计算导体在匀强磁场中垂直切割磁感线时感应电动势的大小，知道该公式与法拉第电磁感应定律的区别与联系．(重点、难点)3．会用右手定则判断导体垂直切割磁感线时产生的感应电流的方向，能区分左手定则、右手定则与安培定则．(重点)4．知道直流电与交流电之间的区别．知道发电机的工作原理．5．了解变压器的结构和工作原理，知道理想变压器的原、副线圈两端的电压与它们匝数之间的关系.一、法拉第电磁感应定律1．电动势：电源是一种把其他形式的能量转化为电能的装置，电源本领的强弱用电动势描述．电动势用符号E表示．单位：伏特(V)．一节干电池的电动势是1.5 V，蓄电池的电动势是2.0 V.2．感应电动势：如果导体在磁场中做切割磁感线运动，其两端就会产生电动势，这种由于电磁感应现象而产生的电动势叫感应电动势．3．磁通量的变化率：单位时间内穿过回路的磁通量的变化量．4．法拉第电磁感应定律(1)内容：回路中感应电动势的大小，跟穿过该回路的磁通量的变化率成正比． (2)公式：E ＝ΔΦΔt . E ＝n ΔΦΔt ，n 为线圈的匝数，E 、ΔΦ、Δt 的单位分别为V 、Wb 、s. 5．导体切割磁感线产生的感应电动势(1)大小：E ＝Blv .(2)感应电流方向：用右手定则判断，伸开右手，使拇指与其余四个手指垂直，并且都和手掌在一个平面内，让磁感线垂直穿入手心，拇指指向导体的运动方向，那么其余四指所指的方向就是感应电流的方向．二、发电机、变压器的工作原理1．发电机的工作原理(1)发电机：把机械能转化成电能的装置，和电动机的原理正好相反．(2)直流电：干电池和蓄电池等电源提供的电流，方向恒定不变，称为直流电．简称DC.(3)交流电：让矩形线圈在磁场中转动，产生的大小和方向都随时间做周期性变化的电流叫作交流电，简称AC.(4)交流发电机的工作原理：如图所示，线圈平面从垂直于磁感线开始转动，当线圈的一个边向上运动，另一个边向下运动，切割磁感线，线圈中产生了感应电流．电流从线圈的一个边流出，从另一个边流进．当线圈转过半周后，线圈的左右两个边在磁场中发生了变化，原来向上运动的改为向下运动，原来向下运动的改为向上运动，结果使得线圈中的电流方向发生了改变．这就产生了大小和方向都随时间作周期性变化的电流．2．变压器的工作原理(1)用途：变压器是把交流电的电压升高或者降低的装置．可分为升压变压器和降压变压器．(2)构造：原线圈、副线圈和闭合铁芯．如图所示．(3)原理：利用电磁感应来改变交流电压．如图所示，原线圈n 1接交变电流，由于电流的变化在闭合铁芯中产生变化的磁通量，根据法拉第电磁感应定律，从而在副线圈n 2中产生感应电动势，输出不同于原线圈的电压，对于理想变压器，原副线圈两端的电压之比等于它们的匝数之比，即U 1U 2＝n 1n 2.1．思考判断(1)对于公式E ＝Blv 中的B 、l 、v 三者必须相互垂直．(√)(2)线圈中磁通量的变化越快，产生的感应电动势越大．(√)(3)导体棒在磁场中运动速度越大，产生的感应电动势一定越大．(×)(4)交流发电机可以将机械能转化为电能．(√)(5)恒定电流接入变压器后也可发生电磁感应现象，也可起到变压作用．(×)(6)不计电能损耗的变压器为理想变压器．(√)2．合作探究(1)电磁感应现象中产生了电能，是否遵守能量守恒定律？【提示】 电磁感应现象中产生了电流，一定有其他能向电能转化，在转化过程中遵守能量守恒定律．(2)在课外，某同学在进行低压交流变压器实验的准备工作时，发现缺少电源，于是就用一种摩托车的蓄电池代替，按图进行实验．则闭合开关后，灯泡是否发光？并解释出现这种现象的原因？【提示】 因蓄电池是直流电源，向外输出恒定电压，故连接到副线圈上的小灯泡不会发光．原因是：恒定电压加在原线圈上后，线圈内的磁通量不发生变化，因而副线圈中的磁通量也不发生变化，所以E ＝n ΔΦΔt＝0.故副线圈中无感应电动势.法拉第电磁感应定律物理量单位 物理意义 磁通量Φ Wb 表示某时刻或某位置时穿过某一面积的磁感线条数的多少磁通量的变化量ΔΦWb 表示在某一过程中穿过某一面积磁通量变化的多少 磁通量的变化率ΔΦΔt Wb/s 表示穿过某一面积的磁通量变化的快慢(2)磁通量变化量大，磁通量的变化率也不一定大，磁通量的变化率与磁通量的变化量和磁通量大小没有直接关系．(3)在Φ­t 图象上，切线的斜率表示磁通量的变化率．2．决定电动势大小的因素感应电动势的大小取决于穿过电路的磁通量的变化率ΔΦΔt，与Φ的大小、ΔΦ的大小没有必然联系，与电路的构成也无关，而感应电流的大小由感应电动势大小和电路的总电阻R 决定．3．v 与E 的对应关系E ＝Blv 适用于导体棒垂直切割磁感线的情况，适用条件是B 、l 、v 两两垂直，若公式中v 是平均速度，则E 为平均电动势，若公式中v 是瞬时速度，则E 为瞬时电动势．4．左、右手定则的区别右手定则用于判断导体切割磁感线时感应电流的方向．导体的运动是原因，产生感应电流是结果；左手定则用于判断通电导体在磁场中所受安培力的方向，导体中有电流是原因，导体受到安培力作用而运动是结果，两者应注意区分．【例1】 如图甲所示，有一面积为150 cm 2的金属环，电阻为0.1 Ω，在环中100 cm 2的同心圆面上存在如图乙所示的变化的磁场，线圈中的感应电动势为多大？电流为多大？甲 乙思路点拨：由磁感应强度变化产生感应电动势知，E ＝n ΔΦΔt ＝n ΔB Δt·S . [解析] 磁场区域的面积S ＝100 cm 2＝1×10－2 m 2E ＝n ΔB Δt·S ＝1×10－2 V I ＝E R ＝1×10－20.1A ＝0.1 A. [答案] 1×10－2V 0.1 A两个公式的比较公式E ＝n ΔΦΔt求的是Δt 时间内的平均电动势，而E ＝Blv 计算的是导体切割磁感线时产生的平均电动势或瞬时电动势，但一般多用于计算瞬时电动势．1．一面积为S ＝4×10－2 m 2、匝数n ＝100的线圈放在匀强磁场中，磁感线垂直于线圈平面，磁感应强度随时间的变化率为ΔB Δt＝2 T/s.穿过线圈的磁通量的变化率是多少？线圈中产生的感应电动势是多少？[解析] 穿过线圈的磁通量的变化率ΔΦΔt ＝ΔB Δt·S ＝2×4×10－2 Wb/s ＝8×10－2 Wb/s 由法拉第电磁感应定律得 E ＝n ΔΦΔt＝100×8×10－2 V ＝8 V. [答案] 8×10－2 Wb/s 8 V2．如图所示，水平放置的平行金属导轨，相距l ＝0.50 m ，左端接一电阻R ＝0.20 Ω，磁感应强度B ＝0.40 T 的匀强磁场方向垂直于导轨平面，导体棒ac 垂直放在导轨上，并能无摩擦地沿导轨滑动，导轨和导体棒的电阻均可忽略不计，当ac 棒以v ＝4.0 m/s 的速度水平向右匀速滑动时，求：(1)ac 棒中感应电动势的大小；(2)回路中感应电流的大小和方向．[解析] (1)ac 棒产生的感应电动势 E ＝Blv ＝0.40×0.50×4.0 V＝0.80 V.(2)感应电流的大小I ＝E R ＝0.800.20A ＝4.0 A 由右手定则判定电流方向为c →a .[答案] (1)0.80 V (2)4.0 A 方向c →a发电机、变压器的工作原理1用电器的电功率等于发电机提供给原线圈的电功率．2．理想变压器的磁通量全部集中在铁芯内，穿过原、副线圈的磁通量相同，穿过每匝线圈的磁通量的变化率也相同，因此每匝线圈产生的感应电动势相同，原、副线圈产生的电动势和原、副线圈的匝数成正比．在线圈电阻不计时，线圈两端电压等于电动势．所以变压器原、副线圈的两端电压与匝数成正比．3．升压变压器和降压变压器：由变压器公式U 1U 2＝n 1n 2知，当变压器原线圈匝数少，副线圈匝数多时，副线圈两端电压高于原线圈两端电压，则变压器为升压变压器；当变压器原线圈匝数多，副线圈匝数少时，副线圈两端电压低于原线圈两端电压，则变压器为降压变压器．4．规律(1)理想变压器中，原、副线圈两端的电压之比等于它们的匝数之比，U 1U 2＝n 1n 2.(2)理想变压器的输出功率等于输入功率，P 入＝P 出，即U 1I 1＝U 2I 2，因此，原、副线圈中的电流之比等于匝数的反比，I 1I 2＝n 2n 1.【例2】 一台理想变压器，原、副线圈的匝数比n 1∶n 2＝20∶1，原线圈接入220 V 的交流电压，副线圈向一电阻为110 Ω的用电器供电，则副线圈中的电流为( )A ．2 AB ．0.1 AC ．0.5 AD ．0.005 A B [由于U 1U 2＝n 1n 2，故U 2＝n 2n 1·U 1＝120×220 V＝11 V ，故副线圈电流I 2＝U 2R＝0.1 A ，B 对．]3．下列关于发电机和电动机的说法正确的是( )A．发电机是把电能转化为机械能的装置B．电动机是把电能转化为机械能的装置C．发电机的工作原理是由电流产生运动D．电动机的工作原理是由运动产生电流B [发电机是把机械能转化为电能的装置，工作原理是：线圈转动切割磁感线从而在线圈中产生感应电流．而电动机是把电能转化为机械能，工作原理是：通电线圈在磁场中受力而发生转动．]4．如图所示，可以将电压升高供给电灯的变压器是( )C [当原线圈接直流电源时，原线圈通过恒定电流，铁芯中不会产生变化的磁场，因此副线圈中不会产生感应电动势，所以选项A、D错误．B图中，原线圈匝数大于副线圈匝数，所以B中变压器是降压变压器；C图中，原线圈匝数小于副线圈匝数，所以C中变压器是升压变压器，选项B错误，C正确．]1．唱卡拉OK用的话筒，内有传感器．其中有一种是动圈式的，它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，线圈处于永磁体的磁场中，当声波使膜片前后振动时，就将声音信号转变为电信号．下列说法正确的是( )A．该传感器是根据电流的磁效应工作的B．该传感器是根据电磁感应原理工作的C．膜片振动时，穿过金属线圈的磁通量不变D．膜片振动时，金属线圈中不会产生感应电动势B [当声波使膜片前后振动时，膜片后的金属线圈就跟着振动，从而使处于永磁体的磁场中的线圈切割磁感线．穿过线圈的磁通量发生改变，产生感应电流，从而将声音信号转化为电信号，这是电磁感应的工作原理．故选项B正确，选项A、C、D均错误．] 2．如图所示，在磁感应强度为0.2 T的匀强磁场中，长为0.5 m的导体棒AB在金属框架上以10 m/s的速度向右滑动．R1＝R2＝20 Ω，其他电阻不计，则流过AB的电流是( )A ．0.2 AB ．0.4 AC ．0.05 AD ．0.1 AD [导体棒AB 做切割磁感线运动产生的感应电动势E ＝Blv ＝0.2×0.5×10 V＝1.0 V ，总电阻R ＝R 1·R 2R 1＋R 2＝10 Ω，I ＝E R ＝1.010A ＝0.1 A ，故D 正确．] 3．(多选)如图甲所示，A 、B 为两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置，A 线圈中通有如图乙所示的电流，则( )甲 乙A ．在t 1～t 2时间内，B 中有感应电流产生B ．在t 1～t 2和t 2～t 3两段时间内，B 中平均感应电流相等C ．t 1时刻，B 中感应电流最大D ．t 2时刻，B 中感应电流最大ABD [t 1～t 2时间内，A 中电流变化，引起B 磁通量变化产生感应电流，A 对；t 1～t 2时间内和t 2～t 3时间内，A 中电流变化引起B 磁通量变化大小相等，平均感应电流相等，B 对；t 1时刻，A 中电流变化最慢，B 中感应电流最小，t 2时刻A 中电流变化最快，B 中感应电流最大，C 错，D 对．]4．一个20匝、面积为200 cm 2的圆形线圈放在匀强磁场中，磁场的方向与线圈平面垂直，若该磁场的磁感应强度在0.05 s 内由0.1 T 增加到0.5 T ，在此过程中，穿过线圈的磁通量变化量为_________，磁通量的平均变化率为_______，线圈中感应电动势的大小为______．[解析] 磁通量变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B 2S －B 1S ＝0．5×0.02 Wb－0.1×0.02 Wb＝0.008 WbΔΦΔt ＝0.0080.05 Wb/s ＝0.16 Wb/s E ＝n ΔΦΔt＝20×0.16 V＝3.2 V. 【答案】 0.008 Wb 0.16 Wb/s 3.2 V。