新高中物理 1.11.2 电磁感应的发现 感应电流产生的条件学案 教科版选修32.doc

电磁感应的发现感应电流产生的条件学习目标定位 1.能理解什么是电磁感应现象.2.能记住产生感应电流的条件.3.会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验.4.能说出磁通量变化的含义.5.会利用电磁感应产生的条件解决实际问题1磁通量的计算公式bs的适用条件是匀强磁场且磁感线与平面垂直若在匀强磁场b中，磁感线与平面不垂直，公式bs中的s应为平面在垂直于磁场方向上的投影面积2磁通量是标量，但有正、负之分一般来说，如果磁感线从线圈的正面穿入，线圈的磁通量就为“”，磁感线从线圈的反面穿入，线圈的磁通量就为“”3由bs可知，磁通量的变化有三种情况：(1)磁感应强度b不变，有效面积s变化；(2)磁感应强度b变化，有效面积s不变；(3)磁感应强度b和有效面积s同时变化一、奥斯特实验的启迪1820年，奥斯特从实验中发现了电流的磁效应，不少物理学家根据对称性的思考，提出既然电能产生磁，是否也存在逆效应，即磁产生电呢？二、电磁感应现象的发现1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象他将“磁生电”现象分为五类：(1)变化中的电流；(2)变化中的磁场；(3)运动中的恒定电流；(4)运动中的磁铁；(5)运动中的导线三、电磁感应规律的发现及其对社会发展的意义1电磁感应的发现，使人们发明了发电机，把机械能转化成电能；使人们发明了变压器，解决了电能远距离传输中能量大量损耗的问题；使人们制造出了结构简单的感应电动机，反过来把电能转化成机械能2法拉第在研究电磁感应等电磁现象中，从磁性存在的空间分布逐渐凝聚出“场”的科学创新思想在此基础上，麦克斯韦建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在四、产生感应电流的条件穿过闭合电路的磁通量发生变化时，这个闭合电路中就有感应电流产生.一、磁通量及其变化问题设计如图1所示，框架的面积为s，匀强磁场的磁感应强度为b.试求：图1(1)框架平面与磁感应强度b垂直时，穿过框架平面的磁通量为多少？(2)若框架绕oo转过60，则穿过框架平面的磁通量为多少？(3)若从图示位置转过90，则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少？(4)若从图示位置转过180，则穿过框架平面的磁通量变化量为多少？答案(1)bs(2)bs(3)bs(4)2bs要点提炼1磁通量的计算(1)公式：bs(2)适用条件：匀强磁场，磁场方向和平面垂直(3)b与s不垂直时：bs，s为平面在垂直磁场方向上的投影面积，在应用时可将s投影到与b垂直的方向上，如图2所示bssin_.图2(4)磁通量与线圈的匝数无关2磁通量的变化量(1)当b不变，有效面积s变化时，bs.(2)当b变化，s不变时，bs.(3)b和s同时变化，则21，但此时bs.特别提醒计算穿过某面的磁通量变化量时，要注意前、后磁通量的正、负值，如原磁通量1bs，当平面转过180后，磁通量2bs，磁通量的变化量2bs.二、感应电流产生的条件问题设计实验1(导体在磁场中做切割磁感线的运动)：如图3所示，导体ab垂直磁感线运动时，线路中有电流产生，而导体ab沿着磁感线运动时，线路中无电流产生(填“有”或“无”)图3实验2(通过闭合电路的磁场发生变化)：如图4所示，将小螺线管a插入大螺线管b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一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中有电流通过；而开关一直闭合，滑动变阻器的滑动触头不动时，电流表中无电流产生若将螺线管a放在螺线管b的正上方，并使两者的轴线互相垂直，则不管进行什么操作，电流表中均无电流产生(填“有”或“无”)图41实验2中并没有导体在磁场中做切割磁感线的运动，但在接通或断开电源的瞬间及改变滑动变阻器的阻值时，b线圈却出现感应电流，这说明什么？答案说明导体在磁场中做切割磁感线运动不是产生感应电流的本质原因，通过闭合电路的磁场变化也可以产生感应电流2当实验2中开关闭合后，a线圈电流稳定时，b线圈中也存在磁场，但不出现感应电流，这说明什么？答案说明感应电流的产生，不在于闭合回路中是否有磁场3实验2中同样的磁场变化，螺线管b套在螺线管a外边时，能产生感应电流，而两个线圈相互垂直放置时不能产生感应电流，这又说明什么？试总结产生感应电流的条件答案说明感应电流的产生，不在于磁场是否变化总结实验1中，磁场是稳定的，但在导体切割磁感线运动时，通过回路的磁通量发生变化，回路中产生了感应电流；实验2通过改变电流从而改变磁场强弱，进而改变了磁通量，从而产生了感应电流，所以可以将产生感应电流的条件描述为“只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流”要点提炼1产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化2特例：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：(1)导体是否将磁感线“割断”，如果没有“割断”就不能说切割如图5所示，甲、乙两图中，导线是真“切割”，而图丙中，导体没有切割磁感线图5(2)是否仅是闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动，如图丁如果由切割不容易判断，则要回归到磁通量是否变化上去延伸思考电路不闭合时，磁通量发生变化是否能产生电磁感应现象？答案当电路不闭合时，没有感应电流，但有感应电动势，只产生感应电动势的现象也可以称为电磁感应现象一、磁通量及其变化量的理解与计算例1如图6所示的线框，面积为s，处于磁感应强度为b的匀强磁场中，b的方向与线框平面成角，当线框转过90到如图6所示的虚线位置时，试求：图6(1)初、末位置穿过线框的磁通量的大小1和2；(2)磁通量的变化量.解析(1)解法一：在初始位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为sssin ，所以1bssin .在末位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为sscos .由于磁感线从反面穿入，所以2bscos .解法二：如图所示，把磁感应强度b沿垂直于面积s和平行于面积s进行分解，得b上bsin ，b左bcos 所以1b上sbssin ，2b左sbscos .(2)开始时b与线框平面成角，穿过线框的磁通量1bssin ；当线框平面按顺时针方向转动时，穿过线框的磁通量减少，当转动时，穿过线框的磁通量减少为零，继续转动至90时，磁感线从另一面穿过，磁通量变为“负”值，2bscos .所以，此过程中磁通量的变化量为21bscos bssin bs(cos sin )答案(1)bssin bscos (2)bs(cos sin )二、产生感应电流的分析判断及实验探究例2如图7所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流通过，则可能 ()图7av1v2 bv1v2cv1v2 d无法确定解析只要金属棒ab、cd的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流故选项a、b正确答案ab例3在研究电磁感应现象的实验中所用器材如图8所示它们是电流表、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8答案连接电路如图所示1(对电磁感应现象的认识)下列现象中，属于电磁感应现象的是()a小磁针在通电导线附近发生偏转b通电线圈在磁场中转动c因闭合线圈在磁场中运动而产生的电流d磁铁吸引小磁针答案c解析电磁感应是指“磁生电”的现象，而小磁针和通电线圈在磁场中转动以及磁铁吸引小磁针，反映了磁场力的性质，所以a、b、d不是电磁感应现象，c是电磁感应现象2(对磁通量及其变化量的理解)如图9所示一矩形线框，从abcd位置移到abcd位置的过程中，关于穿过线框的磁通量情况，下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动) ()图9a一直增加b一直减少c先增加后减少d先增加，再减少直到零，然后再增加，然后再减少答案d解析离导线越近，磁场越强，当线框从左向右靠近导线的过程中，穿过线框的磁通量增大，当线框跨在导线上向右运动时，磁通量减小，当导线在线框正中央时，磁通量为零，从该位置向右，磁通量又增大，当线框离开导线向右运动的过程中，磁通量又减小；故a、b、c错误，d正确，故选d.3(产生感应电流的分析判断)如图10所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列办法中可行的是()图10a将线框向左拉出磁场b以ab边为轴转动(小于90)c以ad边为轴转动(小于60)d以bc边为轴转动(小于60)答案abc解析将线框向左拉出磁场的过程中，线框的bc部分切割磁感线，或者说穿过线框的磁通量减少，所以线框中将产生感应电流当线框以ab边为轴转动(小于90)时，线框的cd边的右半段在做切割磁感线运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流当线框以ad边为轴转动(小于60)时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框内会产生感应电流如果转过的角度超过60(60300)，bc边将进入无磁场区，那么线框中将不产生感应电流当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60，则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积)4(产生感应电流的分析判断)如图11所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路，在铁芯