高中物理 第1章 电磁感应 第1节 磁生电的探索课件 鲁科版选修32.ppt

电磁感应 第1章 第1节磁生电的探索 记学习目标 1 知道与电流磁效应和电磁感应现象的发现相关的物理学史 2 理解磁通量及磁通量变化量 并能进行简单的计算 3 通过实验与探究 知道电磁感应现象 理解产生感应电流的条件 4 通过了解电磁感应现象的发现过程 培养学生探索自然规律的科学态度和科学精神 学基础导学 1 电流的磁效应1820年 丹麦物理学家 发现了电流的磁效应 它揭示了电现象和磁现象之间存在的某种联系 2 探索 磁生电 奥斯特发现了 电生磁 的现象之后 激发人们去探索 磁生电 的方法 比较著名的物理学家有 菲涅耳 亨利等 都没有坚持到最后 这其中已经发现感应电流的科学家是 美国科学家 一 电磁感应的探索历程 奥斯特 安培 科拉顿 亨利 3 法拉第的探索英国科学家法拉第前后历时 年的探索 始终坚持自然界各种不同现象之间有着 一直坚持探索电磁感应现象 终于悟出了磁生电的基本原理 一切都存在于变化之中 数十 相互联系 1 探究1 利用导体在磁场中运动 如图 闭合回路的部分导体在磁场中做 运动时 闭合回路中电流表的指针发生偏转 说明回路中产生了感应电流 二 科学探究 感应电流产生的条件 切割磁感线 2 探究2 利用磁铁在螺线管中的运动 如图 将条形磁铁 或 与电流表构成闭合电路的螺线管过程中 观察到电流表的指针发生偏转 说明回路中产生了感应电流 插入 拔出 3 探究3 利用通电螺线管的磁场 如图 螺线管a 滑动变阻器 电源 开关组成一个回路 螺线管b与电流表组成闭合回路 螺线管a放在螺线管b内 当开关闭合或断开的瞬间 电流表的指针会发生 而开关闭合稳定后 电流表的指针 保持开关闭合 当滑动变阻器的滑片移动时 电流表的指针发生 保持开关闭合 当螺线管a离开b或进入b时 电流表的指针发生 偏转 不偏转 偏转 偏转 综合上述探究可得出产生感应电流的条件 只要穿过闭合电路的 发生变化 闭合电路中就会产生感应电流 磁通量 悟名师指点 电生磁 和 磁生电 是两种因果关系相反的现象1 电流的磁效应是指电流周围产生磁场 即 电生磁 2 电磁感应现象是利用磁场产生感应电流 即 磁生电 一 电流的磁效应与电磁感应现象的区别 1 下列现象中 属于电磁感应现象的是 a 磁场对电流产生力的作用b 变化的磁场使闭合电路产生感应电流c 插入通电螺线管中的软铁棒被磁化d 电流周围产生磁场解析 电磁感应现象是指由于穿过闭合回路的磁通量发生变化而产生感应电流的现象 只有选项b符合 答案 b 1 产生感应电流的条件有两个 且缺一不可 1 电路闭合 2 穿过回路的磁通量发生变化 2 分析磁通量是否有变化 首先是要弄清磁感线是如何分布的 其次是看磁场的变化情况 最后看有效面积的变化情况 二 产生感应电流产生的条件是什么 如何分析闭合电路中磁通量的变化 2 如图所示 恒定的磁场中有一圆形的闭合导体线圈 线圈平面垂直于磁场方向 当线圈在此磁场中做下列哪种运动时 线圈中能产生感应电流的是 a 线圈沿自身所在的平面做匀速运动b 线圈沿自身所在的平面做加速运动c 线圈绕任意一条直径做匀速转动d 线圈绕任意一条直径做变速转动 解析 线圈所在空间磁感应强度未变 故关注线圈在运动中线圈与磁场的正对面积 显然 线圈平动时 磁通量未变 a b错 只要转动线圈 无论加速还是匀速 一定导致磁通量发生变化 故c d正确 答案 cd 3 如图所示 通电螺线管水平固定 oo 为其轴线 a b c三点在该轴线上 在这三点处各放一个完全相同的小圆环 且各圆环平面垂直于oo 轴 则关于这三点的磁感应强度ba bb bc的大小关系及穿过三个小圆环的磁通量 a b c的大小关系 下列判断正确的是 a ba bb bc a b cb ba bb bc a b cc ba bb bc a b cd ba bb bc a b c 解析 根据通电螺线管产生的磁场特点 ba bb bc 由 bs 可得 a b c 故c正确 答案 c 闭合电路的一段导体做切割磁感线运动时 闭合电路中产生感应电流 如图所示 当导体ad向右运动时 穿过adcb的磁通量发生变化 面积变大 所以在adcb回路中产生感应电流 由此可见 切割磁感线 产生感应电流和 磁通量变化 产生感应电流在本质上是一致的 三 对 导体切割 磁感线的理解 在利用 切割 来讨论和判断有无感应电流产生时 应该要注意以下两点 1 导体是否将磁感线 割断 如果没有 割断 就不能说切割 例如 如图 a b c d 所示 a b 两图中 导体是真 切割 而 c d 两图中 导体没有切割磁感线 2 即使导体真 切割 了磁感线 也不能保证就能产生感应电流 例如 如图 a b c 所示 对于图 a 尽管线框 切割 了磁感线 匀强磁场 但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化 线框中没有感应电流 对于图 b 线框的一部分导体 切割 了磁感线 穿过线框的磁感线条数越来越少 磁通量减小 线框中有感应电流 对于图 c 闭合线框在非匀强磁场中运动 切割了磁感线 同时穿过线框的磁感线条数减少 磁通量减小 线框中有感应电流 由以上讨论可知 导体切割磁感线 是导体中产生感应电流的一种表面现象 其根本原因是穿过闭合回路的磁通量是否发生变化 4 如图所示 在一根水平方向的通电长直导线下方 有一个小线框abcd放置在过长导线所在的竖直平面内 今使小线框分别做如下六种不同的运动 试判断线框内有无感应电流 a 左右平移b 上下平移c 在纸面前后平移d 绕过ab cd边的中点的轴转动e 绕线框中心轴o在纸面内旋转f 以直导线为轴绕其转动解析 a f两种运动 穿过线框的磁通量都不变 线框中没有感应电流 b c d e四种运动 穿过线框的磁通量都会发生变化 线框中有感应电流 答案 bcde 讲典例精析 磁通量变化量的计算及分析 解析 1 对a线圈 1 b1 r2 2 b2 r2 故磁通量改变量 2 1 0 8 0 4 3 14 1 10 2 2wb 1 256 10 4wb 对b线圈 2 1 0 8 0 4 3 14 1 10 2 2wb 1 256 10 4wb 2 对c线圈 1 b r2 磁场转过30 线圈面积在垂直磁场方向上的投影为 r2cos30 则 2 b r2cos30 故磁通量改变量 2 1 b r2 1 cos30 0 8 3 14 5 10 3 2 1 0 866 wb 8 4 10 6wb 答案 1 1 256 10 4wb1 256 10 4wb 2 8 4 10 6wb 磁通量 bs的计算有几点要注意 1 s是指闭合回路中包含磁场的那部分的有效面积 2 磁通量及磁通量的变化量与匝数无关 求 及 时 不去考虑线圈匝数n 3 磁通量不是矢量 而是一个双向标量 其正负表示与规定的方向相同还是相反 1 1 一磁感应强度为b的匀强磁场方向水平向右 一面积为s的矩形线圈abcd如图所示放置 平面abcd与竖直方向成 角 将abcd绕ad轴转180 角 则穿过线圈平面的磁通量的变化量是 a 0b 2bsc 2bscos d 2bssin 解析 开始时穿过线圈平面的磁通量为 1 bscos 则后来穿过线圈平面的磁通量为 2 bscos 则磁通量的变化量为 2 1 2bscos 答案 c 如图所示 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 a 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 分析产生感应电流的方法 思路点拨 解答本题时应把握以下两点 1 一看回路是否闭合 2 二看穿过回路的磁通量是否发生变化 解析 可通过以下表格对各项逐一分析 答案 abc 2 1 如图为研究电磁感应现象的实验装置 下列哪种情况下电流表指针不会偏转 a 闭合开关的瞬间b 闭合开关后 电路中电流稳定时c 闭合开关后 移动滑动变阻器的滑片时d 闭合开关后 把铁芯a从线圈b中拉出时 解析 电流表指针不偏转 说明电表与b线圈组成的电路中无电流 根据感应电流产生的条件 只需要检查b线圈中磁通量是否变化即可 闭合开关时 电路中的电流从无到有 a中的磁场从无到有 故穿过b的磁通量发生变化 电流表中有电流流过 当电路中电流稳定时 穿过b的磁通量不再发生变化 电流表中无电流 移动滑动变阻器的滑片时 会造成a中电流大小变化 能引起b的磁通量变化 电流表中有电流流过 把铁芯a从线圈b中拉出时 穿过b的磁通量减少 电流表中有电流流过 故只有选项b符合要求 答案 b 辨易错疑难 如图所示 线框与通电直导线均位于水平面内 当线框由实线位置在水平面内向右平动 逐渐移动到虚线位置 两位置对称 则穿过线框的磁通量的变化情况是 a 先增加后减少 最后相等b 先增加后减少 再增加再减少c 先减少后增加 最后相等d 线框中有感应电流产生 磁通量变化情况的分析 思路点拨 解答本题时应把握以下两点 1 明确通电直导线周围磁场的方向分布 2 明确通电直导线周围磁场强弱情况 答案 bd 直导线周围的磁感线疏密分布是 越靠近导线 磁感线越密 线框abcd对称跨着直导线时 总磁通量为零 分析时要紧紧抓住该位置 练随堂演练 1 线框abcd在匀强磁场中 如图所示 下列几种情况线框中有感应电流产生的是 a 当线框沿磁感线方向平动时b 当线框垂直磁感线方向平动时c 当线框以ab边为轴转动时d 当线框以ad边为轴转动时 解析 只有选项c中 穿过线框的磁通量是变化的 其他选项穿过线框的磁通量均不变 因此 选项c正确 a b d错误 答案 c 2 在纸面内放有一条形磁铁和一个位于磁铁正上方的圆形线圈 如图所示 下列情况中能使线圈中产生感应电流的是 a 将磁铁在纸面内向上平移b 将磁铁在纸面内向右平移c 将磁铁绕垂直纸面的轴转动d 将磁铁的n极向纸外转 s极向纸内转 解析 将磁铁向上平移 向右平移或绕垂直纸面的轴转动 线圈始终与磁感线平行 磁通量始终为零 没有变化 不产生感应电流 所以a b c均不选 将磁铁的n极向纸外转 s级向纸内转 磁通量增加 线圈中产生感应电流 所以d项正确 答案 d 3 法拉第通过精心设计的一系列实验 发现了电磁感应定律 将历史上认为各自独立的学科 电学 与 磁学 联系了起来 在下面几个典型的实验设计思想中 所作的推论后来被实验否定的是 a 既然磁铁可使近旁的铁块带磁 静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷 那么静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流b 既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势 那么稳恒电流也可在近旁运动的线圈中感应出电流 c 既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流 那么静止的磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势d 既然运动的磁铁可在近旁的导体中感应出电动势 那么运动导线上的稳恒电流也可在近旁的线圈中感应出电流 解析 答案 a 4 图中能产生感应电流的是 解析 a中线圈没闭合 无感应电流产生 b中闭合电路中的磁通量增大 有感应电流产生 c中的导线在圆环的正上方 不论电流如何变化 穿过线圈的磁感线都相互抵消 磁通量恒为零 无