高中物理 第4章 电磁感应 第1、2节 划时代的发现、探究感应电流的产生条件课件 新人教版选修32.ppt

第四章 电磁感应 第一节划时代的发现第二节探究感应电流的产生条件 1820年 丹麦物理学家奥斯特发现了电流能够产生磁场 电流的磁效应 揭示了电和磁之间存在着联系 受到这一发现的启发 人们开始考虑这样一个问题 既然电流能够产生磁场 反过来 利用磁场是不是能够产生电流呢 知识自主梳理 1 电生磁 的发现1820年 丹麦物理学家 发现了电流的磁效应 2 磁生电 的发现1831年 英国物理学家 发现了电磁感应现象 3 法拉第的概括法拉第把引起感应电流的原因概括为五类 1 变化的 2 变化的 3 的恒定电流 划时代的发现 知识点1 奥斯特 法拉第 电流 磁场 运动 4 的磁铁 5 在磁场中运动的 4 电磁感应法拉第把他发现的磁生电的现象叫电磁感应 产生的电流叫 5 发现电磁感应现象的意义 1 使人们对电与磁内在联系的认识更加完善 宣告了 作为一门统一学科的诞生 2 使人们找到了磁生电的条件 开辟了人类的电气化时代 运动 导体 感应电流 电磁学 1 导体棒在磁场中运动是否产生电流如图所示 将可移动导体ab放置在磁场中 并和电流表组成闭合回路 实验过程及现象如下 探究感应电流的产生条件 知识点2 无 有 变化 不变 2 磁铁在螺线管中运动是否产生电流如图所示 将螺线管与电流表组成闭合回路 把条形磁铁插入或拔出螺线管 实验现象如下 无 有 无 变化 不变 3 模拟法拉第的实验如图所示 线圈a通过变阻器和开关连接到电源上 线圈b的两端连到电流表上 把线圈a装在线圈b的里面 实验现象如下 4 归纳结论只要穿过闭合电路的 闭合电路中就有感应电流 磁通量发生变化 有 有 变化 不变 重点难点突破 物理意义 表示穿过某一面积的磁感线条数的多少 1 对磁通量的理解 1 磁通量是标量 但是有正负 磁通量的正负不代表大小 只表示磁感线是怎样穿过平面的 即若以向里穿过某面的磁通量为正 则向外穿过这个面的磁通量为负 2 若穿过某一面的磁感线既有穿出 又有穿进 则穿过该面的合磁通量为净磁感线的条数 一 磁通量 2 匀强磁场中磁通量的计算 1 b与s垂直时 bs b指匀强磁场的磁感应强度 s为线圈的面积 2 b与s不垂直时 bs s 为线圈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垂直的方向上或者s不动 将b分解为垂直于s和平行于s的两个分量 则 b s 如图所示 bssin 3 线圈为多匝时 磁通量计算不受影响 因为穿过线圈的磁感线的条数不受线圈匝数影响 3 磁通量的变化计算磁通量的变化量时 首先要明确引起磁通量变化的原因 然后再进行计算 通常有以下几种情况 答案 增加解析 放手后线圈的面积将减小 由条形磁铁磁感线分布特点可知 当弹簧线圈面积减小时 磁铁外部的磁通量减少 磁铁内部的磁通量未变 故穿过线圈的合磁通量增加 1 产生感应电流的条件穿过闭合电路的磁能量发生变化 不论什么情况 只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件 就必然产生感应电流 反之 只要产生了感应电流 那么电路一定是闭合的 穿过该电路的磁通量也一定发生了变化 2 判断感应电流有无的方法 1 明确电路是否是闭合电路 2 判断穿过回路的磁通量是否发生变化 二 感应电流有无的判断 答案 对圆盘来说 从圆心到边缘可以理解成有无数根辐向分布的导体 每根导体都处在磁场中 当圆盘转动时 每根导体都与负载电阻r构成闭合电路 以其中一根导体为例 所构成的闭合电路里的磁通量都发生变化 因此产生感应电流 1 导体切割磁感线 不是在导体中产生感应电流的充要条件 归根结底还得要看穿过闭合电路的磁通量是否发生变化 2 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 割断 就不能说切割 如下图所示 a b 两图中 导体是真 切割 而 c 图中 导体没有切割磁感线 三 对导体切割磁感线的理解及注意的问题 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 如图所示 对于图甲 尽管导体 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 没有感应电流 对于图乙 导体框的一部分导体 切割 了磁感线 穿过线框的磁感线条数越来越少 线框中有感应电流 对于图丙 闭合导体在非匀强磁场中运动 切割了磁感线 穿过线框的磁感线条数减少 线框中有感应电流 3 即使是闭合回路的部分导体做切割磁感线的运动 也不能保证一定存在感应电流 如图所示 线框abcd的一部分在匀强磁场中上下平动 尽管是部分切割 但穿过闭合回路的磁通量没有变化 所以在线框中没有感应电流 你认为两个同学沿哪个方向站立时 发电的可能性比较大 试一试 解析 我们知道 闭合电路的部分导体切割磁感线时 闭合电路中有感应电流产生 摇绳发电的实质是 闭合电路的部分导体切割地磁场的磁感线 故绳运动方向与地磁场平行时无感应电流 而运动方向与地磁场垂直时 产生的感应电流最大 地磁场是南北方向的 故摇绳的两位同学沿东西方向站立时 发电的可能性最大 考点题型设计 题型1磁通量及磁通量的变化 b c 将线圈由实线位置i移到图示虚线位置 时 磁通量变化为零d 将线圈由实线位置i移到图示虚线位置 时 磁通量大小不变解析 将线圈由实线位置 移到图示虚线位置 时 磁通量大小发生变化 选项a错误 虚线位置 在两导线之间且距离两直导线的距离相等 线圈在位置 的磁通量为零 将线圈由实线位置 移到图示虚线位置 时 磁通量变化大小为 选项b正确 图示虚线位置 的磁场方向垂直纸面向里 而实线位置i的磁场方向垂直纸面向外 两个位置磁通量大小相等 所以将线圈由实线位置 移到图示虚线位置 时 磁通量变化大小为2 选项c错误 将线圈由实线位置 移到图示虚线位置 时 磁通量大小发生变化 选项d错误 点评 解此类问题应特别注意通电直导线在各区域内产生的磁感线的方向 a 将线圈由实线位置i移到图示虚线位置 时 磁通量大小不变b 将线圈由实线位置i移到图示虚线位置 时 磁通量变化大小为 c 将线圈由实线位置i移到图示虚线位置 时 磁通量变化为零d 将线圈由实线位置i移到图示虚线位置 时 磁通量大小不变 解析 将线圈由实线位置 移到图示虚线位置 时 磁通量大小发生变化 选项a错误 虚线位置 在两导线之间且距离两直导线的距离相等 线圈在位置 的磁通量为零 将线圈由实线位置 移到图示虚线位置 时 磁通量变化大小为 选项b正确 图示虚线位置 的磁场方向垂直纸面向里 而实线位置i的磁场方向垂直纸面向外 两个位置磁通量大小相等 所以将线圈由实线位置 移到图示虚线位置 时 磁通量变化大小为2 选项c错误 将线圈由实线位置 移到图示虚线位置 时 磁通量大小发生变化 选项d错误 点评 解此类问题应特别注意通电直导线在各区域内产生的磁感线的方向 bcd 题型2探究产生感应电流的条件 ab与磁场保持相对静止 让导轨与ab一起平行于磁感线运动 让ab做切割磁感线运动 探究 如图乙所示 将螺线管与电流表组成闭合回路 然后进行如下操作 把条形磁铁放在螺线管内不动 把条形磁铁插入螺线管过程中 把条形磁铁拔出螺线管过程中 探究 如图丙所示 螺线管a 滑动变阻器 电源 开关组成一个回路 a放在螺线管b内 b与电流表组成一个闭合回路 然后进行如下操作 闭合和断开开关瞬间 闭合开关 a中电流稳定后 闭合开关 a中电流稳定后 再改变滑动变阻器的阻值 可以观察到 请在 1 2 3 中填写探究中的序号 1 在探究 中 闭合回路会产生感应电流 2 在探究 中 闭合回路会产生感应电流 3 在探究 中 闭合回路会产生感应电流 4 从以上探究中可以得到的结论是 当闭合回路中 时 闭合回路中就会产生感应电流 解析 1 在探究 中 ab与磁场保持相对静止 导体棒不切割磁感线 磁通量不变 不产生感应电流 让导轨与ab一起平行于磁感线运动 导体棒不切割磁感线 磁通量不变 不产生感应电流 让ab做切割磁感线运动 穿过回路的磁通量发生变化 产生感应电流 故选 磁通量变化 2 在探究 中 把条形磁铁放在螺线管内不动 穿过闭合回路的磁通量不变 不产生感应电流 把条形磁铁插入螺线管过程中 穿过回路的磁通量发生变化 产生感应电流 把条形磁铁拔出螺线管过程中 磁通量发生变化 产生感应电流 故选 3 在探究 中 闭合和断开开关瞬间 穿过回路的磁通量变化 产生感应电流 闭合开关 a中电流稳定后 磁通量不变 不产生感应电流 闭合开关 a中电流稳定后 再改变滑动变阻器的阻值 穿过回路的磁通量变化 产生感应电流 故选 4 从以上探究中可以得到的结论是 当闭合回路中的磁通量变化时 闭合回路中就会产生感应电流 答案 科拉顿把磁铁投入螺线管的瞬间 回路中产生感应电流 磁铁静止后感应电流消失 所以当他跑到另一房间时 电流表指针早已停止了摆动 故科拉顿观察不到电流计指针的偏转 题型3感应电流的产生条件及应用 b 解析 图a中线圈没闭合 无感应电流 图b中闭合电路中的磁通量增大 有感应电流 图c中的导线在圆环直径的正上方 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 也无电流 图d中回路磁通量恒定 无感应电流 故本题只有选项b正确 点评 判断电路中是否产生感应电流 关键要分析穿过闭合电路的磁通量是否发生变化 对于c图中就必须要弄清楚通电直导线的磁感线分布情况 而对于立体图 往往还需要将立体图转换为平面图 如转化为俯视图 侧视图等 这是化抽象为具体的好方法 希望大家熟练掌握 d d 将电流表与线圈组成闭合回路 使线圈沿两个互相垂直的方向转动 月球表面若有磁场 则电流表至少有一次示数不为零解析 直接将电流表放于月球表面 电流表电路是断开的 不能产生感应电流 无法判断有无磁场 故a错误 将电流表与线圈组成回路 使线圈沿某一方向运动 或转动 若线圈运动方向 或转轴 与磁场方向平行时 线圈中不产生感应电流 所以电流表无示数 不能判断月球表面无磁场 故b