新高中物理 第一章 1 电磁感应现象 产生感应电流的条件课件 粤教版选修32.ppt

第一章 电磁感应 目标定位 1 知道奥斯特发现了电流的磁效应 法拉第发现了电磁感应现象 2 知道磁通量和磁通量变化量的含义 3 知道感应电流的产生条件 学案1电磁感应现象产生感应电流的条件 知识探究 自我检测 一 电磁感应的发现 问题设计 自然界万事万物都是相互联系 相互作用的 奥斯特发现了电流能在其周围产生磁效应 启迪人们思考 磁体能在附近导线中感应出电流吗 谁第一个发现了 磁生电 现象 答案磁体能在附近导线中感应出电流 第一个发现了 磁生电 现象的是科学家法拉第 知识探究 要点提炼 1 1820年 丹麦物理学家发现了电流的 揭示出通电导线周围有 表明了电能生磁 2 1831年 英国物理学家发现了现象 即 磁生电 现象 产生的电流叫做电流 他把可以产生电磁感应的情况概括为五类 变化着的 变化着的 运动的恒定电流 运动的 在磁场中运动的导体 更概括地说 如果所研究的电路中发生变化 在这个电路中就会发生电磁感应 奥斯特 磁效应 磁场 法拉第 电磁感应 感应 电流 磁场 磁铁 磁通量 二 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 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 图1 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 1 定义 闭合导体回路的与垂直穿过它的的乘积叫磁通量 符号为 在数值上等于穿过投影面的磁感线的 2 公式 其中s为回路平面在垂直磁场方向上的面积 也称为有效面积 所以当回路平面与磁场方向之间的夹角为 时 磁通量 如图2所示 面积 磁感应强度 条数 bs 投影 bssin 图2 3 单位 韦伯 简称韦 符号 4 注意 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 磁通量与平面的匝数 填 有关 或 无关 2 磁通量的变化量 1 当b不变 有效面积s变化时 2 当b变化 s不变时 3 当b和s同时变化时 但此时 b s wb 无关 b s b s 2 1 特别提醒计算穿过某一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 1 bs 当平面转过180 后 磁通量 2 bs 磁通量的变化量 2bs 三 产生感应电流的条件 问题设计 1 实验1 如图3所示 导体ab做切割磁感线运动时 线路中电流产生 而导体ab顺着磁感线运动时 线路中电流产生 填 有 或 无 图3 有 无 2 实验2 如图4所示 条形磁铁插入或拔出线圈时 线圈中电流产生 但条形磁铁在线圈中静止不动时 线圈中电流产生 填 有 或 无 3 实验3 如图5所示 将小螺线管a插入大螺线管b中不动 当开关s闭合或断开时 电流表中电流通过 若开关s一直闭合 当改变滑动变阻器的阻值时 电流表中电流通过 而开关一直闭合 滑动变阻器不动时 电流表中电流产生 填 有 或 无 有 无 有 有 无 4 上述三个实验产生感应电流的情况不同 但其中肯定有某种共同的原因 完成下表并总结产生感应电流的条件 图5 变化 变化 不变 变化 不变 闭合 磁通量 总结实验1是通过导体相对磁场运动改变磁通量 实验2是磁体即磁场运动改变磁通量 实验3通过改变电流从而改变磁场强弱 进而改变磁通量 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 穿过电路的发生变化 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6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6 闭合 磁通量 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 典例精析 一 磁通量 及其变化量 的理解与计算 例1如图7所示 水平放置的扁平条形磁铁 在磁铁的左端正上方有一金属线框 线框平面与磁铁垂直 当线框从左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的过程中 穿过它的磁通量的变化情况是 a 先减小后增大b 始终减小c 始终增大d 先增大后减小 图7 解析线框在磁铁两端的正上方时穿过该线框的磁通量最大 在磁铁中央时穿过该线框的磁通量最小 所以该过程中的磁通量先减小后增大 故a对 答案a 例2如图8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 到如图所示的虚线位置时 试求 1 初 末位置穿过线框的磁通量的大小 1和 2 解析解法一 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s ssin 所以 1 bssin 在末位置 图8 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s scos 由于磁感线从反面穿入 所以 2 bscos 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 1 b上s bssin 2 b左s bscos 答案bssin bscos 2 磁通量的变化量 解析 2 1 bscos bssin bs cos sin 答案 bs cos sin 二 产生感应电流的分析判断及实验探究 例3如图9所示 在匀强磁场中的矩形金属导轨上有等长的两根金属棒ab和cd 它们以相同的速度匀速运动 则 a 断开开关s ab中有感应电流b 闭合开关s ab中有感应电流c 无论断开还是闭合开关s ab中都有感应电流d 无论断开还是闭合开关s ab中都没有感应电流 图9 解析两根金属棒ab和cd以相同的速度匀速运动 若断开开关s 两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量无变化 则回路中无感应电流 故选项a c错误 若闭合开关s 两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量发生变化 则回路中有感应电流 故选项b正确 d错误 答案b 针对训练在一长直导线中通以如图10所示的恒定电流 某一闭合导线环 环面与导线垂直 长直导线通过环的中心 套在长直导线上 当发生以下变化时 导线环中可能产生感应电流的是 a 保持电流不变 使导线环上下移动b 保持导线环不变 使长直导线中的电流增大或减小c 保持电流不变 使导线在竖直平面内顺时针 或逆时针 转动d 保持电流不变 环在与导线垂直的水平面内左右水平移动 图10 解析产生感应电流的条件 穿过闭合电路的磁通量发生改变 在题图所示位置导线环中没有磁通量 a b d没有使穿过导线环的磁通量发生改变 所以都错 本题选c 答案c 例4在研究电磁感应现象的实验中所用器材如图11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11 答案连接电路如图所示 课堂要点小结 1 对电磁感应现象的认识 下列关于电磁感应现象的认识 正确的是 a 它最先是由奥斯特通过实验发现的b 它说明了电流周围存在磁场c 它说明了闭合电路中磁通量变化时会产生电流d 它说明了电流在磁场中会受到安培力 1 2 3 4 自我检测 解析奥斯特发现了电流的磁效应 法拉第发现了电磁感应现象 故a错误 电流周围存在磁场是电流的磁效应 故b错误 变化的磁场产生电流的现象是电磁感应现象 故c正确 电磁感应现象并没有说明电流在磁场中会受到安培力的原因 故d错误 答案c 1 2 3 4 2 对磁通量 及其变化量 的理解 如图12所示一矩形线框 从abcd位置移到a b c d 位置的过程中 关于穿过线框的磁通量的情况 下列叙述正确的是 线框平行于纸面移动 a 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 1 2 3 4 图12 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 当线框从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 答案d 1 2 3 4 3 产生感应电流的分析判断 如图13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 下列方法中不可行的是 a 将线框向左拉出磁场b 以ab边为轴转动c 以ad边为轴转动 小于60 d 以bc边为轴转动 小于60 1 2 3 4 图13 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 1 2 3 4 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 60 300 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 答案d 1 2 3 4 4 产生感应电流的分析判断 如图14所示 绕在铁芯上的线圈与电源 滑动变阻器和开关组成闭合回路 在铁芯的右端套有一个表面绝