吉林省长市第五中学高三物理 电磁感应复习1课件.ppt

高三物理电磁感应复习 第四章电磁感应1划时代的发现2探究电磁感应的产生条件3楞次定律4法拉第电磁感应定律5电磁感应规律的应用6互感和自感7涡流电磁阻尼和电磁驱动 第十六章电磁感应一 电磁感应现象二 法拉第电磁感应定律三 楞次定律四 椤次定律的应用五 自感现象六 日光灯原理 七 涡流 一 新旧教材内容对比 二 课程标准和原教学大纲的对比 内容标准1 收集资料 了解电磁感应现象的发现过程 体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神2 通过实验 理解感应电流产生的条件 举列说明电磁感应在生活和生产中的应用 3 通过探究 理解楞次定律 理解法拉第电磁感应定律 4通过实验 了解自感现象和涡流现象 举例说明自感现象和涡流现象在生活和生产中的应用 活动建议从因特网 科技书刊上查阅资料 了解电磁感应在生活中和生产中的应用 例如磁卡阅读器 录音机 录像机的原理等 新教科书重视 过程 目标的落实 重视 情感 目标的体现 重视联系学生生活 社会实践和现代科技 在新教科书的基础上教师进一步创造 在课堂教学中体现新的课程理念 这是实施新课程要解决的最大问题 新课标中重视实验 体现科学探究精神 三 电磁感应08年考纲要求 与以前考纲比较 本章以电场 磁场 电路等知识为基础 综合力与运动 能量等力学知识 是高中物理综合程度相当高的章节 在高考中经常考查感应电流的产生条件 方向判断 感应电流大小的计算等 能利用图象处理相关的电磁感应问题或用图象表示电磁感应现象中相应的物理量的变化规律 在计算题中常考查电磁感应和电路知识的综合 电磁感应和力的综合 电磁感应和能量的综合等 所以 基础年级应夯实基础知识 为培养学生综合分析能力打好基础 1 产生电磁感应现象的条件 2 感应电动势的大小计算 法拉第电磁感应定律 3 感应电流的方向判断方法 楞次定律 四 本章重点要解决的问题是 难点 楞次定律 五 每节的变化和教学建议 第1节划时代的发现 这一节是新加的内容 过去往往把这样的教学内容当作阅读材料处理 是对过程与方法 情感态度价值观的忽视 把电生磁 磁生电的过程展示给学生 一方面它能激发学生的学习兴趣 引起学生的思考 进一步体会物理学中的对称思想和统一思想 另一方面象p2页 机遇总是青睐那些有准备的头脑 p3页 寻找10年之久的 磁生电 的效应终于被发现了 成功属于坚持不懈的有心人 是对学生情感态度价值观很好的教育 把 科学足迹 这个内容融入进去让学生不但学会求知 还要注重品格修养 第2节探究电磁感应的产生条件 这一节是后面探究电磁感应定律和楞次定律的基础 要充分体现出探究学习方式 可利用麦克风 感应手电筒 磁卡等等一切学生感兴趣的日常电磁感应现象激发学生求知欲 利用初中学生学过的闭合电路的一部分做切割磁感线运动时 产生感应电流 引入电磁感应现象 感应电流 如何利用磁场产生感应电流是本节课要解决的问题 教师可引导学生 利用什么产生磁场 磁场怎样可变 要有电流 回路需怎样 要检验有无电流可用什么仪器等等 引导学生设计出书上的两个实验电路 给学生足够的时间 让他们自己操作 总结 利用实验给的仪器 怎样可产生感应电流 闭合电路磁通量变化 磁通量怎样就变化了 启发学生 再探究 再实验验证 在操作中 不断总结 在总结中 反思 验证 培养学生开拓创新和探究能力 做一做 摇绳能发电吗 让学生感知地磁场的存在 同时加强物理与生活的联系 提高学生学习物理的兴趣 一定要指导学生去做一做 引发他们进一步思考 巩固练习 1 如图所示 开始时矩形线圈平面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 下列做法中可行的是 a 以ab为轴转动b 以bd边为轴转动 转动的角度小于60 c 以bd边为轴转动90 后 增大磁感强度d 以ac为轴转动 转动的角度小于60 ad 1 我国已经制定了登月计划 假如宇航员登月后想探测一下月球表面是否有磁场 他手边有一只灵敏电流表和一个小线圈 则下列推断正确的是a 直接将电流表放于月球表面 看是否有示数来判断磁场的有无b 将电流表与线圈组成回路 使线圈沿某一方向运动 如电流表无示数 则可判断月球表面无磁场c 将电流表与线圈组成闭合回路 使线圈沿某一方向运动 如电流表有示数 则可判断月球表面有磁场d 将电流表与线圈组成闭合回路 使线圈在某一平面内沿各个方向运动 如电流表无示数 则可判断月球表面无磁场 c 3 2005年普通高等学校招生全国统一考试 北京卷 现将电池组 滑线变阻器 带铁芯的线圈a 线圈b 电流计及开关如下图连接 在开关闭合 线圈a放在线圈b中的情况下 某同学发现当他将滑线变阻器的滑动端p向左加速滑动时 电流计指针和右偏转 由此可以判断ba 线圈a向上移动或滑动变阻器滑动端p向右加速滑动 都能引起电流计指针向左偏转b 线圈a中铁芯和上拔出或断开开关 都能引起电流计指针向右偏转 c 滑动变阻器的滑动端p匀速向左或匀速向右滑动 都能使电流计指针静止在中央d 因为线圈a 线圈b的绕线方向未知 故无法判断电流计指针偏转的方向 第3节楞次定律 楞次定律的教学要突出学生主动探究 由于教材很详细可引导学生去探究 并尝试用自己的语言来表述感应电流方向的规律 实验操作过程一定要学生认真填写表格 培养学生实事求是的科学探究精神 凡是由磁通量的增加引起的感应电流 它所激发的磁场一定阻碍原来磁通量的增加 凡是由磁通量的减少引起的感应电流 它所激发的磁场一定阻碍原来磁通量的减少 引导学生表述 进一步总结出楞次定律 楞次定律 感应电流具有这样的方向 即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化 增反减同 感应电流的磁场和引起磁通量变化的原磁场的关系 本章的教学重点 难点 高中物理的难点 只有学生真正理解 才能灵活应用 可引导学生总结判断步骤 分步进行 1 明确原磁场的方向 2 明确穿过闭合回路的磁通量是增加还是减少 3 根据楞次定律 增反减同 判定感应电流的磁场方向 4 利用安培定则判定感应电流的方向 增加 减小 例 如图所示 平行的长直导线p q中通过同方向 同强度的电流 矩形导线框abcd与p q处在同一平面中 从图示中的位置i向右匀速运动到位置 关于在这一过程中线框中的电流方向 正确的结论是 a 沿abcda方向不变b 沿adcba方向不变c 由沿abcda方向变为沿adcba方向d 由沿adcba方向变为沿abcda方向 例 一平面线圈用细杆悬于p点 开始时细杆处于水平位置 释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动 已知线圈平面始终与纸面垂直 当线圈第一次通过位置 和位置 时 顺着磁场的方向看去 线圈中的感应电流的方向分别为位置 位置 a 逆时针方向逆时针方向b 逆时针方向顺时针方向c 顺时针方向顺时针方向d 顺时针方向逆时针方向 进一步正确理解楞次定律 阻碍 不是阻止 阻碍磁通量变化指 磁通量增加时 阻碍增加 感应电流的磁场和原磁场方向相反 起抵消作用 实际上磁通量还是增加 磁通量减少时 阻碍减少 感应电流的磁场和原磁场方向一致 起补偿作用 实际上磁通量还是减小 练习 如图所示 ab是一个可绕垂直于纸面的轴o转动的闭合矩形导线框 当滑动变阻器的滑片p自左向右滑动时 从纸外向纸内看 线框ab将 a 保持静止不动b 逆时针转动c 顺时针转动d 发生转动 但电源极性不明 无法确定转动方向 感应电流的磁场阻碍导体间的相对运动 来拒去留 遵循能量守恒定律 感应电流的磁场对导体的作用如何 例 如图所示 固定在水平面内的两光滑平行金属导轨m n 两根导体棒中p q平行放于导轨上 形成一个闭合回路 当一条形磁铁从高处下落接近回路时 a p q将互相靠拢b p q将互相远离c 磁铁的加速度仍为gd 磁铁的加速度小于g 感应电流的磁场使线圈面积有扩大或缩小的趋势 增缩减扩 进一步理解楞次定律中 阻碍 的含义还可以推广为 感应电流的效果总是要阻碍产生感应电流的原因 右手定则 应用时要特别注意四指指向是电源内部电流的方向 因而也是电势升高的方向 伸开右手 让大拇指跟其余四指垂直 并与手掌在同一平面内 让磁感线垂直 或斜着 穿过掌心 大拇指指向导体运动的方向 其余四指所指的方向就是感应电流的方向 闭合回路的一部分导体做切割磁感线运动时 产生的感应电动势与感应电流的方向判定 楞次定律 第4节法拉第电磁感应定律 这一节是本章的重点 可根据演示实验定性得出 向线圈中插入磁铁时 插入的越快 磁场越强 感应电流越大 直接指出法拉第等多人工作的结果 电动势跟穿过回路的磁通变化率成正比 学习法拉第电磁感应规律前 须正确理解 磁通量 1 磁通量 bs 单位 1wb 1t m2 1v s2 磁通量是标量 但有正负 有抵消问题 3 磁通量的变化量 b s s b b2s2 b1s14 磁通量的变化率 s有磁场穿过的垂直磁场的有效面积 1 法拉第电磁感应定律 电路中感应电动势的大小 跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比 注意平均电动势 瞬时电动势的计算方法 感应电动势大小 2 公式 b不变 s不变 例 如图所示 将一条形磁铁插入某一闭合线圈 第一次用0 05s 第二次用0 1s 设插入方式相同 试求 1 两次线圈中平均感应电动势之比 2 两次线圈之中平均电流之比 例 a b两闭合线圈为同样导线绕成且均为10匝 半径ra 2rb 内有如图所示的有理想边界的匀强磁场 若磁场均匀减小 则a b环中的感应电动势之比a b 产生的感应电流之比ia ib 例 漆包线是在粗细均匀的细铜丝表面浸绝缘漆制成的导线 取一段漆包线绕制成一个n匝半径为r的平面线圈 并将线圈的两端连在一起成闭合线圈 将这个线圈放在匀强磁场中 线圈平面与磁场方向垂直 如图所示 磁场的磁感应强度随时间均匀变化 这时线圈中的电流设为i 为了使线圈中的电流减半 下列措施可行的是a 使线圈绕其直径从图示位置转过30 角b 线圈绕其直径从图示位置转过60 角c 保持导线长度不变 将线圈改绕成半径为2r的线圈d 保持导线长度不变 将线圈改绕成半径为r 2的线圈 说明 上述推导需条件 磁感应强度b 导线切割速度v与长度l三者互相垂直 根据法拉第电磁感应定律 4 导体切割磁感线 例 如图所示 平行金属导轨间距为d 一端跨接电阻为r 匀强磁场磁感应强度为b 方向垂直平行导轨平面 一根长金属棒与导轨成 角放置 棒与导轨的电阻不计 当棒沿垂直棒的方向以恒定速度v在导轨上滑行时 通过电阻的电流是 a bdv rsin b bdv rc bdvsin rd bdvcos r 例 如图所示 有一夹角为 的金属角架 角架所围区域内存在匀强磁场中 磁场的磁感强度为b 方向与角架所在平面垂直 一段直导线ab垂直ce 从顶角c贴着角架以速度v向右匀速运动 求 1 t时刻角架的瞬时感应电动势 2 t时间内角架的平均感应电动势 导体切割磁感线产生的感应电动势 不做重点要求 例6 如图所示 竖直向下的匀强磁场中 将一水平放置的金属棒ab以水平速度vo抛出 设整个过程中 棒的取向不变 且不计空气阻力 则金属棒运动过程中产生的感应电动势的大小变化情况应是a 越来越大b 越来越小c 保持不变d 无法判断 c 5 导体棒在磁场转动切割 p16页 思考和讨论 中通过电动机转动引出了反电动势的概念 同时又涉及到了非纯电阻用电器这样一个实际问题 引导学生理论联系实际解决实际问题 说一说 观察电动机启动过程中电流的变化 可让学生在课下去探讨 同学之间交流 并尝试解决 便于学生对电功 电热的概念又进一步的理解 第5节电磁感应规律的应用 本节内容与旧教材不同之处是根据磁通量变化的原因不同将原来的感应电动势分为感生电动势和动生电动势 教学时要引导学生利用类比的方法得出感生电动势 对动生电动势教学中要充分发挥 思考与讨论 的作用 引导学生层层深入并结合洛仑兹力推导出动生电动势的表达式 引导学生从能量转化的角度分析问题 解决问题 第6节互感和自感 这一节是电磁感应现象在技术中的应用 教学中可让学生列举生活中利用互感的实例 对自感现象一定要做好演示实验让学生形成感性认识 然后引导学生分析引出自感现象和自感电动势 有条件的学校还可用电流传感器来演示 教学还要密切联联系学生的生活实际 断电自感 可让多名学生手拉手 接在线圈两端 来感受电击感 从而得到震撼 互感和自感 一节后面的 问题与练习 介绍了一个现象 用欧姆表测量变压器线圈后 表笔离开线圈两端时线圈会使人产生电击的感觉 可让学生认真分析 其机理与线圈断电时能使小灯泡闪亮的机理相同 当线圈电阻较小 自感系数较大时现象比较明显 1 自感现象是指导体本身电流发生变化而产生的电磁感应现象 自感电动势的大小与线圈中的电流的变化率成正比 公式 e l i t 2 自感电动势的方向 自感电动势总是阻碍导体中原来电流的变化 同样遵循楞次定律 当原来电流在增大时 自感电动势与原来电流方向相反 当原来电流在减小时 自感电动势与原来电流方向相同 另外 阻碍 并非 阻止 电流还是在变化的 3 自感系数 1 自感系数是描述导体 注意 不只是线圈 通过本身的电流变化所引起阻碍作用力大小的一个物理量 其数值与导体中是否有电流 电流的大小 电流是否发生变化均没有关系 2 线圈的自感系数跟线圈的形状 长短 匝数 有无铁芯等因素有关 3 自感系数的单位是亨利 简称亨 符号是h 4 自感线圈在电路中的作用 即通过自感线圈中的电流不能突变 由于自感线圈对电流变化的延迟作用 电流从一个值变到另一个值总需要时间 刚闭合电路时 线圈这一支路相当于开路即此时i 0 电路闭合一段时间达到稳定后 线圈相当于导线或电阻 电路刚断开时 线圈相当于一个电源 该电源会重新建立一个回路 但线圈的电流的方向与稳定工作时保持一致 例 如图所示的电路中 a1和a2是完全相同的灯泡 线圈l的电阻可以忽略不计 下列说法中正确的是 a 合上开关s接通电路时 a2先亮a1后亮 最后一样亮b 合上开关s接通电路时 a1和a2始终一样亮c 断开开关s切断电路时 a2立即熄灭 a1过一会熄灭d 断开开关s切断电路时 a1和a2都要过一会才熄灭 练习 如图所示 电感线圈的电阻和电池内阻均可忽略不计 两个电阻的阻值都是r 电键k原来打开着 电流为i0 今合上电键将一电阻短路 于是线圈中有自感电动势产生 此时自感电动势 a 有阻碍电流的作用 最后电流由i0减小到零b 有阻碍电流的作用 最后电流总小于i0c 有阻碍电流增大的作用 因而电流i0保持不变 d 有阻碍电流增大的作用 因而电流最后还是增大到2i0 第7节涡流电磁阻尼和电磁驱动 涡流是一种特殊的电磁感应现象 在实际生活中有许多应用涡流有热效应 机械效应 磁效应等 教学中 一定要通过演示实验 结合 思考与讨论 做一做 引导学生弄清涡流的应用和有害的影响 电磁炉 安检门 变压器等与学生的生活联系密切 可让学生根据自己所了解的实际生活中的例子进一步探讨涡流问题 通过演示实验 观察电磁阻尼和电磁驱动现象 再加以理论分析 进一步理解楞次定律 阻碍相对运动 例 如图所示 蹄形磁铁的n s极之间放置一个线圈abcd 磁铁和线圈都可以绕轴转动 若磁铁按图示方向绕oo 轴转动 线圈的运动情况是 a 俯视 线圈顺时针转动 转速与磁铁相同 b 俯视 线圈逆时针转动 转速与磁铁相同 c 线圈与磁铁转动方向相同 但开始时转速小于磁铁的转速 以后会与磁铁转速一致 d 线圈与磁铁转动方向相同 但转速总小于磁铁的转速 六 电磁感应中几个重要问题 1 产生感应电流的条件2 感应电动势的大小3 感因电流的方向判断4 感应电量的计算5 电磁感应和电路的综合应用6 电磁感应的动力学问题7 电磁感应的能量问题8 电磁感应的图像问题 一 感应电量的计算 设在时间 t内通过导线截面的电量为q 则根据电流定义式及法拉第电磁感应定律e n t 得 如果闭合电路是一个单匝线圈 n 1 则 上式中n为线圈的匝数 为磁通量的变化量 r为闭合电路的总电阻 注意 与发生磁通量变化的时间无关 例 有一面积为s 100cm2的金属环 电阻为r 0 1 环中磁场变化规律如图所示 磁场方向垂直环面向里 则在t2 t1时间内通过金属环某一截面的电荷量为 c 例 物理实验中 常用一种叫做 冲击电流计 的仪器测定通过电路的电量 如图所示 探测线圈与冲击电流计串联后可用来测定磁场的磁感应强度 已知线圈的匝数为n 面积为s 线圈与冲击电流计组成的回路电阻为r 若将线圈放在被测匀强磁场中 开始线圈平面与磁场垂直 现把探测圈翻转180 冲击电流计测出通过线圈的电量为q 由上述数据可测出被测磁场的磁感应强度为 a qr sb qr nsc qr 2nsd qr 2s 例 2006全国理综卷 如图 在匀强磁场中固定放置一根串接一电阻r的直角形金属导轨aob 在纸面内 磁场方向垂直纸面朝里 另有两根金属导轨c d分别平行于oa ob放置 保持导轨之间接触良好 金属导轨的电阻不计 现经历以下四个过程 以速率v移动d 使它与ob的距离增大一倍 再以速率v移动c 使它与oa的距离减小一半 然后 再以速率2v移动c 使它回到原处 最后以速率2v移动d 使它也回到原处 设上述四个过程中通过电阻r的电量的大小依次为q1 q2 q3和q4 则 a q1 q2 q3 q4b q1 q2 2q3 2q4c 2q1 2q2 q3 q4d q1 q2 q3 q4 二 电磁感应与电路规律的综合应用 1 确定电源 产生感应电流或感应电动势的那部分电路就相当于电源 利用法拉第电磁感应定律确定其电动势的大小 利用楞次定律确定其正负极 2 分析电路结构 画等效电路图 3 利用电路规律求解 主要有欧姆定律 串并联规律等 注意 路端电压 内压 例 用同样材料和规格的导线做成的圆环a和b 它们的半径之比ra rb 2 1 连接两圆环部分的两根直导线的电阻不计且靠的很近 均匀变化的磁场具有理想的边界 边界宽于圆环直径 如图所示 磁感应强度以恒定的变化率变化 那么当a环置于磁场中与b环置于磁场中两种情况下 直导线中上下a b两点电势差之比u1 u2为 例 如图所示 水平面上平行放置的光滑金属导轨相距l 0 2m 导轨置于磁感应强度b 0 5t 方向与导轨平面垂直的匀强磁场中 导轨左端接阻值为r 1 5 的电阻 导轨电阻可忽略 今把电阻为r 0 5 的导体棒ab放在导轨上 棒与导轨垂直 接触良好 若导体棒以 10m s的速度匀速向右运动 求 1 导体棒中感应电动势的大小及通过ab棒的电流方向 2 导体棒两端的电势差 3 维持导体棒做匀速运动 所施加的向右的水平外力的大小 1v0 5a由a到b0 75v0 05n 例 半径为a的圆形区域内有均匀磁场 磁感强度为b 0 2t 磁场方向垂直纸面向里 半径为b的金属圆环与磁场同心地放置 磁场与环面垂直 其中a 0 4m b 0 6m 金属环上分别接有灯l1 l2 两灯的电阻均为r 2 一金属棒mn与金属环接触良好 棒与环的电阻均忽略不计 1 若棒以v0 5m s的速率在环上向右匀速滑动 求棒滑过圆环直径oo 的瞬时 如图所示 mn中的电动势和流过灯l1的电流 2 撤去中间的金属棒mn 将右面的半圆环ol2o 以oo 为轴向上翻转90 若此时磁场随时间均匀变化 其变化率为 b t 4 t s 求l1的功率 三 电磁感应中的动力学问题 电磁感应中产生的感应电流在磁场中将受到安培力的作用 因此 电磁感应问题往往跟力学问题联系在一起 解决这类电磁感应中的力学问题 不仅要应用电磁学中的有关规律 如楞次定律 法拉第电磁感应定律 左右手定则 安培力的计算公式等 还要应用力学中的有关规律 如牛顿运动定律 动能定理 机械能守恒定律等 要将电磁学和力学的知识综合起来应用 由于安培力和导体中的电流 运动速度均有关 所以对磁场中运动导体进行动态分析十分必要 例 如图所示 u形导线框固定在水平面上 右端放有质量为m的金属棒ab ab与导轨间的动摩擦因数为 它们围成的矩形边长分别为l1 l2 回路的总电阻为r 从t 0时刻起 在竖直向上方向加一个随时间均匀变化的匀强磁场b kt k 0 那么在t为多大时 金属棒开始移动 例 竖直放置的u形导轨宽为l 上端串有电阻r 磁感应强度为b的匀强磁场方向垂直于纸面向外 金属棒ab的质量为m 与导轨接触良好 不计摩擦 从静止释放后ab保持水平而下滑 试分析ab下滑过程中的运动情况并求运动的最大速度 其余导体部分的电阻都忽略不计 基本思路是 四 电磁感应中的能量问题 例 如图所示 位于同一水平面内的 两根平行的光滑金属导轨 处在匀强磁场中 磁场方向垂直于导轨所在平面 导轨的一端与一电阻相连 具有一定质量的金属杆ab放在导轨上并与导轨垂直 现用一平行于导轨的恒力f拉杆ab 使它由静止开始向右运动 杆和导轨的电阻 感应电流产生的磁场均可不计 用e表示回路中的感应电动势 i表示回路中的感应电流 在i随时间增大的过程中 电阻消耗的功率等于a f的功率b 安培力的功率的绝对值c f与安培力的合力的功率d ie 例 竖直放置的u形导轨宽为l 上端串有电阻r 磁感应强度为b的匀强磁场方向垂直于纸面向外 金属棒ab的质量为m 与导轨接触良好 不计摩擦 从静止释放后ab保持水平而下滑 试分析ab下滑过程中能量的转化情况 并确定能表征其最终能量转化快慢的物理量的值 1 加速度减小的加速运动 重力势能 动能和电能 电能 内能 2 匀速运动 重力势能 电能 内能 克服安培力做功其它形式能转化为电能 安培力做正功将电能转化为其它形式的能 例 如图 1 所示 电阻为r的矩形导线框abcd 边长ab l ad h 质量为m 从某一高度自由落下 通过一匀强磁场 磁场方向垂直纸面向里 磁场区域的宽度为