高中物理第1章电磁感应与现代社会学案1电磁感应__划时代的发现同步备课同步备课课件沪科版选修3_2.ppt

第1章电磁感应与现代生活 1电磁感应 划时代的发现 目标定位1 知道奥斯特发现了电流磁效应 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 内容索引 知识探究 达标检测 知识探究 1 一 划时代的发现 传统的英格兰科学研究方法中有一种叫做对称思维的方法 在奥斯特发现电流磁效应之后 学术界提出了什么新课题 根据对称思维的方法 学术界开始了对 将磁转变为电 的研究 答案 1 新课题的提出 发现了电流的磁效应 即 能转化为 根据对称思维的方法 在1822年提出了自己的新课题 把转变为 2 深入探究得真谛 法拉第把这种由磁得到电的现象叫做电磁感应现象 产生的电流叫做感应电流 他把引起电流的原因概括为 变化的 变化的 运动的 在磁场中运动的导体等 奥斯特 电 磁 法拉第 磁 电 电流 磁场 磁铁 BS 二 磁通量及其变化 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 图1 2 若框架绕OO 转过60 则穿过框架平面的磁通量为多少 答案 答案 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 BS 答案 图1 4 若从图示位置转过180 则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少 2BS 答案 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 条数 磁感应强度 BS 图2 投影 BSsin 3 单位 韦伯 简称韦 符号是Wb 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 磁通量与线圈的匝数 填 有关 或 无关 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 B和S同时变化 则 但此时 B S B S B S 2 1 计算穿过某平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 例1如图3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 到图中虚线所示的位置时 试求 1 初 末位置穿过线框的磁通量的大小 1和 2 图3 答案 解析 BSsin BScos 解法一 在初始位置 把面积向垂直于磁场的方向进行投影 可得垂直于磁场方向的面积为S Ssin 所以 1 BSsin 在末位置 把面积向垂直于磁场的方向进行投影 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的方向进行分解 得B上 Bsin B左 Bcos 所以 1 B上S BSsin 2 B左S BScos 2 磁通量的变化量 答案 解析 BS cos sin 开始时B与线框平面成 角 穿过线框的磁通量 1 BSsin 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 2 BScos 所以 此过程中磁通量的变化量为 2 1 BScos BSsin BS cos sin 例2如图4所示 有一垂直纸面向里的匀强磁场 B 0 8T 磁场有明显的圆形边界 圆心为O 半径为1cm 现于纸面内先后放上圆线圈A B C 圆心均处于O处 线圈A的半径为1cm 10匝 线圈B的半径为2cm 1匝 线圈C的半径为0 5cm 1匝 问 1 在B减为0 4T的过程中 线圈A和线圈B中的磁通量变化多少 A B线圈的磁通量均减少了1 256 10 4Wb 图4 答案 解析 A B线圈中的磁通量始终一样 故它们的变化量也一样 B2 B r2 1 256 10 4Wb即A B线圈中的磁通量都减少1 256 10 4Wb 2 在磁场转过90 角的过程中 线圈C中的磁通量变化了多少 转过180 角呢 减少了6 28 10 5Wb减少了1 256 10 4Wb 对线圈C 1 B r 2 6 28 10 5Wb当转过90 时 2 0 故 1 2 1 0 6 28 10 5Wb 6 28 10 5Wb当转过180 时 磁感线从另一侧穿过线圈 若取 1为正 则 3为负 有 3 B r 2 故 2 3 1 2B r 2 1 256 10 4Wb 答案 解析 三 感应电流的产生条件1 实验1 如图5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 图5 有 无 2 实验2 如图6所示 导体AB做切割磁感线运动时 线路中有电流产生 而导体AB顺着磁感线运动时 线路中电流产生 填 有 或 无 无 图6 3 实验3 如图7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 滑动变阻器滑动触头不动时 电流表中电流产生 填 有 或 无 无 图7 有 有 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 变化 不变 变化 变化 不变 磁通量 闭合 总结实验1是磁体即磁场运动改变磁通量 实验2是通过导体相对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 1 产生感应电流的条件 穿过电路的量发生变化 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8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8 闭合 磁通 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 电路不闭合时 磁通量发生变化是否能产生电磁感应现象 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 答案 例3如图所示 用导线做成圆形或正方形回路 这些回路与一直导线构成几种位置组合 彼此绝缘 下列组合中 切断直导线中的电流时 闭合回路中会有感应电流产生的是 答案 解析 利用安培定则判断直线电流产生的磁场 其磁感线是一些以直导线为轴的无数组同心圆 即磁感线所在平面均垂直于导线 且直线电流产生的磁场分布情况是靠近直导线处磁场强 远离直导线处磁场弱 所以 A中穿过圆形线圈的磁场如图甲所示 其有效磁通量为 A 出 进 0 且始终为0 即使切断导线中的电流 A也始终为0 A中不可能产生感应电流 B中线圈平面与导线的磁场平行 穿过B中线圈的磁通量也始终为0 B中也不能产生感应电流 C中穿过线圈的磁通量如图乙所示 进 出 即 C 0 当切断导线中电流后 经过一定时间 穿过线圈的磁通量减小为0 所以C中有感应电流产生 D中线圈的磁通量如图丙所示 其有效磁通量为 D 出 进 0 且始终为0 即使切断导线中的电流 D也始终为0 D中不可能产生感应电流 例4金属矩形线圈abcd在匀强磁场中做如图所示的运动 线圈中有感应电流的是 答案 解析 在选项B C中 线圈中的磁通量始终为零 不产生感应电流 选项D中磁通量始终最大 保持不变 也没有感应电流 选项A中 在线圈转动过程中 磁通量做周期性变化 产生感应电流 故A正确 达标检测 2 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 它说明了闭合回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力的作用 1 2 3 4 奥斯特发现了电流的磁效应 法拉第发现了电磁感应 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力的作用 故D错误 答案 解析 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a b c d 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 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 图9 答案 解析 1 2 3 4 离导线越近 磁场越强 在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 在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 1 2 3 4 3 产生感应电流的分析判断 多选 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 答案 解析 图10 1 2 3 4 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 60 300 bc边将进入无磁场区 那么线框中将不产生感应电流 1 2 3 4 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 1 2 3 4 4 产生感应电流的分析判断 如图11所示 绕在铁心上的线圈与电源 滑动变阻器和开关组成闭合回路