2019-2020学年高中物理 第2章 电磁感应与电磁场 第1节 电磁感应现象的发现课件 粤教版选修1-1

第一节电磁感应现象的发现 1 知道电磁感应现象 知道产生感应电流的条件 2 了解法拉第对电磁感应现象的研究过程 3 了解发现电磁感应现象的重要意义 一 法拉第与电磁感应现象1 电磁感应现象 只要穿过闭合回路的 发生变化 闭合回路中就有电流产生 这种现象就是 2 感应电流 在电磁感应现象中产生的电流就是 3 产生感应电流的条件 1 电路必须是 2 闭合回路的 要发生变化 课前 自主学习 磁通量 电磁感应现象 感应电流 闭合的 磁通量 二 感应电动势1 电动势 描述电源将其他形式的能转化为电能 的物理量为电源的电动势 2 每个电源均有一个电动势 一节普通一号电池的电动势为 3 在电磁感应现象中产生的电源电动势叫 本领 1 5v 感应电动势 1 初 高中学习的产生感应电流的条件本质是否相同在初中学习的产生感应电流的条件是闭合回路的部分导体做切割磁感线运动 由于闭合回路的部分导体做切割磁感线运动引起了回路面积的变化 进而改变穿过回路的磁通量产生感应电流 其本质与高中学习的产生感应电流的条件是相同的 课堂 互动探究 2 穿过闭合回路的磁通量很大 是否一定发生电磁感应现象产生电磁感应现象的条件 归根结底 是穿过闭合电路的磁通量发生变化 关键在 变化 两字上 这是指穿过闭合电路的磁通量从无变有 从有变无 从小变大 从大变小等等 例如闭合线圈从与磁感线平行的位置转到与磁感线垂直的位置 磁铁与闭合电路间的相对运动 产生磁通量的电路中的电源开关的接通与断开 调节电流大小的滑动变阻器滑片的滑动等 3 电能是从哪里来的能量守恒是自然界最基本的规律 但在产生感应电流的过程中 磁铁 线圈都没有减少什么 那么电能是怎么来的呢 原来 在任何电磁感应现象中 要使穿过回路的磁通量发生不断的变化 都必须有外力对磁体或导体做功 也就是说要消耗其他能量 所以电能是由其他能量转化来的 产生感应电流的条件 关于电磁感应 下列说法正确的是 a 导体相对磁场运动 导体内一定会产生感应电流b 导体做切割磁感线的运动 导体内一定会产生感应电流c 闭合电路在磁场中做切割磁感线运动 电路中一定会产生感应电流d 穿过闭合电路的磁通量发生变化 电路中一定会产生感应电流 例1 解析产生感应电流有两个必要条件 一是闭合电路 二是回路中磁通量发生变化 二者缺一不可 导体相对磁场运动或导体做切割磁感线运动时 不一定组成闭合电路 故a b错误 即使是闭合回路做切割磁感线运动 回路中磁通量也不一定发生变化 如右图所示 闭合导体虽然切割磁感线 但回路中磁通量始终未变 故无感应电流产生 c错误 答案d 如图2 1 1所示 正方形导线框放在匀强磁场区内 磁场垂直于线框平面 在下列情况下 能否产生感应电流 请说明理由 1 将线框由正方形拉成圆形的过程中 2 将线框水平向右拉出磁场区 3 线框绕cd边旋转 例2 磁通量变化与否的分析 图2 1 1 解析 1 将线框由正方形拉成圆形 面积增大 闭合回路中磁通量增大 所以有感应电流产生 2 应分两个过程分析 当线框在磁区中运动时 磁通量不变 无感应电流产生 在线框离开磁区的过程中 磁通量减少 有感应电流产生 3 当线框以cd边为轴旋转时 穿过线框的磁通量发生变化 有感应电流产生 答案见解析 如图2 1 2所示 竖直放置的长直导线通以恒定电流 有一矩形线框与导线在同一平面内 在下列情况中线圈不会产生感应电流的是 a 导线中电流变大b 线框向右平动c 线框向下平动d 线框以ab边为轴转动 例3 线框在非匀强磁场中的运动 图2 1 2 解析分析是否产生感应电流 关键是分析穿过闭合线框的磁通量是否变化 而分析磁通量是否有变化 关键就是分清磁感线的分布 亦即分清磁感线的疏密变化和磁感线方向的变化 甲乙 对a选项 因i增大而引起导线周围的磁场增强 使线框的磁通量增大 故a会 对b选项 因离开直导线方向越远 磁感线分布越疏 如图乙 因此线框向右平动时 穿过线框的磁通量变小 故b会 对c选项 由图甲可知线框向下平动时穿过线框的磁通量不变 故c不会 对d选项 可用一些特殊位置来分析 当线框在图甲位置时 穿过线框的磁通量最大 当线框转过90 时 穿过线框的磁通量为零 因此可以判定线框以ab轴运动时磁通量一定变化 故d会 答案c 如图2 1 3所示 两个线圈分别绕在一个铁环上 线圈a接直流电源 线圈b接灵敏电流表 下列哪种情况不可能使线圈b中产生感应电流 a 将开关s接通或断开的瞬间b 开关s接通一段时间之后c 开关s接通后 改变变阻器滑动头的位置时d 拿走铁环 再做这个实验 开关s接通或断开的瞬间 例4 通过电流的变化产生感应电流 图2 1 3 解析本题的实验方法就是当年法拉第的实验原理装置 根据法拉第对产生感应电流的概括 a c d选项符合变化的电流 变化的磁场 产生感应电流的现象 而开关s接通一段时间之后 a线圈中是恒定电流 不符合 磁生电 是一种在变化 运动过程才能出现的效应 故不能使b线圈中产生感应电流 答案b 安培与电磁感应的发现擦肩而过法国物理学家安培一生有很多重大的科学发现 电磁学中不少公式和定律都以安培的名字命名 但是他却因为对实验结果分析的失误 失去了电磁感应现象发现者的桂冠 课外 阅读延伸 为什么几乎已经发现了电磁感应的安培得不到这一殊荣呢 这就要从安培的类似实验研究谈起 1822年 安培在日内瓦重做了1821年7月做过的一个实验 当时的实验是设计了一个固定在支架上的线圈 它由很多匝绝缘导线绕成 线圈的引线与伏打电堆相连 再找一个很细的铜条弯成铜环 用一根穿过线圈的细线把铜环悬挂 使铜环正好同心地悬挂在线圈里面 如上图所示 在1821年的实验中 安培是将线圈与电池接通 再把一根磁棒移向铜环 在实验中他没有观察到磁效应 而在1822年的实验中 他改用一个马蹄形强磁体代替了磁棒 按照安培说法 在电流通过螺旋线圈以前 铜环和磁体之间没有相互作用 这意味着在电流接通之前 磁体已经放在铜环附近了 在实验中 安培和他的助手清楚地观察到由于感应引起的吸引和排斥使铜环发生偏转 但他们都没有指出铜环中电流的瞬时性 从实际情形推测 安培无意中制成了一个阻尼冲击电流计 所以铜环的偏转是很明显的 而且能够持续一段时间 但当时的安培并不清楚这一实验现象可以用来说明什么 他的助手也只报告说 这个重要的实验表明 有些物质 虽然不能像铁 钢那样被电流永久地磁化 但是当它们受到这种影响时 至少能被暂时地磁化 这段分析表明助手只认为铜环可以被通电线圈暂时磁化 而安培似乎还更向前深入了一步 他说 如果不承认铜环中存在着可以形成运动电流的少量铁的话 这个实验就无疑地证明了感应能够产生电流 遗憾的是 安培没有意识到这个实验更加重要的科学意义 他错误地认为 感应能够产生电流这一事实 尽管它本身是很有趣的 但它与电动力作用的总体理论是无关的 其意思是铜环偏转与 电流感应 无关 编者 1822年夏天 安培的实验完成不久 法拉第便得知了 但由于寄给法拉第的实验论文插图中的铜环酷似圆盘 且文字表述含糊不清 而使法拉第把铜圆环误作铜盘 由于圆盘的转动惯量太大 法拉第最初并没有观察到安培所看到的效应 有关电磁感应的研究也因此步入迷途 多走了许多弯路 即便如此 和安培不同 法拉第也没有在探索电磁感应上停步不前 他曾把磁铁放在接有检流计的线圈内 结果没有发现检流计指针的偏转 1825年11月28日法拉第还专门做了下面几个实验 实验1 把两根导线互相缠绕着 先把其中的一根两头接到电池上通电 再把另一根导线的两头接到电流计上 没有观察到任何现象 实验2 两根4m长的导线平行放置 用两张厚纸将它们隔开 把其中一根接电池通电 另一根与电流计相连 电流计指针未动 实验3 将空心螺线管接到电池上 把另一根直导线引进螺线管 直导线接电流计 没有任何效应 实验4 将3中的实验的连接方式更换 即直导线接电池 螺线管接电流计 仍无任何效应 然而 因受到当时公认的电流必然是恒定的观念束缚 法拉第始终没有看到 由磁生电 的现象 以后由于种种原因 他暂时放下了自己的电磁研究工作 直至1831年8月29日 法拉