高中物理 第四章第一节第二节 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 第四章电磁感应 学习目标1 了解与 电生磁 及 磁生电 相关的物理学史 知道电磁感应现象和感应电流 2 通过实验 探究和理解感应电流的产生条件 3 会分析通过电路的磁通量的变化情况 会计算磁通量及磁通量的变化 一 划时代的发现自研教材1 奥斯特梦圆 电生磁 1820年 丹麦物理学家 发现电流能产生磁场 即电流的磁效应 2 法拉第心系 磁生电 1 1831年 英国物理学家 发现 磁生电 即电磁感应现象 奥斯特 法拉第 变化和运动 感应电流 成功体验很多科学家为什么在磁生电的研究中没有成功 提示 很多科学家没有注意磁场的变化和导体与磁场之间的相对运动 只想把导体放入磁场中来获得电流 这实际上违反了能量转化和守恒定律 二 探究感应电流的产生条件自主探究1 导体棒在磁场中运动是否产生电流如图所示 导体棒ab前后平动 左右平动 上下平动 引起电流表指针的摆动情况已记录在下表中 通过表格分析 在这个实验中 什么情况下能够产生感应电流 提示 部分导体切割磁感线 闭合电路所围面积发生变化时 磁场不变化 有电流产生 当导体棒左右 上下平动时 闭合电路所围面积没有发生变化 无电流产生 2 磁铁在螺线管中运动是否产生电流如图所示 把磁铁的某一个磁极插入线圈 或静止的放在线圈中 或从线圈中抽出 电流表指针的摆动情况已记录在下表中 通过表格分析 在这个实验中 什么情况下闭合回路中能够产生感应电流 提示 磁铁相对线圈运动 线圈内磁场强弱发生变化时 线圈面积不变 有电流产生 当磁铁在线圈中静止时 线圈内磁场不变化 无电流产生 3 模仿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 然后进行实验 得到了下表所示的实验现象 通过表格分析 在这个实验中 什么情况下能够产生感应电流 提示 通 断电瞬间以及变阻器滑片迅速移动的过程中 线圈a中的电流变化 导致线圈b内的磁场变化 有感应电流产生 线圈b内的磁场不变化时 则没有感应电流产生 成功发现只要穿过闭合导体回路的 发生变化 闭合导体回路中就有感应电流 磁通量 要点一磁通量的分析和计算1 匀强磁场中磁通量的计算利用公式 bs 其中b为匀强磁场的磁感应强度 s为线圈的有效面积 注意以下四种情况 1 如果磁感线与平面不垂直 如图甲所示 有效面积应理解为原平面在垂直磁场方向上的投影面积 如果平面与垂直磁场方向的夹角为 则有效面积为scos 穿过该平面的磁通量为 bscos 若磁感线与平面夹角为 则 bssin 2 s指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积 如图乙 闭合回路abcd和闭合回路abcd虽然面积不同 但穿过它们的磁通量却相同 bs2 3 某面积内有不同方向的磁感线穿过时 分别计算不同方向的磁场的磁通量 然后规定某个方向的磁通量为正 反方向的磁通量为负 求其代数和 4 线圈为多匝时 磁通量仍为 bs 因为穿过线圈的磁感线的条数不受匝数影响 2 非匀强磁场中磁通量的分析条形磁铁 通电导线周围的磁场都是非匀强磁场 通常只对穿过其中的线圈的磁通量进行定性分析 分析时应兼顾磁场强弱 线圈面积和磁场与线圈的夹角等因素 并可充分利用磁感线来判断 即磁通量的大小对应穿过线圈的磁感线的条数 穿过线圈的磁感线的条数变化 则说明磁通量变化 如图所示 有一个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 圆心均在o处 a线圈半径为1cm 10匝 b线圈半径为2cm 1匝 c线圈半径为0 5cm 1匝 问 1 在b减为0 4t的过程中 a和b中磁通量改变了多少 2 当磁场转过30 角的过程中 c中磁通量改变了多少 解析 本题主要考查磁通量改变量的求解 可由 2 1求出 注意 bs中的s取对磁通量有贡献的有效面积 1 对a线圈 1 b1 r2 2 b2 r2 磁通量改变量 2 1 0 8 0 4 3 14 1 10 2 2wb 1 256 10 4wb 对b线圈 2 1 0 8 0 4 3 14 1 10 2 2wb 1 256 10 4wb 2 对c线圈 1 b r2磁场转过30 时 2 b r2cos30 磁通量改变量 2 1 b r2 1 cos30 0 8 3 14 5 10 3 2 1 0 866 wb 8 4 10 6wb 答案 见解析 名师点评 磁通量和线圈匝数无关 磁通量的改变量和线圈匝数也无关 当线圈所围面积大于磁场区域时 以磁场区域面积为准 跟踪训练1 2013 武汉市重点中学高二期中 如图所示 通有恒定电流的导线mn与闭合金属框共面 第一次将金属框由 平移到 第二次将金属框绕cd边翻转到 设先后两次通过金属框的磁通量变化大小分别为 1和 2 则 a 1 2b 1 2c 1 2d 不能判断解析 选c 将金属框由 平移到 磁通量的变化量大小 1 将金属框绕cd边翻转到 时磁通量变化量大小为 2 所以 1 2 故选c 要点二感应电流有无的判断1 产生条件 1 电路为闭合电路 2 穿过电路的磁通量发生变化 注意 1 2 两条必须同时满足 才能产生感应电流 2 判断方法 1 明确电路是否为闭合电路 2 判断穿过回路的磁通量是否发生变化 穿过闭合电路的磁通量发生变化 大致有以下几种情况 如图所示 竖直放置的长直导线通一恒定电流 有一矩形线框与导线在同一平面 在下列情况中线框中产生感应电流的是 a 导线中电流变大b 线框向右平动c 线框向下平动d 线框以直导线为轴转动 思路点拨 首先弄清直线电流周围磁感线的分布特点 然后再判断磁通量是否变化 解析 逐项分析如下 答案 ab 名师点评 判断是否产生感应电流 关键要分析穿过闭合电路的磁通量是否发生变化 而对于本题来说 首先就必须弄清楚通电直导线的磁感线分布情况 如果是立体图 我们经常还得把它转化成平面图 比如转化成俯视图 侧视图等 跟踪训练2如图所示 矩形线框有一半在匀强磁场中 若要使线框中有感应电流 下列做法中可行的是 a 将线框向左平移b 以ab边为轴转动90 c 以ad边为轴转动60 d 以bc边为轴转动60 解析 选abc 将线框向左拉出磁场的过程中 线框的bc部分做切割磁感线的运动 或者说穿过线框的磁通量减少 所以线框中产生感应电流 故a正确 当线框以ab边为轴转动时 线框的cd边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 b正确 当线框以ad边为轴转动 小于60 穿过线框的磁通量在减少 所以在转动过程中产生感应电流 选项c正确 当线框以bc为轴转动时 如果转动角小于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 d错误 故选abc 非匀强磁场中磁通量的比较 范例 如图所示 a b是两个同平面 同心放置的金属圆环 条形磁铁穿过圆环且与两环平面垂直 则通过两圆环的磁通量 a b a a bb a bc a bd 不能比较 解析 条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是 磁铁内外磁感线的条数相同 磁铁内外磁感线的方向相反 磁铁外部磁感线的分布是两端密 中间疏 两个同心放置的同平面的金属圆环与磁铁垂直且磁铁在中央时 通过其中的磁感线的俯