高中物理 第1章 电磁感应与现代生活 1.1 电磁感应——划时代的发现课件 沪科版选修32.ppt

1 1电磁感应 划时代的发现 第1章电磁感应与现代生活 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 知识探究新知探究点点落实 达标检测当堂检测巩固反馈 知识探究 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 一 划时代的发现 答案根据对称思维的方法 学术界开始了对 把磁转变为电 的研究 答案 要点总结 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 在磁场中运动的导体等 奥斯特 电 磁 法拉第 磁 电 由磁得到电 变化的电流 变化的磁场 运动的磁铁 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 答案 二 磁通量及其变化 图1 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 答案bs 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 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 答案 bs 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 答案 2bs 要点总结 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 图2 面积 磁感应强度 条数 bs 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 特别提醒 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 b s b s 2 1 例1如图3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 答案 解析 图3 答案a b线圈的磁通量均减少了1 256 10 4wb 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 b 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 答案 解析 答案减少了6 28 10 5wb减少了1 256 10 4wb 解析对线圈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 例2磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量 如图4所示 通有恒定电流的导线mn与闭合线框共面 第一次将线框由位置1平移到位置2 第二次将线框绕cd边翻转到位置2 设先后两次通过线框的磁通量变化量分别为 1和 2 则 图4 a 1 2b 1 2c 1 2d 无法确定 答案 解析 解析设闭合线框在位置1时的磁通量为 1 在位置2时的磁通量为 2 直线电流产生的磁场在位置1处的磁感应强度比在位置2处要强 故 1 2 将闭合线框从位置1平移到位置2 磁感线是从闭合线框的同一面穿过的 所以 1 2 1 1 2 将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置2 磁感线分别从闭合线框的正反两面穿过 所以 2 2 1 1 2 以原来磁感线穿过的方向为正方向 则后来从另一面穿过的方向为负方向 故正确选项为c 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 三 感应电流的产生条件 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6 有 无 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 图7 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 变化 不变 变化 变化 不变 闭合 磁通量 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 要点总结 1 产生感应电流的条件 穿过电路的发生变化 2 例如 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 例3下图中能产生感应电流的是 答案 解析 解析a选项中 电路没有闭合 无感应电流 b选项中 面积增大 通过闭合电路的磁通量增大 有感应电流 c选项中 穿过线圈的磁感线相互抵消 恒为零 无感应电流 d选项中 磁通量不发生变化 无感应电流 1 电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件 二者缺一不可 2 磁通量发生变化 其主要内涵体现在 变化 上 磁通量很大 若没有变化也不会产生感应电流 磁通量虽然是零 但是如果在变化仍然可以产生感应电流 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 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 1 电磁感应现象的发现与认识 在法拉第时代 下列验证 由磁产生电 设想的实验中 能观察到感应电流的是a 将绕在磁铁上的线圈与电流表组成一闭合回路 然后观察电流表的变化b 在一通电线圈旁放置一连有电流表的闭合线圈 一段时间后观察电流表的变化c 将一房间内的线圈两端与相邻房间的电流表连接 往线圈中插入条形磁铁后 再到相邻房间去观察电流表的变化d 绕在同一铁环上的两个线圈 分别接电源和电流表 在给线圈通电或断电的瞬间 观察电流表的变化 答案 解析 1 2 3 4 解析同时满足电路闭合和穿过电路的磁通量发生变化这两个条件 电路中才会产生感应电流 本题中的a b选项都不会使得电路中的磁通量发生变化 并不满足产生感应电流的条件 故都不正确 c选项中磁铁插入线圈时 虽有短暂电流产生 但未能及时观察 c项错误 在给线圈通电 断电瞬间 会引起穿过另一线圈的闭合电路磁通量发生变化 产生感应电流 因此d项正确 1 2 3 4 2 对磁通量的理解 如图9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 则穿过两圆环的磁通量 a b的大小关系为a a bb a bc a bd 不能比较 答案 图9 解析 1 2 3 4 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 通过圆环的磁感线的俯视图如图所示 穿过圆环的磁通量 进 出 由于两圆环面积sa b 故a正确 1 2 3 4 3 感应电流的产生条件 多选 如图10所示 竖直放置的长直导线通有恒定电流 有一矩形线框与导线在同一平面内 在下列情况中线框产生感应电流的是a 导线中的电流变大b 线框向右平动c 线框向下平动d 线框以ab边为轴转动 答案 1 2 3 4 图10 4 感应电流的产生条件 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 在铁心的右端套有一个表面绝缘的铜环a 下列