人教版选修32 41、2 划时代的发现　探究感应电流的产生条件 课件（60张）.pptVIP

第四章电磁感应 第1 2节划时代的发现探究感应电流的产生条件 学习目标定位1 知道与电流磁效应和电磁感应现象相关的物理学史 体会人类探究自然规律的科学态度和科学精神 2 通过实验 探究和理解感应电流的产生条件 3 能够运用感应电流的产生条件判断是否有感应电流产生 课前预习自主学习 基础知识梳理 一 电磁感应的探索历程1 丹麦物理学家奥斯特发现了电流周围存在磁场 电流的磁效应 2 英国物理学家法拉第发现了由磁场产生电流的条件和规律 电磁感应现象 3 电磁感应现象 当穿过闭合电路的发生变化时 电路中有产生的现象 磁通量 感应电流 二 磁通量1 磁通量 表示穿过某一面积的磁感线的 公式 单位 1wb 1 2 磁通量变化量 表示磁通量变化的多少 公式 净条数 bs t m2 2 1 快慢 三 探究感应电流的产生条件1 探究导体棒在磁场中运动是否产生电流结论 导体棒磁感线运动时 闭合回路中产生感应电流 2 探究磁铁在螺线管中运动是否产生电流结论 螺线管线圈中的磁场时 线圈中产生感应电流 3 模拟法拉第的实验结论 将开关闭合或断开以及滑动变阻器的滑片位置变化时 电流表中产生感应电流 切割 变化 知识精讲易错辨析 教材要点解读 要点一磁通量及其变化量 2 对s的理解 s为有效面积 即s s 如果磁感线和平面不垂直 s应取平面在垂直磁感线方向上的投影面积 如图所示 线圈平面与水平方向成 角 磁感线竖直向下 磁感应强度为b 线圈面积为s 垂直磁感线的有效面积s scos 则穿过线圈的磁通量 bscos s是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积 如图所示 若闭合电路efgh和abcd所在平面均与匀强磁场b垂直 面积分别为s1和s2 且s1 s2 但穿过平面s1和s2的磁场面积是相同的 所以穿过s1和s2的磁通量是相同的 因此 bs中的s应是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积s2 3 磁通量虽然是标量 却有正 负之分 求磁通量时要按代数和的方法求总的磁通量 穿过平面的磁感线的净条数 如下图 左 所示 有两个环a和b 其面积sa sb 它们套在同一磁铁的中央 试比较穿过环a b的磁通量的大小 我们若从上往下看 则穿过环a b的磁感线如下图 右 所示 磁感线有进有出 相互抵消后 即 a a出 a进 b b出 b进 因 a出 b出 a进 b进 所以 a出 a进 b出 b进 即 a b 磁通量的正 负号并不表示磁通量的方向 它的符号仅表示磁感线的贯穿方向 4 磁通量与线圈的匝数无关 磁通量与线圈的匝数无关 也就是说磁通量大小不受线圈匝数的影响 同理 磁通量的变化量 2 1也不受线圈匝数的影响 所以 直接用公式求 时 不必考虑线圈匝数n 2 磁通量的变化 1 面积s不变 磁感应强度b发生变化时 b s 2 磁感应强度b不变 面积s发生变化时 b s 其中面积s变化又分为两种情况 一是处于磁场中的闭合回路面积发生变化 引起磁通量发生变化 二是闭合回路面积不变 但与磁场的夹角发生变化 从而引起投影面积发生变化 3 磁感应强度b和面积s均发生变化 此时应用公式 2 1分析 判断穿过闭合导体回路的磁通量是否变化时 可充分利用磁感线来进行定性判断 即通过观察穿过闭合导体回路的磁感线的条数是否变化判断某过程中磁通量是否变化 矩形线框abcd的面积为s 可绕它的一条对称轴oo 转动 匀强磁场的磁感应强度为b 方向与oo 垂直 初位置时线框平面与磁场方向平行 如图 求 1 初位置时穿过线框的磁通量 1为多少 2 当线框沿图所示方向转过60 角时 磁通量 2为多少 这一过程中磁通量的变化量 1为多少 3 当线框沿图所示方向由 2 中的位置再转过60 角时 磁通量 3为多少 这一过程中 2为多少 例1 注意 前三种方法都是有条件的 第四种方法是普遍成立的 求出初态磁通量 1和末态磁通量 2 规定从一个面穿过为正值 如规定末态磁通量为正值 则初 末同向穿过平面时有 2 1 若初 末反向穿过平面则有 2 1 如图所示 有一个垂直于纸面向里的匀强磁场 b1 0 8t 磁场有明显的圆形边界 圆心为o 半径为1cm 现在纸面内先后放上与磁场垂直的圆线圈 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b1减为b2 0 4t的过程中 a和b中磁通量改变多少 2 在磁场转过30 角的过程中 c中磁通量改变多少 变式训练1 1 解析 1 对a线圈 a1 b1 r2 a2 b2 r2 磁通量的改变量 a a2 a1 0 8 0 4 3 14 10 4wb 1 256 10 4wb对b线圈 b1 b1 r2 b2 b2 r2 其中r为磁场的半径磁通量的改变量 b b2 b1 0 8 0 4 3 14 10 4wb 1 256 10 4wb 2 对c线圈 c1 b1 r 磁场转过30 线圈仍全部处于磁场中 线圈面积在垂直磁场方向的投影为 rcos30 则 c2 b1 rcos30 磁通量的改变量 c c2 c1 b1 r 1 cos30 0 8 3 14 5 10 3 2 1 0 866 wb 8 4 10 6wb 答案 1 1 256 10 4wb1 256 10 4wb 2 8 4 10 6wb 要点二探究感应电流的产生条件 探究2 条形磁铁在螺线管中运动是否产生电流 如图所示 将螺线管与电流计组成闭合回路 把条形磁铁插入或拔出螺线管 实验现象如下 探究3 模拟法拉第的实验 改变线圈a中的电流 线圈b中是否产生电流 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 实验现象如下 探究3 研究导体静止在磁场中时能否获得感应电流的问题 将开关闭合或断开以及改变滑动变阻器的滑片位置时 电流表中有电流通过 当使线圈a中电流变化 导致通过线圈b中的磁场强弱发生变化 从而改变穿过回路的磁通量 在 研究产生感应电流条件 的实验中 如图甲所示 把条形磁铁插入或者拔出闭合线圈的过程 线圈的面积尽管没有变化 但是线圈内的磁场强弱发生了变化 此时闭合线圈中 感应电流 填 有 或 无 继续做如图乙所示的实验 当导体棒做切割磁感线运动时 尽管磁场的强弱没有变化 但是闭合回路的面积发生了变化 此时回路中 感应电流 填 有 或 无 因为不管是磁场强弱发生变化 还是回路面积发生变化 都是穿过线圈所围面积的 发生了变化 这种观察总结的方法是物理学中重要的研究方法 即归纳法 例2 解析 感应电流产生的条件是 穿过闭合回路的磁通量发生变化 磁通量的变化可能是面积变化 也可能是磁感应强度变化 如图甲所示 把条形磁铁插入或者拔出闭合线圈的过程 线圈的面积尽管没有变化 但是线圈内的磁场强弱发生了变化 此时闭合线圈中有感应电流 如图乙所示 当导体棒做切割磁感线运动时 尽管磁场的强弱没有变化 但是闭合回路的面积发生了变化 此时回路中有感应电流 因为不管是磁场强弱发生变化 还是回路面积发生变化 都是穿过线圈所围面积的磁通量发生了变化 答案 有有磁通量 2017 成都月考 如图所示是 研究电磁感应现象 实验所需的器材 用实线将带有铁芯的线圈a 电源 滑动变阻器和开关连接成原线圈回路 将小量程电流表和线圈b连接成副线圈回路 列举出在实验中改变副线圈回路磁通量 使副线圈回路产生感应电流的三种方式 变式训练2 1 1 2 3 答案 实物图见解析 1 原线圈插入副线圈 原线圈从副线圈中拔出 2 变阻器快速移动 3 开关的通断 要点三产生感应电流的条件 磁通量虽是标量 但它有方向 当穿过线圈平面的磁场方向相反时 应确定穿过线圈平面的合磁场方向 引起感应电流的是穿过线圈平面的合磁场 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 如下图所示 甲 乙 两图中 导线是真 切割 而图 丙 中 线圈平面与磁感线平行 线圈没有切割磁感线 2 即使导体真 切割 了磁感线 也不能保证就能产生感应电流 如下图所示 对于图 甲 尽管导体 切割 了磁感线 匀强磁场 但此时穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化 没有感应电流 对于图 乙 导体框的一部分导体 切割 了磁感线 穿过线框的磁感线条数越来越少 线框中有感应电流 对于图 丙 闭合导体在非匀强磁场中运动 切割了磁感线 同时穿过线框的磁感线条数减少 线框中有感应电流 3 即使是闭合回路的部分导体做切割磁感线的运动 也不能绝对保证一定存在感应电流 如图所示 abcd方框的一部分在匀强磁场中上下平动 尽管是部分切割 但同样在线框中没有感应电流 由以上讨论可见 导体切割磁感线 不是在导体中产生感应电流的充要条件 归根结底还要看穿过闭合回路的磁通量是否发生变化 2017 城固县月考 用如图所示装置进行实验 绝缘的多匝线圈绕在蹄型磁铁上 线圈的两端与灵敏电流表的接线柱相连 发现灵敏电流表的指针没有偏转 其原因是 a 磁铁的磁性不够强b 线圈的匝数不够多c 通过线圈的磁通量没有变化d 灵敏电流表的量程太小 例3 解析 产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化 该实验中通过线圈的磁通量没有变化 c选项正确 答案 c 方法总结 感应电流产生条件可以归纳为两条 一是回路闭合 二是磁通量变化 多选 如图所示 a b两回路中各有一开关s1 s2 且回路a中接有电源 回路b中接有灵敏电流计 下列操作及相应的结果可能的是 a 先闭合s2 后闭合s1的瞬间 电流计指针偏转b s1 s2闭合后 在断开s2的瞬间 电流计指针偏转c 先闭合s1 后闭合s2的瞬间 电流计指针偏转d s1 s2闭合后 在断开s1的瞬间 电流计指针偏转 变式训练3 1 解析 回路a中有电源 当s1闭合后 回路中有电流 在回路的周围产生磁场 回路b中有磁通量 在s1闭合或断开的瞬间 回路a中的电流从无到有或从有到无 周围的磁场发生变化 从而使穿过回路b的磁通量发生变化 此时若s2是闭合的 则回路b中有感应电流 电流计指针偏转 所以a d正确 答案 ad 知识反馈自查自评 课堂巩固训练 1 2017 枣强中学三模 如图所示为通电长直导线的磁感线图 等面积线圈s1 s2与导线处于同一平面 关于通过线圈s1 s2的磁通量 1 2 下列分析正确的是 a 1 2b 1 2c 1 2 0d 1 2 0 解析 根据安培定则可知 直导线周围磁感应强度随距离的增大而减小 根据磁通量的表达式 bs可知 1 2 a选项正确 答案 a 2 多选 均匀带负电的塑料圆环绕垂直于圆环平面过圆心的轴旋转 在环的圆心处有一闭合小线圈 小线圈和圆环在同一平面 则 a 只要圆环在转动 小线圈内就一定有感应电流b 不管环怎样转动 小线圈内都没有感应电流c 圆环做变速转动时 小线圈内一定有感应电流d 圆环做匀速转动时 小线圈内没有感应电流 解析 圆环均匀带负电 匀速旋转时 形成恒定的电流 小线圈内磁通量保持不变 不能产生感应电流 故a b选项错误 d选项正确 圆环变速转动时 形成大小变化的电流 电流周围产生变化的磁场 通过小线圈内的磁通量发生变化 满足了产生感应电流的条件 可以产生感应电流 故c选项正确 答案 cd 3 如图所示 是 研究电磁感应现象 的实验装置 1 将图中所缺导线补充完整 2 如果在闭合开关时发现灵敏电流计的指针向右偏了一下 那么合上开关后 将原线圈迅速插入副线圈中 电流计指针将 偏转 填 向左 向右 或 不 3 原线圈插入副线圈后 将滑动变阻器滑片迅速向右移动时 电流计指针将 偏转 填 向左 向右 或 不 解析 1 研究电磁感应现象 的实验电路分两部分 一部分是含有电源的电路 另一部分是含有电流计的电路 要使原线圈产生磁场必须对其通电 故电源 开关 滑动变阻器 原线圈组成闭合电路 灵敏电流计与副线圈组成另一个闭合电路 如图所示 2 闭合开关时 穿过副线圈的