高中物理 模块综合 复合场中的特殊物理模型课件 新人教版选修3-1 (144)

1、知识结构知识结构一、磁通量一、磁通量1、定义：、定义：若一个平面与磁场方向垂直若一个平面与磁场方向垂直,则磁感应强度则磁感应强度B与面与面积积S的乘积的乘积,称为称为穿过这个面的穿过这个面的磁通量。磁通量。2、定义式：、定义式：=BS 适用条件：适用条件：匀强磁场、SB一般计算式：一般计算式： =BSsin 或：或： =BS 或：或： =B S磁通量可理解为穿过一个面磁通量可理解为穿过一个面的磁感线条数。如图：的磁感线条数。如图：3、标量、标量,单位：韦伯（单位：韦伯（Wb） 1Wb=1Tm2最大最大较小较小=0平面图平面图思考思考1：哪些情况可以引起磁通量：哪些情况可以引起磁通量的变化？的变

2、化？abdc由一般计算式：由一般计算式： =BS sin (1)B 变：变：=BS (2) S 变：变：=BS (3)变：变：思考思考2：如上图：如上图,若磁感应强度为若磁感应强度为B,面积为面积为S,则以则以cd为为轴转过轴转过90,磁通量变化量为多少？转过磁通量变化量为多少？转过180磁通量磁通量变化量是多少？转过变化量是多少？转过360磁通量变化量为多少？磁通量变化量为多少？二、电磁感应现象条件二、电磁感应现象条件1、产生感应电流的条件？、产生感应电流的条件？ 不论采用什么方法不论采用什么方法,只要穿过只要穿过闭合电路闭合电路的磁通量发的磁通量发生生变化变化,闭合电路中就产生电流闭合电路

3、中就产生电流(感生电流感生电流)。 注意：决定有无电流产生的条件是注意：决定有无电流产生的条件是磁通量磁通量是否变是否变化化,不是有无磁场不是有无磁场,也不是磁场是否变化。也不是磁场是否变化。 以下情况都发生了电磁感应现象以下情况都发生了电磁感应现象:例：带负电的圆环绕圆心旋转例：带负电的圆环绕圆心旋转,在环的圆心处有一闭合在环的圆心处有一闭合小线圈小线圈,小线圈和圆环在同一平面内小线圈和圆环在同一平面内,则则 A只要圆环在转动只要圆环在转动,小线圈内部一定有感应电流产生小线圈内部一定有感应电流产生B圆环不管怎样转动圆环不管怎样转动,小线圈内都没有感应电流产生小线圈内都没有感应电流产生C圆环在

4、作变速转动时圆环在作变速转动时,小线圈内就一定有感应电流小线圈内就一定有感应电流产生产生D圆环作匀速转动时圆环作匀速转动时,小线圈内没有感应电流产生小线圈内没有感应电流产生C D2、产生感应电动势的条件？、产生感应电动势的条件？电磁感应现象的本质是：电磁感应现象的本质是：产生了感应电动势（产生了感应电动势（ 变变或切割）或切割）V a bv三、感应电流的方向三、感应电流的方向1、特殊方法：、特殊方法： 右手定则右手定则 用于导线切割用于导线切割磁感线的情形。磁感线的情形。注意左手定则与右手定则的使用情景注意左手定则与右手定则的使用情景.IVFI例：在下列四幅图中例：在下列四幅图中,磁感强度磁感

5、强度B、感应电流强度感应电流强度I、导线的运动速度导线的运动速度V等三个物理量中只给出两个等三个物理量中只给出两个,试试判断出第三个物理量方向。判断出第三个物理量方向。(已知已知:三个物理量互三个物理量互相垂直）相垂直）VIBVIVIB （无感生电流）（无感生电流） 图示图示,使图中的矩形线圈使图中的矩形线圈abcd向右穿出磁场向右穿出磁场,求求 . 框架中的感生电流方向；框架中的感生电流方向； . cd边受到的磁场力的方向；边受到的磁场力的方向； . 要想导线框向右做匀速运动要想导线框向右做匀速运动,必须对导线施加必须对导线施加 什么方向的外力？什么方向的外力？abcd V2、普适方法：、普

6、适方法：楞次定律楞次定律 内容：内容：“四步法四步法”判断感应电流方向：判断感应电流方向：a、明确原磁场、明确原磁场B方向方向 b、明确磁通量的变化（是增还是减）、明确磁通量的变化（是增还是减） c、判断感应电流的磁场、判断感应电流的磁场B的方向的方向 d、安培定则判断感应电流的方向、安培定则判断感应电流的方向感应电流的磁场总是要感应电流的磁场总是要阻碍阻碍磁通量的变化磁通量的变化。例（例（1996年全国）一平面线圈用细杆悬于年全国）一平面线圈用细杆悬于P点点,开始时细杆处于开始时细杆处于水平位置水平位置,释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动释放后让它在如图所示的匀强磁场中运动,已知线圈平已知

7、线圈平面始终与纸面垂直面始终与纸面垂直,当线圈第一次通过位置当线圈第一次通过位置和位置和位置时时,顺着磁顺着磁场的方向看去场的方向看去,线圈中的感应电流的方向分别为线圈中的感应电流的方向分别为 位置位置 位置位置（A）逆时针方向）逆时针方向 逆时针方向逆时针方向（B）逆时针方向）逆时针方向 顺时针方向顺时针方向（C）顺时针方向）顺时针方向 顺时针方向顺时针方向（D）顺时针方向）顺时针方向 逆时针方向逆时针方向1、阻碍不是阻止、阻碍不是阻止,而是延缓而是延缓,即磁通量变化的时间变长了。即磁通量变化的时间变长了。2、阻碍的对象是原磁通量变化、阻碍的对象是原磁通量变化,而不一定是原磁场的变化。而不一

8、定是原磁场的变化。3、阻碍不是相反、阻碍不是相反当原磁通量当原磁通量减小减小时时,感应电流的磁场与原磁场感应电流的磁场与原磁场同向同向,以阻碍其减小；以阻碍其减小；当磁体远离导体运动时当磁体远离导体运动时,导体运动将和磁体运动同向导体运动将和磁体运动同向,以阻碍其相对以阻碍其相对运动运动当原磁通量增大时当原磁通量增大时,感应电流的磁场与原磁场反向感应电流的磁场与原磁场反向,以阻碍其增大；以阻碍其增大；当磁体靠近导体运动时当磁体靠近导体运动时,导体运动将和磁体运动同向导体运动将和磁体运动同向,以阻碍其相对以阻碍其相对运动运动 即增反减同即增反减同 增减指增减指 , 反同指反同指 。4、由于、由于

9、“阻碍阻碍”,为了维持原磁场的变化为了维持原磁场的变化,必须有外力克服这一必须有外力克服这一“阻碍阻碍”而做功而做功,从而导致其它形式的能转化为电能因此楞次定从而导致其它形式的能转化为电能因此楞次定律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现律是能量转化和守恒定律在电磁感应中的体现 “阻碍阻碍”二字的理解二字的理解 N S v0 如图所示如图所示,闭合导体环固定。条形磁铁闭合导体环固定。条形磁铁S极向下极向下以初速度以初速度v0沿过导体环圆心的竖直线下落的过沿过导体环圆心的竖直线下落的过程中程中,导体环中的感应电流方向如何？导体环中的感应电流方向如何？ 若将条形磁铁改若将条形磁铁改为为 磁单极子磁

10、单极子N?V请分析下列电磁感应现象中所受磁场力的作用效果？请分析下列电磁感应现象中所受磁场力的作用效果？I变大变大愣次定律的另一种表述愣次定律的另一种表述：感应电流的效果：感应电流的效果总要反抗产生感应电流的原因总要反抗产生感应电流的原因PQV用条形磁铁分别用条形磁铁分别去接近去接近A或或B会看会看到什么现象？到什么现象？ab当导体棒当导体棒ab匀速向右运动匀速向右运动时，线圈时，线圈C处于什么状态？处于什么状态？若匀加速呢？匀减速呢？若匀加速呢？匀减速呢？c阻碍阻碍磁通量的磁通量的变化变化例：如图例：如图,要使小线圈向右摆动要使小线圈向右摆动,导体导体ab应应（线圈平面与（线圈平面与铁芯垂直

11、）。铁芯垂直）。A、向右加速运动、向右加速运动B、向右减速运动、向右减速运动C、向左加速运动、向左加速运动D、向左减速运动、向左减速运动abBD判断闭合电路（或电路中可动部分导体）相对运动类判断闭合电路（或电路中可动部分导体）相对运动类问题的分析策略问题的分析策略常规法：常规法：效果法：（等效法）效果法：（等效法）五、电磁感应现象中的五、电磁感应现象中的能量转化能量转化 既然有感应电流产生既然有感应电流产生,就产生电能。那必定有其他就产生电能。那必定有其他形式的能减少。形式的能减少。注：要实现能量的转化注：要实现能量的转化,条件是条件是一定要有闭合回路一定要有闭合回路, 形成感应电流。形成感应

12、电流。其它能其它能 电能电能转化为转化为电磁阻尼：电磁阻尼： 相对运动相对运动,产生感应电流产生感应电流,从而阻碍从而阻碍相对运动相对运动,使运动迅速停止。使运动迅速停止。若环不闭合？若环不闭合？ 电磁阻尼的本质电磁阻尼的本质是利用电磁感应现象是利用电磁感应现象快速消耗机械能快速消耗机械能1、如图、如图,线圈线圈A中接有如图所示电源中接有如图所示电源,线圈线圈B有一半面积处在线圈有一半面积处在线圈A中中,两线圈平行但不两线圈平行但不接触接触,则当开关则当开关S闭和瞬间闭和瞬间,线圈线圈B中的感应电流的中的感应电流的情况是：情况是：A无感应电流无感应电流 B有沿顺时针的感应电流有沿顺时针的感应电

13、流C有沿逆时针的感应电流有沿逆时针的感应电流 D无法确定无法确定练习练习C例：在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨例：在匀强磁场中放一电阻不计的平行金属导轨, ,导轨导轨跟大线圈跟大线圈M M相接相接, ,如图所示导轨上放一根导线如图所示导轨上放一根导线ab,ab,磁感磁感线垂直于导轨所在平面欲使线垂直于导轨所在平面欲使M M所包围的小闭合线圈所包围的小闭合线圈N N产生顺时针方向的感应电流产生顺时针方向的感应电流, ,则导线的运动可能是则导线的运动可能是 A A匀速向右运动匀速向右运动B B加速向右运动加速向右运动C C匀速向左运动匀速向左运动D D加速向左运动加速向左运动ab向右减速，或

14、向左加速向右减速，或向左加速这是这是楞次定律的逆向应用楞次定律的逆向应用、培养、培养逆向思维能力逆向思维能力。D练习：如图所示练习：如图所示, ,要使要使Q Q线圈产生图示方向的电流线圈产生图示方向的电流, ,可可采用的方法有采用的方法有 A A闭合开关闭合开关K KB B闭合开关闭合开关K K后后, ,把把R R的滑动方向右移的滑动方向右移C C闭合开关闭合开关K K后后, ,把把P P中的铁心从左边抽出中的铁心从左边抽出D D闭合开关闭合开关K K后后, ,把把Q Q靠近靠近P PAD图中图中,导体导体ab向右匀速运动向右匀速运动,问问:1、此过程发生了什么现象、此过程发生了什么现象,为什

15、么？为什么？2、能使导体、能使导体ab发生匀速运动发生匀速运动,需要拉力吗？为什么？需要拉力吗？为什么？四、电磁感应现象中的四、电磁感应现象中的“因因”与与“果果”磁通量变化磁通量变化产生感应电流产生感应电流受磁场力受磁场力2、 如图所示如图所示,O1O2是矩形导线框是矩形导线框abcd的对称轴的对称轴,其左方其左方有匀强磁场。以下哪些情况下有匀强磁场。以下哪些情况下abcd中有感应电流产生？方中有感应电流产生？方向如何？向如何？A.将将abcd 向纸外平移向纸外平移 B.将将abcd向右平移向右平移 C.将将abcd以以ab为轴转动为轴转动60 D.将将abcd以以cd为轴转动为轴转动60解

16、：解：A、C两种情况下穿过两种情况下穿过abcd的磁通量的磁通量没有发生变化没有发生变化,无感应电流产生。无感应电流产生。B、D两种情况下原磁通向外两种情况下原磁通向外,减少减少,感应感应电流磁场向外电流磁场向外,感应电流方向为感应电流方向为abcd。a db cO1O23、如图所示装置中、如图所示装置中,cd杆原来静止。当杆原来静止。当ab 杆做杆做如下那些运动时如下那些运动时,cd杆将向右移动？杆将向右移动？A.向右匀速运动向右匀速运动 B.向右加速运动向右加速运动C.向左加速运动向左加速运动 D.向左减速运动向左减速运动O1O24、 如图所示如图所示,当磁铁绕当磁铁绕O1O2轴匀速转动时

17、轴匀速转动时,矩形矩形导线框（不考虑重力）将如何运动？导线框（不考虑重力）将如何运动？ c a d b L2 L1BDO1 aO2 b7、如图所示、如图所示,在条形磁铁从图在条形磁铁从图示位置绕示位置绕O1O2轴转动轴转动90的过的过程中程中,放在导轨右端附近的金属放在导轨右端附近的金属棒棒ab将如何移动？将如何移动？ O B 8、如图所示、如图所示,用丝线悬挂闭合金属环用丝线悬挂闭合金属环,悬于悬于O点点,虚线左边有匀强磁场虚线左边有匀强磁场,右边没右边没有磁场。金属环的摆动会很快停下来。有磁场。金属环的摆动会很快停下来。试解释这一现象。若整个空间都有向试解释这一现象。若整个空间都有向外的匀

18、强磁场外的匀强磁场,会有这种现象吗？会有这种现象吗？ ABSkDC9、如图所示是生产中常用的一种、如图所示是生产中常用的一种延延时继电器时继电器的示意图。铁芯上有两个线的示意图。铁芯上有两个线圈圈A和和B。线圈。线圈A跟电源连接跟电源连接,线圈线圈B的的两端接在一起两端接在一起,组成一个闭合电路。在组成一个闭合电路。在拉开开关拉开开关S的时候的时候,弹簧弹簧k并不能立即将并不能立即将衔铁衔铁D拉起拉起,从而使触头从而使触头C（连接工作（连接工作电路）立即离开电路）立即离开,过一段时间后触头过一段时间后触头C才能离开；延时继电器就是这样得名才能离开；延时继电器就是这样得名的。试说明这种继电器的工

19、作原理。的。试说明这种继电器的工作原理。10、如图所示是家庭用的、如图所示是家庭用的“漏电保护器漏电保护器“的关键部分的原理的关键部分的原理图图,其中其中P是一个变压器铁芯是一个变压器铁芯,入户的两根电线入户的两根电线”（火线和零线）（火线和零线）采用双线绕法采用双线绕法,绕在铁芯的一侧作为原线圈绕在铁芯的一侧作为原线圈,然后再接入户内的然后再接入户内的用电器。用电器。Q是一个脱扣开关的控制部分（脱扣开关本身没有画是一个脱扣开关的控制部分（脱扣开关本身没有画出出,它是串联在本图左边的火线和零线上它是串联在本图左边的火线和零线上,开关断开时开关断开时,用户的供用户的供电被切断）电被切断）,Q接在铁芯另一侧副线圈的两端接在铁芯另一侧副线圈的两端a、b之间之间,当当a、b间间没有电压时没有电压时,Q使得脱扣开关闭合使得脱扣开关闭合,当当a、b间有电压时间有电压