2019-2020學年高中物理 第四章 電磁感應 1、2 劃時代的發(fā)現(xiàn) 探究感應電流的產(chǎn)生條件課件 新人教版選修3-2.ppt

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第四章電磁感應 1 2劃時代的發(fā)現(xiàn)探究感應電流的產(chǎn)生條件 一 奧斯特夢圓 電生磁 在1820年4月的一次講演中 奧斯特偶然在直導線附近放置一枚小磁針 當導線中有電流通過時 磁針發(fā)生了偏轉 這就是著名的奧斯特實驗 實驗表明 通電導線周圍和永磁體周圍一樣都存在磁場 電流的磁效應是科學史上的一個重要發(fā)現(xiàn) 它揭示了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象之間存在的某種聯(lián)系 從此把電學和磁學聯(lián)系起來 二 法拉第心系 磁生電 法拉第經(jīng)過長期不懈的努力最終發(fā)現(xiàn) 磁生電 是一種在變化 運動的過程中才能出現(xiàn)的效應 法拉第把引起電流的原因概括為五類 它們都與變化和運動相聯(lián)系 這就是 變化的電流 變化的磁場 運動的恒定電流 運動的磁鐵 在磁場中運動的導體 他把這些現(xiàn)象定名為電磁感應 產(chǎn)生的電流叫做感應電流 三 探究感應電流的產(chǎn)生條件實驗1閉合電路一部分導體做切割磁感線運動 實驗電路如圖甲所示 產(chǎn)生感應電流的原因分析 導體AB做切割磁感線運動時 勻強磁場的磁感應強度B沒有變化 但導體AB與電流表組成的回路面積S發(fā)生變化 即回路中磁通量發(fā)生了變化 實驗2條形磁鐵在線圈中相對運動 實驗電路如圖乙所示 產(chǎn)生感應電流的原因分析 向線圈中插入磁鐵 或把磁鐵從線圈中抽出時 線圈與電流表組成的回路面積S沒有變化 但線圈回路中的磁感應強度B發(fā)生了變化 即回路中的磁通量發(fā)生了變化 實驗3模仿法拉第的實驗 實驗電路如圖丙所示 丙產(chǎn)生感應電流的原因分析 由于迅速移動滑動變阻器的滑片 或由于開關的閉合 斷開 線圈A中的電流迅速變化 產(chǎn)生的磁場的強弱也在迅速變化 所以通過線圈B的磁感應強度 或磁場強弱 也在迅速變化 即線圈B回路中的磁通量發(fā)生了變化 1 產(chǎn)生感應電流的條件 既與磁場的變化有關系 也就是說 與磁感應強度的變化有關系 也與閉合電路包圍的面積有關系 即與閉合回路的磁通量有關系 2 實驗表明 只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化 閉合電路中就有感應電流 自我檢測1 正誤判斷 1 只要閉合電路內有磁通量 閉合電路中就有感應電流產(chǎn)生 解析 產(chǎn)生感應電流的條件 一是閉合電路 二是磁通量變化 有磁通量而不變化 是不會產(chǎn)生感應電流的 答案 2 穿過螺線管的磁通量發(fā)生變化時 螺線管內部就一定有感應電流產(chǎn)生 解析 磁通量發(fā)生變化 而螺線管回路不閉合 不會產(chǎn)生感應電流 答案 3 閉合電路的部分導體在磁場中運動就會產(chǎn)生感應電流 解析 只有閉合電路的部分導體做切割磁感線的運動時 閉合回路中才會產(chǎn)生感應電流 答案 4 線框不閉合時 即使穿過線框的磁通量發(fā)生變化 線框中也沒有感應電流產(chǎn)生 解析 產(chǎn)生感應電流的兩個條件都滿足才會有感應電流產(chǎn)生 答案 2 多選 如圖所示 導線ab和cd互相平行 則下列四種情況中 導線cd中有電流的是 A 開關S閉合或斷開的瞬間B 開關S是閉合的 但滑動觸頭向左滑C 開關S是閉合的 但滑動觸頭向右滑D 開關S始終閉合 滑動觸頭不動解析 開關S閉合或斷開的瞬間 開關S閉合但滑動觸頭向左滑的過程中 開關S閉合但滑動觸頭向右滑的過程中都會使通過導線ab段的電流發(fā)生變化 使穿過cd回路的磁通量發(fā)生變化 從而在cd導線中產(chǎn)生感應電流 因此 本題的正確選項應為ABC 答案 ABC 探究一 探究二 對磁通量概念的理解問題探究如圖甲 豎直向下的勻強磁場中 水平放置一正方形線框 如圖乙 豎直向下的勻強磁場中 平行磁感應強度的方向放置正方形線框 若線框的面積是S 磁感應強度為B 試求兩種情況下 穿過線框的磁通量分別是多少 要點提示 題圖甲中 磁感線與線框所在平面垂直 穿過線框的磁通量 1 BS 題圖乙中 磁感線與線框所在平面平行 穿過線框的磁通量 2 0 探究一 探究二 知識歸納1 對磁通量的三點理解 1 磁通量是標量 但是有正負 磁通量的正負不表示大小 只表示磁感線是怎樣穿過平面的 即若以向里穿過某面的磁通量為正 則向外穿過這個面的磁通量為負 2 若穿過某一面的磁感線既有穿出 又有穿入 則穿過該面的合磁通量為凈磁感線的條數(shù) 3 由 BS可知 磁通量的大小與線圈的匝數(shù)無關 探究一 探究二 2 勻強磁場中磁通量的計算 1 B與S垂直時 BS B指勻強磁場的磁感應強度 S為線圈的面積 2 B與S不垂直時 BS S 為線圈在垂直磁場方向上的投影面積 在應用時可將S投影到與B垂直的方向上或者S不變 將B分解為垂直于S和平行于S兩個分量 則 B S 如圖所示 BSsin 3 某面積內有不同方向的磁場時 分別計算不同方向的磁場的磁通量 然后規(guī)定某個方向的磁通量為正 反方向的磁通量為負 求其代數(shù)和 探究一 探究二 3 非勻強磁場中磁通量的分析條形磁鐵 通電導線周圍的磁場都是非勻強磁場 通常只對穿過線圈的磁通量進行定性分析 分析時應兼顧磁場強弱 線圈面積和磁場與線圈的夾角等因素 并可充分利用磁感線來判斷 即磁通量的大小對應穿過線圈的磁感線的條數(shù) 穿過線圈的磁感線的條數(shù)變化 則說明磁通量變化 探究一 探究二 典例剖析 例題1 如圖所示 有一個垂直于紙面向里的勻強磁場 B 0 8T 磁場有明顯的圓形邊界 圓心為O 半徑為1cm 現(xiàn)在紙面內先后放上與磁場垂直的圓線圈 圓心均在O處 A線圈半徑為1cm 10匝 B線圈半徑為2cm 1匝 C線圈半徑為0 5cm 1匝 問 1 在B減為0 4T的過程中 求A和B中磁通量改變量大小 2 在磁場轉過30 角的過程中 求C中磁通量改變量大小 探究一 探究二 解析 1 對A線圈 A1 B1 r2 A2 B2 r2 磁通量的改變量大小 A A2 A1 0 8 0 4 3 14 10 4Wb 1 256 10 4Wb 其中r為磁場的半徑磁通量的改變量大小 B B2 B1 0 8 0 4 3 14 10 4Wb 1 256 10 4Wb 探究一 探究二 答案 1 1 256 10 4Wb1 256 10 4Wb 2 8 4 10 6Wb 探究一 探究二 與磁通量計算有關的三點注意 1 線圈為多匝時 磁通量計算不受影響 因為穿過線圈的磁感線的條數(shù)不受匝數(shù)影響 2 若某面積內的磁場不是勻強磁場 但將該面積劃分為幾塊后 每一塊都是勻強磁場 可用公式 BS 對每一塊進行計算 然后求代數(shù)和 若每一塊都不是勻強磁場 則高中階段只能根據(jù)磁感線的條數(shù)對磁通量進行定性判斷 3 若線圈面積S1大于磁場區(qū)域面積S2 那么 BS中的S應指閉合回路中處于磁場中的那部分的有效面積即S2 探究一 探究二 變式訓練1如圖所示 一矩形線圈abcd的面積S為1 10 2m2 它與勻強磁場方向之間的夾角 為30 穿過線圈的磁通量 為1 10 3Wb 則 1 磁場的磁感應強度B為多大 2 若線圈以ab邊為軸翻轉180 則此過程穿過線圈的磁通量的變化大小 為多少 解析 1 由磁通量的計算公式 BS BSsin 2 若規(guī)定開始時穿過線圈的磁通量為正 則轉過180 時穿過線圈的磁通量為負 故 1 1 10 3Wb 2 1 10 3Wb 2 1 2 10 3Wb答案 1 0 2T 2 2 10 3Wb 探究一 探究二 探究產(chǎn)生感應電流的條件問題探究影視劇中常常有這樣的情節(jié) 特工將并排在一起的兩根電話線分開 在其中一根電話線旁邊鋪設一條兩端分別與耳機連接的導線 這條導線與電話線是絕緣的 如圖所示 這樣就能竊聽到電話 這里面有什么科學道理呢 下面我們通過實驗來探究 探究一 探究二 1 如圖所示 導體AB放在磁場中 并與電流表相連 按照表中實驗操作進行實驗 觀察有無感應電流產(chǎn)生 完成下表 無 無 有 變化 不變 探究一 探究二 2 如圖所示 條形磁鐵放在線圈中 線圈接有電流表 按照表中實驗操作進行實驗 觀察有無感應電流產(chǎn)生 完成下表 無 有 有 有 無 有 變化 不變 探究一 探究二 3 如圖所示 原線圈 小螺線管 接電源 開關和滑動變阻器 副線圈 大螺線管 接電流表 按照表中實驗操作進行實驗 觀察有無感應電流產(chǎn)生 完成下表 探究一 探究二 有 有 無 有 變化 不變 探究一 探究二 4 上述三個實驗產(chǎn)生感應電流的情況不同 但其中肯定有某種共同的原因 完成下表并總結產(chǎn)生感應電流的條件 變化 不變 變化 變化 不變 閉合 磁通量 探究一 探究二 知識歸納1 產(chǎn)生感應電流的條件只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化 閉合電路中就會產(chǎn)生感應電流 2 感應電流有無的判斷引起感應電流的表面因素很多 但本質的原因是磁通量的變化 只要穿過閉合電路的磁通量變化 閉合電路中就有感應電流產(chǎn)生 探究一 探究二 穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化 大致有以下幾種情況 1 電路為閉合電路 2 穿過電路的磁通量發(fā)生變化 兩條必須同時滿足 才能產(chǎn)生感應電流 探究一 探究二 典例剖析 例題2 如圖所示 矩形線圈與磁場垂直 且一半在勻強磁場內 一半在勻強磁場外 下述操作中能使線圈中產(chǎn)生感應電流的是 A 以bc為軸轉動45 B 以ad為軸轉動45 C 將線圈向下平移D 將線圈向上平移 探究一 探究二 解析 當線圈以bc為軸轉動45 時 ad邊剛好還沒有進入磁場 這樣 穿過線圈的磁感線的條數(shù)沒有發(fā)生變化 磁通量不發(fā)生改變 所以在回路中不會產(chǎn)生感應電流 A錯誤 當以ad為軸轉動45 時 bc邊剛好要離開磁場 這樣 穿過線圈的磁感線的條數(shù)將不斷減少 所以在回路中會產(chǎn)生感應電流 選項B正確 當將線圈向下平移或者向上平移時 穿過線圈的磁感線的條數(shù)均沒有發(fā)生變化 磁通量不發(fā)生改變 所以在回路中不會產(chǎn)生感應電流 選項C D錯誤 答案 B 探究一 探究二 判斷是否產(chǎn)生感應電流的技巧 1 電路閉合和磁通量發(fā)生變化是產(chǎn)生感應電流的兩個條件 二者缺一不可 2 磁通量發(fā)生變化 其主要內涵體現(xiàn)在 變化 上 磁通量很大 若沒有變化 也不會產(chǎn)生感應電流 磁通量雖然是零 但是變化的 仍然可以產(chǎn)生感應電流 3 產(chǎn)生感應電流的實質是其他形式的能轉化為電能 探究一 探究二 變式訓練2 多選 如圖所示 在正方形線圈的內部有一條形磁鐵 線圈與磁鐵在同一平面內 兩者有共同的中心軸線OO 關于線圈中產(chǎn)生感應電流的下列說法正確的是 A 當磁鐵向紙面外平移時 線圈中不產(chǎn)生感應電流B 當磁鐵向上平移時 線圈中不產(chǎn)生感應電流C 當磁鐵向下平移時 線圈中產(chǎn)生感應電流D 當磁鐵N極向紙外 S極向紙里繞OO 軸轉動時 線圈中產(chǎn)生感應電流 探究一 探究二 解析 由于線圈與磁鐵在同一平面內 兩者有共同的中心軸線OO 由條形磁鐵的磁感線分布的軸對稱性可以判斷出此時線圈中的磁通量為零 當磁鐵向紙面外平移時 N極發(fā)出的磁感線從磁鐵外部再回到S極 所以在平移過程中 線圈中沒有磁通量的改變 不產(chǎn)生感應電流 A正確 當磁鐵向上平移時或者當磁鐵向下平移時 線圈始終在條形磁鐵的軸線上 所以磁通量始終為零 所以線圈中不產(chǎn)生感應電流 所以B正確 C錯誤 當磁鐵N極向紙外 S極向紙里繞OO 軸轉動時 線圈中的磁通量將由零開始先逐漸增加 所以磁通量發(fā)生了變化 將會產(chǎn)生感應電流 所以D正確 答案 ABD 1 2 3 4 1 如圖所示 ab是水平面上一個圓線圈的直徑 在過ab的豎直平面內有一根通電直導線ef 已知ef平行于ab 當ef豎直向上平移時 電流磁場穿過圓線圈面積的磁通量將 A 逐漸增大B 逐漸減小C 始終為零D 不為零 但保持不變解析 利用安培定則判斷電流產(chǎn)生的磁場 作出如圖所示俯視圖 考慮到磁場具有對稱性 可以知道 穿進圓線圈的磁感線的條數(shù)與穿出圓線圈的磁感線條數(shù)是相等的 故選C 答案 C 1 2 3 4 2 如圖所示 矩形線框abcd放置在水平面內 磁場方向與水平方向成 角 已知sin 回路面積為S 磁感應強度為B 則通過線框的磁通量為 解析 在磁通量 BS公式中 B與S必須垂直 若B與S不垂直 則S要轉化為垂直于B的有效面積 也可以將B轉化為垂直于S的垂直分量 答案 B 1 2 3 4 3 某學生做觀察電磁感應現(xiàn)象的實驗 將電流表 線圈A和B 蓄電池 開關用導線連接成如圖所示的實驗電路 當他接通 斷開開關時 電流表的指針都沒有偏轉 其原因是 A 開關位置接錯B 電流表的正 負極接反C 線圈B的接頭3 4接反D 蓄電池的正 負極接反解析 圖中所示開關的連接不能控制含有電源的電路中電流的通斷 而本實驗的內容之一就是用來研究在開關通斷瞬間 電流的有無是否導致磁場發(fā)生變化 進而產(chǎn)生感應電流的情況 因而圖中接法達不到目的 答案 A 1 2 3 4 4 1825年 瑞士物理學家德拉里夫的助手科拉頓將一個螺線管與電流計相連 為了避免強磁性磁鐵的影響 他把電流計放在另外一個房間 當他把磁鐵投入螺線管中后 立即跑到另一個房間去觀察 關于科拉頓進行的實驗 下列說法正確的是 A 在科拉頓整個操作過程中 電流計不發(fā)生偏轉B 將磁鐵投入螺線管瞬間 電流計發(fā)生偏轉 但科拉頓跑到房間觀察時 電流計已不再偏轉C 科拉頓無法觀察到電流計偏轉的原因是當時電流計靈敏度不夠D 科拉頓無法觀察到電流計偏轉的原因是導線過長 電流過小 1 2 3 4 解析 科拉頓將磁鐵放入螺線管時 穿過線圈的磁通量發(fā)生變化 回路中產(chǎn)生感應電流 電流計偏轉 之后 穿過線圈的磁通量保持不變 回路中無感應電流 電流計不偏轉 由于科拉頓放完磁鐵后還要跑到另一房間觀察 所以他觀察不到偏轉 只有B項正確 答案 B