选修324142划时代的发现课件

第四章电磁感应第四章电磁感应第四章电磁感应第四章电磁感应第一节划时代的发现第一节划时代的发现第二节探究感应电流的产生条件第二节探究感应电流的产生条件学习目标：学习目标：1.了解与了解与“电生磁电生磁”及及“磁生电磁生电”相关相关的物理学史，知道电磁感应现象和感应电流的物理学史，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磁通量及磁通量的变化重点难点：重点难点：1.磁通量及磁通量的变化的分析及计算磁通量及磁通量的变化的分析及计算2感应电流的产生条件及应用感应电流的产生条件及应用新知初探自主学习新知初探自主学习一、划时代的发现一、划时代的发现1.1.奥斯特梦圆奥斯特梦圆“电生磁电生磁”18201820年，丹麦物理学家奥斯特在给南北方向年，丹麦物理学家奥斯特在给南北方向放置的导线通电时，发现导线下面的小磁针放置的导线通电时，发现导线下面的小磁针发生了转动，这一现象说明：电流能产生发生了转动，这一现象说明：电流能产生_电流的磁效应电流的磁效应磁场磁场2.法拉第心系法拉第心系“磁生电磁生电”(1)法拉第的对称思考：电能生磁，磁能否生电？法拉第的对称思考：电能生磁，磁能否生电？(2)法拉第发现法拉第发现“磁生电磁生电”：1831年，英国物理学年，英国物理学家法拉第通过实验发现了家法拉第通过实验发现了“磁生电磁生电”，即，即_现象并认识到现象并认识到“磁生电磁生电”是一是一种种在变化、运动的过程中才能出现的效应在变化、运动的过程中才能出现的效应(3)引起电流的原因：引起电流的原因：变化的电流；变化的电流；变化的磁变化的磁场；场；运动的恒定电流；运动的恒定电流；运动的磁铁；运动的磁铁；在磁在磁场中运动的导体场中运动的导体电磁感应电磁感应二、探究感应电流的产生条件二、探究感应电流的产生条件 自主探究自主探究 1.导体棒在磁场中运动是否产生电流导体棒在磁场中运动是否产生电流实验现象：如图实验现象：如图411所示，将导轨、可移所示，将导轨、可移动导体动导体AB放置在磁场中，并和电流计组成闭放置在磁场中，并和电流计组成闭合回路，把实验现象记录在下表中合回路，把实验现象记录在下表中图图411实验操作实验操作实验现象实验现象(有无电流有无电流)导体棒静止导体棒静止_导体棒平行磁感线运动导体棒平行磁感线运动_导体棒切割磁感线运动导体棒切割磁感线运动_无无无无有有结论：磁场强弱不变，导体棒运动，使闭合结论：磁场强弱不变，导体棒运动，使闭合回路包围的面积发生变化时有感应电流，面回路包围的面积发生变化时有感应电流，面积不变时无感应电流积不变时无感应电流2.磁铁在螺线管中运动是否产生电流磁铁在螺线管中运动是否产生电流实验现象：如图实验现象：如图412所示，将螺线管与电所示，将螺线管与电流计组成闭合回路，流计组成闭合回路，把条形磁铁插入或把条形磁铁插入或拔出螺线管，实验拔出螺线管，实验现象如下：现象如下：图图412实验操作实验操作实验现象实验现象(有有无电流无电流)实验操作实验操作实验现象实验现象(有无电流有无电流)N极插入线圈极插入线圈_S极插入极插入线圈线圈_N极停在线圈中极停在线圈中_S极停在极停在线圈中线圈中_N极从线圈中抽极从线圈中抽出出_S极从线极从线圈中抽出圈中抽出_有有有有无无无无有有有有结论：将磁铁插入或抽出时，线圈中磁场强结论：将磁铁插入或抽出时，线圈中磁场强弱发生变化时产生感应电流弱发生变化时产生感应电流3.模仿法拉第的实验模仿法拉第的实验实验现象：如图实验现象：如图413所示，线圈所示，线圈A通过变通过变阻器和开关连接到电源上，线圈阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端连到的两端连到电流表上，把线圈电流表上，把线圈A装在线圈装在线圈B的里面，的里面，实验现象如下：实验现象如下：图图413实验操作实验操作实验现象实验现象(线圈线圈B中有无电流中有无电流)开关闭合瞬间开关闭合瞬间_开关断开瞬间开关断开瞬间_开关闭合时，滑动变阻器开关闭合时，滑动变阻器的滑片不动的滑片不动_开关闭合时，迅速移动滑开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片动变阻器的滑片_有有有有有有无无结论：将开关闭合或断开及改变滑动变阻器结论：将开关闭合或断开及改变滑动变阻器的滑片的位置，线圈的滑片的位置，线圈A中的电流产生的磁场强中的电流产生的磁场强弱变化，线圈弱变化，线圈B中的磁场强弱变化，线圈中的磁场强弱变化，线圈B中中产生感应电流产生感应电流成功发现成功发现只要穿过闭合导体回路的只要穿过闭合导体回路的_发发生生变化，闭合导体回路中就有感应电流变化，闭合导体回路中就有感应电流磁通量磁通量要点探究讲练互动要点探究讲练互动要点要点1磁通量的分析和计算磁通量的分析和计算1.匀强磁场中磁通量的计算匀强磁场中磁通量的计算利用公式：利用公式：BS(其中其中B为匀强磁场的磁感为匀强磁场的磁感应强度，应强度，S为线圈的有效面积为线圈的有效面积)注意以下四种情况：注意以下四种情况：(1)如果磁感线与平面不垂直，如图如果磁感线与平面不垂直，如图414甲甲所示，有效面积应理解为原平面在垂直磁场所示，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方向上的投影面积，如果平面与垂直磁场方向的夹角为向的夹角为，则有效面积为，则有效面积为Scos，穿过该，穿过该平面的磁通量为平面的磁通量为BScos.若磁感线与平面若磁感线与平面夹角为夹角为，则，则BSsin.图图414(2)S指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积，指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积，如图乙，闭合回路如图乙，闭合回路abcd和闭合回路和闭合回路ABCD虽然面虽然面积不同，但穿过它们的磁通量却相同：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，不影响磁通量的计算，即线圈为多匝时，不影响磁通量的计算，即NBS,因为穿过线圈的磁感线的条数不受匝数影响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，则说明磁通量变化的条数变化，则说明磁通量变化图图415(2012杭州一中高二月考杭州一中高二月考)如图如图415所示的线框，面积为所示的线框，面积为S，处于磁感应强度为，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，的匀强磁场中，B的方向与线框平面成的方向与线框平面成角，角，当线框转过当线框转过90到如图所示的虚线位置时，到如图所示的虚线位置时，试求：试求：例例1(1)初、末位置穿过线框的磁通量初、末位置穿过线框的磁通量1和和2；(2)磁通量的变化量磁通量的变化量.【精讲精析精讲精析】(1)法一：在初始位置，把面法一：在初始位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为磁场方向的面积为SSsin，所以，所以1BSsin.在末位置，把面积向垂直于磁场方向在末位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为SScos.由于磁感线从反面穿入，所以由于磁感线从反面穿入，所以2BScos.图图416法二：如果把磁感应强度法二：如果把磁感应强度B沿垂直于面积沿垂直于面积S和平和平行于面积行于面积S进行分解，如图进行分解，如图416所示，则所示，则B上上Bsin，B左左Bcos有有1B上上SBSsin，2B左左SBScos.(2)开始时开始时B与线框平面成与线框平面成角，穿过线框的磁通量角，穿过线框的磁通量1BSsin；当线框平面按顺时针方向转动时，；当线框平面按顺时针方向转动时，穿过线框的磁通量减少，当转动穿过线框的磁通量减少，当转动时，穿过线框的时，穿过线框的磁通量减少为零，继续转动至磁通量减少为零，继续转动至90时，磁通量从时，磁通量从另一面穿过，变为另一面穿过，变为“负负”值值2BScos.所以，此过程中磁通量的变化量为所以，此过程中磁通量的变化量为21BScosBSsinBS(cossin)【答案答案】(1)BSsinBScos(2)BS(cossin)【规律总结规律总结】解答该类题目时，要注意磁感解答该类题目时，要注意磁感线是从平面的哪一面穿入的，当规定从某一面线是从平面的哪一面穿入的，当规定从某一面穿入的磁通量为正值时，则从另一面穿入的就穿入的磁通量为正值时，则从另一面穿入的就为负值，并准确地把初、末状态的磁通量表示为负值，并准确地把初、末状态的磁通量表示出来，然后按照求代数和的方法求出磁通量的出来，然后按照求代数和的方法求出磁通量的变化量变化量(磁通量是有正、负的标量磁通量是有正、负的标量)变式训练变式训练1.如图如图417所示，所示，a、b、c三个闭合线圈三个闭合线圈放在同一平面内，当线圈放在同一平面内，当线圈a中有电流中有电流I通过时，通过时，它们的磁通量分别为它们的磁通量分别为a、b、c，下列说法，下列说法中正确的是中正确的是()AabbcCaccb图图417解析：选解析：选B.当当a中有电流通过时，穿过中有电流通过时，穿过a、b、c三个闭合线圈的向里的磁感线条数一样多，三个闭合线圈的向里的磁感线条数一样多，向外的磁感线的条数向外的磁感线的条数c最多，其次是最多，其次是b，a中没中没有向外的磁感线，因此，根据合磁通量的计有向外的磁感线，因此，根据合磁通量的计算，应该是：算，应该是：abc.要点要点2感应电流有无的判断感应电流有无的判断注意：注意：(1)、(2)两条必须同时满足，才能产生两条必须同时满足，才能产生感应电流感应电流2.判断感应电流有无的方法判断感应电流有无的方法(1)明确电路是否为闭合电路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，大致有以穿过闭合电路的磁通量发生变化，大致有以下几种情况：下几种情况：变变的的四四种种情情况况B不变、不变、S变变例：闭合电路的一部分导体例：闭合电路的一部分导体切割磁感线时切割磁感线时B变、变、S不变不变例：线圈与磁体之间发生相例：线圈与磁体之间发生相对运动时对运动时B和和S都变都变注意：此时可由注意：此时可由t0计算并判断磁通量是否变化计算并判断磁通量是否变化B和和S大小都不大小都不变，但二者之变，但二者之间的夹角变间的夹角变例：线圈在磁场中转动时例：线圈在磁场中转动时如图如图418所示，竖直放置的长直导所示，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一平面，在下列情况中线框中产生感应电流的是的是()A导线中电流变大导线中电流变大B线框向右平动线框向右平动C线框向下平动线框向下平动D线框以直导线为轴转动线框以直导线为轴转动图图418例例2【思路点拨思路点拨】首先弄清直线电流周围磁感线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的分布特点，然后再判断磁通量是否变化【精讲精析精讲精析】逐项分析如下：逐项分析如下：选选项项诊断诊断结结论论A因因I增大而引起导线周围的磁场增强，使穿增大而引起导线周围的磁场增强，使穿过线框的磁通量增大过线框的磁通量增大B离直导线越远，磁感线分布越疏，如图甲，离直导线越远，磁感线分布越疏，如图甲，因此线框向右平动时，穿过线框的磁通量变因此线框向右平动时，穿过线框的磁通量变小小选选项项诊断诊断结结论论C由图甲可知线框向下平动时穿过线框的磁通由图甲可知线框向下平动时穿过线框的磁通量不变量不变D画出俯视图如图乙，由图可看出线框绕直导画出俯视图如图乙，由图可看出线框绕直导线转动时，在任何一个位置穿过线框的磁感线转动时，在任何一个位置穿过线框的磁感线条数均不变，因此无感应电流线条数均不变，因此无感应电流图图419【答案答案】AB【名师点评名师点评】判断是否产生感应电流，关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、侧视图等成俯视图、侧视图等变式训练变式训练2.(2012成都外国语学校高二检测成都外国语学校高二检测)如图如图4110所示所示,A、B两回路中各有一开关两回路中各有一开关S1、S2，且回路，且回路A中接有电源中接有电源,回路回路B中接有灵敏电流计，下列操作及相应的结果中可中接有灵敏电流计，下列操作及相应的结果中可能的是能的是()A先闭合先闭合S2，后闭合，后闭合S1的的瞬间，电流计指针偏转瞬间，电流计指针偏转BS1、S2闭合后，在断开闭合后，在断开S2的瞬间，电流计指针偏转的瞬间，电流计指针偏转C先闭合先闭合S1，后闭合，后闭合S2的瞬间，电流计指针偏转的瞬间，电流计指针偏转DS1、S2闭合后，在断开闭合后，在断开S1的瞬间，电流计指针偏转的瞬间，电流计指针偏转图图4110解析：选解析：选AD.回路回路A中有电源，当中有电源，当S1闭合后，回路闭合后，回路中有电流，在回路的周围产生磁场，回路中有电流，在回路的周围产生磁场，回路B中有磁中有磁通量在通量在S1闭合或断开的瞬间，回路闭合或断开的瞬间，回路A中的电流从中的电流从无到有或从有到无，电流周围的磁场发生变化，无到有或从有到无，电流周围的磁场发生变化，从而使穿过回路从而使穿过回路B的磁通量发生变化，产生感应电的磁通量发生变化，产生感应电流，此时若流，此时若S2是闭合的，则回路是闭合的，则回路B中有感应电流，中有感应电流，电流计指针偏转，所以选项电流计指针偏转，所以选项A、D正确正确.热点示例创新拓展热点示例创新拓展“双棒双棒”切割问题初探切割问题初探双金属棒与电路其他部分构成的闭合电路，双金属棒与电路其他部分构成的闭合电路，在两个棒都做切割磁感线运动时，闭合电路在两个棒都做切割磁感线运动时，闭合电路中的磁通量是否变化、是否有感应电流，根中的磁通量是否变化、是否有感应电流，根据回路的有效面积是否变化判断即可据回路的有效面积是否变化判断即可经典案例经典案例如图如图4111所示，在匀强磁场中有两条平行的所示，在匀强磁场中有两条平行的金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直导轨上有金属导轨，磁场方向与导轨平面垂直导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导，与导轨接触良好这两条金属棒轨接触良好这两条金属棒ab、cd的运动速度的运动速度分别是分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流通过，且井字形回路中有感应电流通过，则可能则可能()Av1v2Bv1v2Cv1v2D无法确定无法确定图图4111【思路点拨思路点拨】根据根据v1与与v2的关系，判断出磁场的关系，判断出磁场中闭合回路面积是否变化，从而确定磁通量的变中闭合回路面积是否变化，从而确定磁通量的变化及感应电流能否产生化及感应电流能否产生【解题样板解题样板】只要金属棒只要金属棒ab、cd的运动速度不的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流故选项合回路中就会产生感应电流故选项A、B正确正确【答案答案】AB