高中物理 第四章 电磁感应 1-2 划时代的发现、探究感应电流的产生条件课件 新人教版选修3-2.ppt

自主学习 基础知识 合作探究 重难疑点 解题技巧 素养培优 1划时代的发现2探究感应电流的产生条件 学习目标 1 了解电磁感应现象的发现过程 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 探究理解感应电流的产生条件 3 掌握磁通量的概念及其计算 重点 4 能够运用感应电流的产生条件判断感应电流能否产生 难点 1 电生磁 的发现1820年 丹麦物理学家 发现载流导线能使小磁针偏转 这种作用称为 2 磁生电 的发现1831年 英国物理学家 发现了 磁生电 的现象 这种现象叫作 产生的电流叫作 奥斯特 电流的磁效应 法拉第 电磁感应 感应电流 3 法拉第的概括 为什么很多科学家在磁生电的研究中没有成功 提示 很多科学家在实验中没有注意到磁场的变化 导体与磁场之间的相对运动等环节 只想把导体放入磁场中来获得电流 这实际上违背了能量转化与守恒定律 1 奥斯特发现了电流的磁效应 拉开了研究电与磁相互联系的序幕 2 电流的磁效应否定了一切磁现象都是来自于电荷的运动这一结论 3 磁生电 是一种在变化 运动过程中才出现的效应 1 磁通量 1 概念 穿过某个面的磁通量等于闭合导体回路的 与垂直穿过它的 的乘积 2 公式 BS 2 产生感应电流的条件只要穿过 的 发生变化 闭合导体回路中就有感应电流 面积 磁感应强度 闭合导体回路 磁通量 引起闭合电路中的磁通量变化的因素有哪些 提示 引起磁通量变化的原因有 磁感应强度B发生变化 闭合电路的面积发生变化 磁感应强度B和线圈平面的夹角 发生变化 1 导体回路的面积越大 则穿过导体回路的磁通量越大 2 穿过螺线管的磁通量发生变化时 螺线管内部就一定有感应电流产生 3 即便闭合导体回路中有导体做切割磁感线运动 回路中也不一定有感应电流 预习完成后 请把你认为难以解决的问题记录在下面的表格中 学生分组探究一磁通量及其变化的分析与计算第1步探究 分层设问 破解疑难1 磁通量怎样表示 它的物理意义是什么 提示 磁通量用字母 表示 它的物理意义是 在磁感应强度为B的匀强磁场中 有一个与磁场方向垂直的平面 面积为S 我们把B与S的乘积叫做穿过这个面的磁通量 它还可以理解为穿过磁感线的条数 2 在匀强磁场中如何计算磁通量 提示 利用公式 BS 其中B为匀强磁场的磁感应强度 S为线圈的有效面积 第2步结论 自我总结 素能培养1 磁通量的正 负 其正 负是这样规定的 任何一个面都有正 反两面 若规定磁感线从正面穿入为正磁通量 则磁感线从反面穿入即为负磁通量 反之亦可 2 线圈为多匝时磁通量的计算 即 NBS N为线圈匝数 因为穿过线圈的磁感线的条数不受匝数影响 3 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 4 磁通量的变化 2 1 第3步例证 典例印证 思维深化如图4 1 1所示的线框 面积为S 处于磁感应强度为B的匀强磁场中 B的方向与线框平面成 角 当线框转过90 到如图所示的虚线位置时 试求 1 初 末位置穿过线框的磁通量的大小 1和 2 2 磁通量的变化量 图4 1 1 思路点拨 1 磁通量的公式 BS的适应条件是 磁场是匀强磁场 B与S垂直 2 求磁通量的变化要注意磁通量穿过的方向 解析 1 解法一 如题图所示 在初始位置 把面积向垂直于磁场方向进行投影 可得垂直于磁场方向的面积为S Ssin 所以 1 BSsin 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S Scos 由于磁感线从反面穿入 所以 2 BScos 解法二 如果把磁感应强度B沿垂直于面积S和平行于面积S进行分解 能否得到同样的结论 请同学们自行推导 答案是肯定的 2 开始时B与线框平面成 角 穿过线框的磁通量 1 BSsin 当线框平面按顺时针方向转动时 穿过线框的磁通量减少 当转到 时 穿过线框的磁通量减少为零 继续转动至90 时 磁通量从另一面穿过 变为 负 值 2 BScos 所以 此过程中磁通量的变化量为 2 1 BScos BSsin BS cos sin 答案 1 1 BSsin 2 BScos 2 BS cos sin 求解磁通量的方法1 解答该类题目时 要注意磁感线是从平面的哪一面穿入的 2 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为负值 然后按照求代数和的方法求出磁通量的变化 磁通量是有正 负的标量 3 准确地把初 末状态的磁通量表示出来是解题的关键 第4步巧练 精选习题 落实强化1 两个圆环A B如图4 1 2所示放置 且半径RA RB 一条形磁铁的轴线过两个圆环的圆心处 且与圆环平面垂直 则穿过A B环的磁通量 A和 B的关系是 A A BB A BC A BD 无法确定 解析 因为有两个方向的磁感线穿过线圈 磁通量应是抵消之后所剩余的磁感线的净条数 从上向下看 穿过圆环A B的磁感线如图所示 磁感线有进有出 A B环向外的磁感线条数一样多 但A环向里的磁感线条数较多 抵消得多 净剩条数少 所以 A B 故选项C正确 答案 C 2 如图4 1 3所示 通有恒定电流I的导线 其右侧的矩形线框第图4 1 3一次从位置 平移到位置 磁通量的变化量为 1 第二次以其右边为轴从位置 转动到位置 磁通量的变化量为 2 试比较 1与 2的大小关系 解析 设线框位于 两个位置时磁通量的大小分别为 0 t 则第一次平移到位置 时 有 1 0 t 第二次转动到位置 时 磁感线穿过线框平面的方向与初态时相反 则有 2 0 t 0 t 可知 1 2 答案 1 2 学生分组探究二感应电流的产生条件第1步探究 分层设问 破解疑难1 如图4 1 4所示 当导体棒ad向右运动时 穿过abcd的磁通量有没有发生改变 闭合回路中有无感应电流 图4 1 4 提示 磁通量发生改变 有感应电流产生 2 如图4 1 5所示 穿过闭合回路的磁通量有没有发生改变 闭合回路中有无感应电流 提示 磁通量没有发生改变 无感应电流产生 3 闭合电路的一部分导体在磁场中运动时 一定产生感应电流吗 提示 不一定 闭合电路的一部分导体在磁场中运动时 若其速度与磁场方向平行 则不能产生感应电流 第2步结论 自我总结 素能培养1 产生感应电流的条件 1 电路为闭合电路 2 穿过电路的磁通量发生变化 注意 1 2 两条必须同时满足 才能产生感应电流 2 判断感应电流有无的方法 1 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 3 与 意义不同 大小也没有必然的联系 感应电流的产生与 无关 只取决于 的变化 即与 有关 第3步例证 典例印证 思维深化如选项图所示 A中线圈有一小缺口 B D中匀强磁场区域足够大 C中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方 其中能产生感应电流的是 思路点拨 解答此题应注意两点 1 电路是否闭合 2 穿过电路的磁通量是否变化 解析 图A中线圈没闭合 无感应电流 图B中闭合电路中的磁通量增大 有感应电流 图C中的导线在圆环的正上方 不论电流如何变化 穿过线圈的磁感线都相互抵消 磁通量恒为零 也无电流 图D中回路磁通量恒定 无感应电流 故本题只有选项B正确 答案 B 判断磁感线的条数是否变化的方法磁感线的条数可用来形象地表示一个回路的磁通量大小 所以判断穿过闭合电路的磁通量是否变化时 可充分利用穿过闭合电路的磁感线的条数是否变化来判断某过程中磁通量是否变化 第4步巧练 精选习题 落实强化1 如图4 1 6所示 在竖直向下的匀强磁场中 有一闭合导体环 环面与磁场垂直 当导体环在磁场中完成下述运动时 可能产生感应电流的是 A 导体环保持水平且在磁场中向上或向下运动B 导体环保持水平向左或向右加速平动C 导体环以垂直环面 通过环心的轴转动D 导体环以一条直径为轴 在磁场中转动 解析 只要导体环保持水平 无论它如何运动 穿过环的磁通量都不变 都不会产生感应电流 只有导体环绕通过直径的轴在磁场中转动时 穿过环的磁通量改变 才会产生感应电流 D项正确 答案 D 2 如图4 1 7所示 线圈 与电源 开关 滑动变阻器相连 线圈 与电流计 相连 线圈 与线圈 绕在同一个铁芯上 在下列情况下 电流计 中是否有示数 1 开关闭合瞬间 2 开关闭合稳定后 3 开关闭合稳定后 来回移动滑动变阻器的滑动端 4 开关断开瞬间 解析 本题主要考查闭合电路中电流变化导致磁场变化从而产生感应电流的情况 1 开关闭合时线圈 中电流从无到有 故电流形成的磁场也从无到有 穿过线圈 的磁通量也从无到有 故线圈 中产生感应电流 电流计 有示数 2 开关闭合稳定后 线圈 中电流稳定不变 电流形成的磁场不变 此时线圈 中虽有磁通量但磁通量稳定不变 故线圈 中无感应电流产生 电流计 无示数 3 开关闭合稳定后 来回移动滑动变阻器的滑动端 电阻变化 线圈 中的电流变化 电流形成的磁场也发生变化 穿过线圈 的磁通量也发生变化 故线圈 中有感应电流产生 电流计 有示数 4 开关断开瞬间 线圈 中电流从有到无 电流形成的磁场也从有到无 穿过线圈 的磁通量也从有到无 故线圈 中有感应电流产生 电流计 有示数 答案 1 有 2 无 3 有 4 有 导体切割磁感线产生感应电流的判断1 切割磁感线不是产生感应电流的充要条件 归根结底要看穿过闭合电路的磁通量是否发生变化 2 在利用 切割 来讨论和判断有无感应电流时 应该注意下列情况 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4 1 8所示 甲 乙两图中 导体是真 切割 而丙 丁两图中 导体没有切割磁感线 图4 1 8 2 即使导体真 切割 了磁感线 也不能保证能产生感应电流 如图4 1 9甲所示 甲和丁中不产生感应电流 乙和丙中产生感应电流 图4 1 9 如图4 1 10所示 在匀强磁场中的矩形金属轨道上 有等长的两根金属棒ab和cd 它们以相同的速度匀速运动 则 图4 1 10A 断开开关S ab中有感应电流B 闭合开关S ab中有感应电流C 无论断开还是闭合开关S ab中都有感应电流D 无论断开还是闭合开关S ab中都没有感应电流 思路点拨 闭合电路中磁通量发生变化是产生感应电流的充要条件 解析 两根金属棒ab和cd以相同的速度匀速运动 若断开开关S 两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量无变化 则回路中无感应电流 故选项A C错误 若闭合开关S 两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量发生变化 则回路中有感应电流 故B正确 D错误 答案 B 先看名师指津 不管是哪种方式引起了导体回路中磁通量发生了变化 都会产生感应电流 如在本题中 穿过ab和cd组成的回路磁通量不变化 但穿过abfe和cdfe两个回路的磁通量发生了变化 再演练应用 图4 1 11是机场的安检人员用手持金属探测器检查乘客的情景 当探测线圈靠近金属物体时 在金属物体中就会产生电流 如果能检测出这种变化 就可以判定探测线圈附近有金属物体了 图中能反映出金属探测器工作原理的是 图4 1 11 ABCD 解析 金属探测器能探测金属 是根据电磁感应现象 即金属在磁场中切割磁感线运动时产生感应电流 选项B正确 答案 B