高中物理 第4章 第1、2节 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32.ppt

同步导同步导学方案学方案课后强课后强化演练化演练对应学生用书对应学生用书P1本章的内容主要是讲述电磁感应现象的产生，确定感应电动势的大小和方向的一般规律，以及电磁感应现象在现实生活中的应用．内容主要包括以下几个方面：一是电磁感应现象及产生感应电流的条件；二是感应电流的方向；三是感应电动势的大小；四是电磁感应的应用．电磁感应定律的发现，不仅在科学和实践上具有重要意义，而且发现定律的思想以及发现过程中法拉第所表现的科学态度、意志力等都对后人有着重要的启迪和教育意义．人类对“电与磁”关系的认识过程，反映了科学发展过程的继承性，以及科学家群体的巨大作用．本章可划分为三个单元：第一单元包括“划时代的发现”“探究感应电流产生的条件”和“楞次定律”，是从感应电流认识电磁感应现象，重点是感应电流的产生条件和方向遵从的规律．第二单元包括“法拉第电磁感应定律”和“电磁感应现象的两类情况”，定量描述感应电动势的大小，揭示电磁感应现象的本质．第三单元介绍三种具体的电磁感应现象的特点及应用．有“互感和自感”“涡流、电磁阻尼和电磁驱动”．前两部分是本章的重点．本章重点：电磁感应现象及法拉第电磁感应定律和楞次定律．本章难点：电磁感应现象及规律的综合应用.本章是以电场和磁场等知识为基础，研究了电磁感应的一系列现象，通过实验总结出了产生感应电流的条件和判定感应电流方向的一般方法——楞次定律，给出了确定感应电动势大小的一般规律——法拉第电磁感应定律．现象的背后是本质，因此，做好实验并深入探究和深刻理解现象背后的本质是掌握本章知识的重要方法．对应学生用书对应学生用书P1本章的核心是感应电流方向判断和感应电动势大小的计算．需要在理解规律的基础上，加强应用训练，达到熟练基本方法和思路，灵活运用公式和规律．本章涉及力学、电路、电场等问题．需要综合运用力学中的牛顿运动定律、功能关系、能量守恒定律及电路中的电功、电功率、闭合电路欧姆定律和静电场中的电容等解答本章综合问题．提高分析和综合能力不仅是解答物理问题的需要，同时也是我们学习的目的之一．第1、2节 划时代的发现 探究感应电流的产生条件1．“电生磁”的发现1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应．2．“磁生电”的发现1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象．教 材 要 点 解 读对应学生用书对应学生用书P13．法拉第的概括法拉第把引起感应电流的原因概括为五类：(1)变化的电流；(2)变化的磁场；(3)运动的恒定电流；(4)运动的磁铁；(5)在磁场中运动的导体． 4．电磁感应法拉第把他发现的磁生电的现象叫做电磁感应，产生的电流叫感应电流．5．发现电磁感应现象的意义(1)使人们对电与磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生．(2)使人们找到了磁生电的条件，开辟了人类的电气化时代．电生磁和磁生电是两个不同的过程，要抓住过程的本质，电生磁是指运动电荷周围产生磁场；磁生电是指线圈内的磁通量发生变化而在闭合线圈内产生了感应电流．要从本质上来区分它们．1．物理意义表示穿过某一面积的磁感线条数．2．定义式Φ＝BS.3．应用Φ＝BS时需注意以下四点(1)公式Φ＝BS的适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直，即B⊥S.如图所示．(2)对S的理解．①S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θ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⊥＝Scosθ，则穿过线圈的磁通量Φ＝BScosθ.②S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，Φ＝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Φa＝Φa出－Φa进，Φb＝Φb出－Φb进，因Φa出＝Φb出，Φa进＜Φb进，所以Φa出－Φa进＞Φb出－Φb进，即Φa＞Φb. 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ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受线圈匝数的影响．所以，直接用公式求Φ、ΔΦ时，不必考虑线圈匝数n.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．1．实验探究探究1：导体棒在磁场中运动是否产生电流？如图所示，将可移动导体AB放置在磁场中，并和电流计组成闭合回路，实验现象如下： 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无无导体棒平行磁感线运动导体棒平行磁感线运动无无导体棒切割磁感线运动导体棒切割磁感线运动有有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：实验操作实验操作实验现象实验现象(有无电有无电流流)实验操作实验操作实验现象实验现象(有无有无电流电流)N极插入线圈极插入线圈有有S极插入线圈极插入线圈有有N极停圈中极停圈中无无S极停圈极停圈中中无无N极从线圈中抽出极从线圈中抽出有有S极从线圈中极从线圈中抽出抽出有有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装圈B的里面，实验现象如下：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有有开关断开瞬间开关断开瞬间有有开关闭合时，滑动变阻器滑片不动开关闭合时，滑动变阻器滑片不动无无开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片滑片有有2.分析论证探究1：观察闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时产生感应电流的条件．导体AB做切割磁感线运动时，线路中有电流产生：磁场的强弱没有变化，但导体棒切割磁感线运动使闭合电路包围磁场的面积在变化，从而改变穿过回路的磁通量．探究2：进一步观察导体不动而磁铁运动时是否产生感应电流．将磁铁插入或拔出线圈的过程中，线圈中有电流产生：线圈中的磁场强弱发生了变化，从而改变穿过回路的磁通量．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．1．产生感应电流的条件产生感应电流的条件可总结为：只要穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中就有感应电流产生．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．2．特殊情况：闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动，闭合电路中可能有感应电流产生．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. 解 题 方 法 指 导对应学生用书对应学生用书P3 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Φ1为多少？(2)当线框沿图所示方向转过60°角时，磁通量Φ2为多少？这一过程中磁通量的变化量ΔΦ1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Φ3为多少？这一过程中ΔΦ2为多少？【解析】 作出如图所示的俯视图．(1)当处于如图所示位置时，从俯视图可看出线框平面与磁场方向平行，没有磁感线穿过矩形线框，故Φ1＝0.【方法总结】磁感应强度与回路平面夹角为α1，那么求磁通量变化的方法有以下几种：情况情况方法方法其他不变，其他不变，B改变改变ΔΦ＝＝ΔB·Ssinα其他不变，其他不变，S改变改变ΔΦ＝＝ΔS·Bsinα其他不变，其他不变，α改变改变ΔΦ＝＝BS(sinα2－－sinα1)B，，S，，α中有两个或三个一中有两个或三个一起变化起变化ΔΦ＝＝Φ2－－Φ1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Φ1和末态磁通量Φ2，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ΔΦ＝|Φ2－Φ1|，若初、末反向穿过平面则有ΔΦ＝Φ2＋Φ1.(2013·泰安高二检测)如图所示，有一个垂直于纸面向里的匀强磁场，B1＝0.8 T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1 cm.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1 cm,10匝；B线圈半径为2 cm,1匝；C线圈半径为0.5 cm,1匝．问：(1)在B1减为B2＝0.4 T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？解析：(1)对A线圈：ΦA1＝B1πr2，ΦA2＝B2πr2.磁通量的改变量：ΔΦA＝|ΦA2－ΦA1|＝(0.8－0.4)×3.14×10－4 Wb＝1.256×10－4 Wb对B线圈：ΦB1＝B1πr2，ΦB2＝B2πr2.其中r为磁场的半径磁通量的改变量：ΔΦB＝|ΦB2－ΦB1|＝(0.8－0.4)×3.14×10－4 Wb＝1.256×10－4 Wb. 如图所示，在同一铁芯上有A和C两个线圈，其中A线圈与滑动变阻器、电源、开关相连，C线圈两端与灵敏电流计相连，在以下采取的做法中，能使灵敏电流计的指针偏转的是(　　) A．开关S闭合的瞬间B．开关S闭合后，变阻器滑片P向右滑动C．开关S闭合后，变阻器滑片P保持不动D．开关S断开的瞬间【解析】　开关S闭合瞬间，A线圈中电流迅速变化，A内磁通量变化，使C线圈磁通量变化，产生感应电流，灵敏电流计的指针偏转，选项A正确．开关S闭合后，变阻器滑片P向右滑动时，闭合电路的总电阻减小，电流增大，A线圈中的电流增大，磁通量增大，使C线圈中的磁通量增大，产生感应电流，灵敏电流计的指针偏转，选项B正确．开关S闭合后，变阻器滑片P保持不动，闭合电路中电流恒定，A线圈中的磁通量不变，C线圈中的磁通量不变，无感应电流，灵敏电流计的指针不偏转，选项C错误．开关S断开瞬间，A线圈中电流变化，磁通量也变化，C线圈中的磁通量变化，产生感应电流，灵敏电流计的指针偏转，选项D正确．综上所述，A、B、D正确．【答案】　ABD【方法总结】判断感应电流有无的步骤：(1)明确回路是否为闭合导体回路．(2)明确磁场分布特点(如直线电流磁场、通电螺线管或磁铁的磁场等)以及磁场是均匀分布，还是变化等．(3)分析闭合导体回路内磁通量的变化的原因：B是否变化？S是否变化？B与S夹角是否变化等？从而根据磁通量是否变化来判断电流的有无．如图所示，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．导轨上有两条可沿导轨自由移动的金属棒ab、cd，与导轨接触良好．这两条金属棒ab、cd的运动速度分别是v1、v2，且井字形回路中有感应电流通过，则可能(　　)A．v1＞v2　　　　　B．v1＜v2C．v1＝v2 D．无法确定解析：只要金属棒ab、cd的运动速度不相等，穿过井字形回路的磁通量就发生变化，闭合回路中就会产生感应电流．故选项A、B正确．答案：AB (2013·信阳高二检测)如图所示，线圈A中接有如图所示的电源，线圈B有一半的面积处圈A中，两线圈平行但不接触．则在开关S闭合的瞬间，线圈B中有无感应电流？【解析】　将S闭合的瞬间，与线圈A组成的闭合电路有电流通过，线圈A产生的磁通量要穿过线圈B.线圈A是环形电流，其磁场不仅穿过线圈内所包围的面积，方向向外；也穿过线圈外的广大面积，方向向里．所包围的面积内磁感应强度大，外围面积上的磁感应强度小．对线圈B，与A重合的一半面积上向外的磁通量大于另一半面积上向里的磁通量，因此线圈B所包围的总磁通量不为零，而是方向向外．也就是说在开关S闭合的瞬间，穿过线圈B的磁通量增加，所以有感应电流．【答案】　有感应电流【方法总结】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．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 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默 读 联 想 记 忆对应学生用书对应学生用书P5课 堂 巩 固 训 练对应学生用书对应学生用书P51.(2013·苍山高二检测)首先发现电流的磁效应和电磁感应的物理学家分别是(　　)A．安培和法拉第　　　　B．法拉第和楞次C．奥斯特和安培 D．奥斯特和法拉第解析：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，选项D正确．答案：D2．关于感应电流的产生条件，下列说法中正确的有(　　)A．只要回路中有磁通量，回路中就有感应电流产生B．只要穿过回路的磁通量变化，回路中就有感应电流产生C．只要穿过闭合回路的磁通量变化，回路中就有感应电流产生D．只要回路的一部分导体做切割磁感线的运动，回路中就一定有感应电流解析：只有穿过闭合回路的磁通量发生变化，闭合回路中才有感应电流产生．所以，产生感应电流的条件为：①必须是闭合回路；②穿过闭合回路的磁通量必须有变化．所以C正确；B和D中没有强调是“闭合”回路，所以B、D错误．答案：C3．金属矩形线圈abcd在匀强磁场中做如图所示的运动，线圈中有感应电流的是(　　)解析：在选项B、C中，线圈中的磁通量始终为零，不产生感应电流；选项D中磁通量始终最大，保持不变，不发生变化，也没有感应电流；选项A中，圈转动过程中，磁通量做周期性变化，产生感应电流，故A正确．答案：A4．如图所示，线圈平面abcd与水平方向成θ角，磁感线竖直向下，设磁感应强度为B，线圈面积为S，则穿过线圈的磁通量Φ等于多少？解析：把S投影到与B垂直的方向即水平方向，如题图中a′b′cd，由于S⊥＝Scosθ，所以Φ＝BS⊥＝BScosθ.答案：BScosθ。