2020版高中物理 第四章 1 划时代的发现课件 新人教版选修3-2

第四章电磁感应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及相关的物理学史,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,探究和理解感应电流的产生条件.3.掌握磁通量的概念及其计算,能正确分析磁通量的变化情况.4.能够运用感应电流的产生条件判断是否有感应电流产生.课前预习掌握新知知识梳理一、划时代的发现1.“电生磁”的发现1820年,丹麦物理学家发现载流导体能使小磁针转动,这种作用称为电流的,揭示了电现象与现象之间存在密切联系.奥斯特磁效应2.“磁生电”的发现1831年,英国物理学家发现了电磁感应现象.法拉第磁3.法拉第的概括变化和运动电流磁场运动运动导体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.二、磁通量及其变化1.磁通量(1)公式:Φ=BS.感应电流(2)适用条件:①;②S是磁场的有效面积.匀强磁场垂直(3)单位:韦伯,1Wb=1.2.磁通量的物理意义(1)可以形象地理解为磁通量就是穿过某一面积的的条数.(2)当一个平面跟磁场方向垂直时,磁通量,当它跟磁场方向平行时,磁通量为.3.磁通量变化量的计算(1)当B与S垂直时,S不变,B改变,则ΔΦ=.如图所示.磁感线最大0ΔBST·m2(2)当B与S垂直时,S改变,B不变,则ΔΦ=.如图所示.B·ΔS(3)磁感应强度B和面积S都不变,它们之间的夹角发生变化,则ΔΦ=Φ2-Φ1.如图所示.操作有无电流分析论证导体棒静止.(1)闭合电路包围的磁场的面积时,电路中有电流产生;(2)包围的磁场的面积时,电路中无电流产生导体棒平行磁感线运动.导体棒切割磁感线运动.三、探究感应电流产生的条件1.探究导体棒在磁场中运动是否产生电流无无有变化不变2.探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流操作有无电流分析论证N极插入线圈.(1)线圈中的磁场时,线圈中有感应电流;(2)线圈中的磁场时,线圈中无感应电流N极停在线圈中.N极从线圈中抽出.S极插入线圈.S极停在线圈中.S极从线圈中抽出.有无有有无有变化不变3.模仿法拉第的实验操作线圈B中有无电流分析论证开关闭合瞬间.(1)线圈B中磁场时,线圈B中有感应电流;(2)磁场时,线圈B中无感应电流开关断开瞬间.开关闭合,滑动变阻器滑片不动.开关闭合,迅速移动滑动变阻器的滑片.有有无有变化不变4.产生感应电流的条件(1)电路.(2)磁通量发生.闭合变化科学思维1.思考判断(1)奥斯特发现了电流的磁效应;法拉第发现了电磁感应现象.()√(2)磁通量计算公式Φ=BS,可计算任何磁场的磁通量.()(3)同一匀强磁场中两个面积不同的线圈,磁通量可能相同.()(4)闭合导体回路中磁通量很大会产生感应电流,磁通量是零不会产生感应电流.()(5)只要闭合导体内有磁通量,就一定有感应电流产生.()(6)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.()×√××√2.思维探究(1)在磁生电的研究中,法拉第领悟到了什么才取得了巨大的成功?答案:法拉第在实验中领悟到了:在变化、运动中才有“磁生电”,实际上遵循了能量转化与守恒定律.(2)引起闭合电路中的磁通量变化的因素有哪些?答案:引起磁通量变化的原因有:①磁感应强度B发生变化;②闭合电路的面积发生变化;③磁感应强度B和线圈平面的夹角θ发生变化.(3)如图所示,把一条大约10m长电线的两端连在一个灵敏电流计的两个接线柱上,形成闭合导体回路.两个同学迅速摇动这条导线,可以发电吗?你认为两个同学沿哪个方向站立时,发电的可能性比较大?答案:可以发电.由于地磁场是南北方向的,两个同学沿东西方向站立,摇动这条导线,穿过回路的磁通量发生变化就有感应电流产生.课堂探究突破要点要点一磁通量和磁通量的变化[探究导学]如图所示,闭合导线框的面积为S,匀强磁场的磁感应强度为B.(1)求出B⊥S(图示位置)时穿过闭合导线框平面的磁通量.(2)求出B∥S(线框绕OO′转90°)时,穿过闭合导线框平面的磁通量.(3)由图示位置绕OO′转过90°的过程中,穿过闭合导线框的磁通量减少了多少?答案:(1)BS(2)0(3)BS[要点归纳]1.对磁通量的理解(1)磁通量是标量,但是有正负.磁通量的正负不代表大小,只表示磁感线是怎样穿过平面的,设定以磁感线向里穿过某面的磁通量为正,则磁感线向外穿过这个面的磁通量为负.(2)由Φ=BS可知,磁通量的大小与线圈的匝数无关.(3)双向磁场的磁通量.若穿过某一面的磁感线既有穿出,又有穿进,则穿过该面的合磁通量为净磁感线的条数.如图所示,套在条形磁铁外部的线圈A和B所在的平面内,既有向上的磁感线,又有向下的磁感线,净条数应该是二者之差,所以ΦAΦB.2.匀强磁场中磁通量的计算(1)B与S垂直时:Φ=BS,B指匀强磁场的磁感应强度,S为线圈在磁场中的有效面积,如图,线圈b与线圈a的有效面积相同,即Φa=Φb.(2)B与S不垂直时:Φ=B⊥S或Φ=BS⊥.①Φ=B⊥S中,B⊥为B垂直于线圈平面的分量,如图(甲),Φ=B⊥S=(Bsinθ)·S.②Φ=BS⊥中,S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积,如图(乙),Φ=BS⊥=BScosθ.3.磁通量的变化(1)当磁通量有正、负值时,要将正、负值代入ΔΦ=Φ2-Φ1计算.原磁通量Φ1=BS,当平面转过180°后,磁通量Φ2=-BS,则磁通量的变化量ΔΦ=-2BS.(2)非匀强磁场中磁通量的变化两条平行直导线如果通有大小相等的同向电流,两导线之间的磁场如图所示.可以看出,关于两平行直导线对称的位置的磁感应强度为0,线圈对称地处在位置②时的磁通量为0.如果一个线圈在两导线之间从右向左运动,则穿过线圈的磁通量大小先减小后增大,而磁场的方向先向外后向里.[例1]如图所示,有一垂直纸面向里的匀强磁场,B=0.8T,磁场有明显的圆形边界,圆心为O,半径为1cm.现于纸面内先后放上圆线圈A,B,C,圆心均处于O处,线圈A的半径为1cm,40匝;线圈B的半径为2cm,10匝;线圈C的半径为0.5cm,160匝.问:(1)在B减为0.4T的过程中,线圈A和线圈B中的磁通量变化了多少?(2)在磁场转过30°角的过程中,线圈C中的磁通量变化了多少?(3)在磁场转过180°角的过程中,线圈C中的磁通量变化了多少?审题指导题干关键获取信息磁场半径为1cm,线圈B的半径为2cm计算线圈B的磁通量时,有效半径为1cm线圈A有40匝磁通量与线圈匝数无关磁场转过30°角线圈平面与磁场不垂直时,应分解B或取S在与B垂直的平面上的投影面积磁场转过180°角磁感线反向穿过线圈平面时,Φ为负值解析:(1)由题意可知线圈与磁场的位置关系如图所示.所以线圈B与线圈A中的磁通量始终一样,故它们的变化量也一样,则ΔΦ=(B2-B1)·πr2=-1.26×10-4Wb.所以,线圈A和线圈B中的磁通量都减少了1.26×10-4Wb.(2)对线圈C,Φ1=B·πr′2,当磁场转过30°时,Φ2=B·πr′2cos30°,故ΔΦ=Φ2-Φ1=B·πr′2(cos30°-1)=-8.41×10-6Wb.所以,线圈C中的磁通量减少8.41×10-6Wb.(3)磁场转过180°后,磁感线从另一侧穿过线圈,若取Φ1为正,则Φ2为负,有Φ1=Bπr′2,Φ2=-Bπr′2,故ΔΦ=Φ2-Φ1=-2Bπr′2=-1.26×10-4Wb.所以,线圈C中的磁通量变化了1.26×10-4Wb.答案:(1)都减少了1.26×10-4Wb(2)减少了8.41×10-6Wb(3)变化了1.26×10-4Wb学霸笔记求解磁通量的方法(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.(教师备用)例1-1:如图所示通有恒定电流的直导线与闭合金属矩形线框分别在靠近的两平行平面内,在矩形线框从abcd位置移到a′b′c′d′位置的过程中,关于穿过线框的磁通量情况,下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动)()A.一直增加B.一直减少C.先增加后减少D.先增加,再减少直到零,然后再增加,然后再减少D解析:如图所示,离导线越近,磁场越强,在线框从左向右靠近导线的过程中,从f→g穿过线框的磁通量增加;当线框跨在导线上从g→h运动时,磁通量减少,当导线在线框正中央位置h时,磁通量为零;从该位置向右(h→i),磁通量又增加,在线框离开导线向右运动的过程中(i→j),磁通量又减少.故选项A,B,C错误,D正确.[针对训练1-1]一磁感应强度为B的匀强磁场方向水平向右,一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置,平面abcd与竖直方向成θ角.将abcd绕ad轴转180°角,则穿过线圈平面的磁通量变化量的大小为()A.0B.2BSC.2BScosθD.2BSsinθC解析:初始位置,平面abcd的有效面积为与B垂直的竖直投影面积Scosθ,其磁通量为BScosθ.将abcd绕ad轴转180°角后,其磁通量为-BScosθ.则穿过线圈平面的磁通量变化量的大小为ΔΦ=|Φ2-Φ1|=2BScosθ,故C正确.要点二感应电流的产生条件[探究导学](1)开关闭合、滑动变阻器触头也不移动时,A线圈是否产生磁场?穿过B线圈的磁通量是否发生变化?B线圈中是否产生了感应电流?(2)开关闭合、断开、滑动变阻器的滑动触头移动时,A线圈产生的磁场恒定不变吗?穿过B线圈的磁通量是否发生变化?B线圈中是否产生了感应电流?(3)只有在穿过B线圈的磁通量具有什么特点时,才会产生感应电流?答案:(1)产生磁场,不变化,不产生感应电流.(2)不是,变化,产生感应电流.(3)变化.[要点归纳]1.对感应电流产生条件的理解不论什么情况,只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件,就必然产生感应电流;反之,只要产生了感应电流,那么电路一定是闭合的,穿过该电路的磁通量也一定发生了变化.2.注意区别ΔΦ与Φ感应电流的产生与Φ无关,只取决于Φ的变化,即与ΔΦ有关.ΔΦ与Φ的大小没有必然的联系.3.导体切割磁感线情景闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时,会有感应电流产生.(1)导体切割磁感线要有将磁感线“割断”的效果.如图,(甲)、(乙)图中的两导体都是有“割断”的效果,是切割磁感线;而图(丙)中导体没有“割断”的效果,不是切割磁感线.(2)闭合回路的磁通量必须变化.如图,图(丁)、图(戊)中导体“切割”了磁感线,且闭合回路的磁通量发生变化,有感应电流;图(己)、图(庚)中,导体尽管“切割”了磁感线,但闭合回路的磁通量并没有发生变化,没有感应电流.[例2]如图所示,矩形线框abcd由静止开始运动,若要使线框中产生感应电流且磁通量逐渐变大,则线框的运动情况应该是()A.向右平动(ad边还没有进入磁场)B.向上平动(ab边还没有离开磁场)C.以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)D.以ab边为轴转动(转角不超过90°)A思维导图解析:选项A中线框在磁场中的有效面积S增大,穿过线框的磁通量增大,会产生感应电流,故A正确;选项B,C所描述的情况中,穿过线框的磁通量均不改变,不会产生感应电流,故B,C错误;选项D中线框在磁场中的有效面积S变小,穿过线框的磁通量变小,故D错误.学霸笔记判断是否产生感应电流的方法(1)看回路是否闭合,只有在回路闭合时才有可能产生感应电流.(2)确定磁场方向与回路平面之间的方向关系,即磁场方向与回路平面垂直、平行或成一角度.(3)判断穿过回路的磁感线的条数是否发生变化,如果变化则产生感应电流,否则不产生感应电流.(教师备用)例2-1:(多选)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.v1v2B.v1v2C.v1=v2D.无法确定AB解