2019-2020学年高中物理 第一章 电磁感应 第一节 电磁感应现象 第二节 产生感应电流的条件课

第一节电磁感应现象第二节产生感应电流的条件第一章电磁感应第一章电磁感应1.知道与电流磁效应和电磁感应相关的物理学史，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.能够运用感应电流的产生条件判断是否有感应电流产生．4．进一步认识磁通量的概念、能结合实例对磁通量的变化进行定性判断和定量计算．一、“电生磁”与“磁生电”1．电流的磁效应——“电生磁”：1820年，丹麦物理学家________发现载流导线能使小磁针偏转，这种作用称为电流的磁效应．2．电磁感应现象——“磁生电”(1)1831年，英国物理学家________发现了“磁生电”的现象，这种现象叫做电磁感应现象，产生的电流叫__________．(2)法拉第把引起电流的原因概括为五类，它们都与变化和运动相联系：①变化着的______；②变化着的______；③运动的__________；④运动的______；⑤在磁场中运动的______．奥斯特法拉第感应电流电流磁场恒定电流磁铁导体很多科学家为什么在磁生电的研究中没有成功？提示：很多科学家没有注意磁场的变化和导体与磁场之间的相对运动，只想把导体放入磁场中来获得电流，这实际上违反了能量转化和守恒定律．二、探究感应电流的产生条件1．利用蹄形磁铁的磁场(如图甲)实验操作实验现象(有无电流)分析论证导体棒静止无闭合电路包围的面积变化时，电路中有电流产生；包围的面积不变时，电路中无电流产生导体棒平行磁感线运动无导体棒切割磁感线运动有甲乙2．利用条形磁铁的磁场(如图乙)实验操作实验现象(有无电流)分析论证N极插入线圈有线圈中的磁场变化时，线圈中有感应电流；线圈中的磁场不变时，线圈中无感应电流N极停在线圈中无N极从线圈中抽出有S极插入线圈有S极停在线圈中无S极从线圈中抽出有3．利用通电螺线管的磁场(如图丙)实验操作实验现象(线圈B中有无电流)分析论证开关闭合瞬间有线圈B中磁场变化时，线圈B中有感应电流；磁场不变时，线圈B中无感应电流开关断开瞬间有开关保持闭合，滑动变阻器滑片不动无开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片有丙4．感应电流的产生条件：不论何种原因，只要使穿过________电路的________发生变化，______电路中就有感应电流产生．闭合磁通量闭合磁通量的分析与计算1．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为线圈的面积．(2)B与S不垂直时：Φ＝BS⊥，S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积，在应用时可将S投影到与B垂直的方向上或者S不动，将B分解为垂直于S和平行于S两个分量，则Φ＝B⊥S，如图所示Φ＝BSsinθ.(3)某面积内有不同方向的磁场时分别计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.2．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．3．磁通量的变化(ΔΦ＝Φ2－Φ1)大致可分为以下几种情况：(1)磁感应强度B不变，有效面积S发生变化．如图甲所示．ΔΦ＝BS2－BS1＝B(S2－S1)＝B·ΔS.(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化．如图乙所示．ΔΦ＝B2S－B1S＝(B2－B1)S＝ΔB·S.(3)磁感应强度B和线圈面积S都不变，它们之间的夹角发生变化．如图丙所示．ΔΦ＝Φ2－Φ1.(1)线圈为多匝时，不影响磁通量的计算，即Φ≠NBS，因为穿过线圈的磁感线的条数不受匝数影响．(2)若线圈面积S1大于磁场区域面积S2，如图，那么Φ＝BS中的S应指闭合回路中处于磁场中的那部分的有效面积，即S2.命题视角1Φ和ΔΦ的定性分析如图所示两个环a和b，其面积Sa＜Sb，它们套在同一条形磁铁的中央，试比较穿过环a、b的磁通量的大小．[思路点拨]条形磁铁内部、外部均有磁场→总的磁场的方向→磁铁内部向上的磁感线条数相同→根据外部“返回”的磁感线多少确定磁通量的大小．[解析]条形磁铁磁场的磁感线的分布特点是：①磁铁内、外磁感线的条数相同；②磁铁内、外磁感线的方向相反；③磁铁外部磁感线的分布是两端密、中间疏．两个同心放置的同平面的金属圆环与磁铁垂直且磁铁在中央时，通过其中的磁感线的俯视图如图所示，穿过圆环的磁通量Φ＝Φ内－Φ外，由于两圆环面积SaSb，两圆环的Φ内相同，而Φ外aΦ外b，所以穿过两圆环的有效磁通量ΦaΦb.[答案]ΦaΦb命题视角2Φ和ΔΦ的定量计算如图所示，有一个垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B＝0.8T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1cm.在纸面内先后放不同的圆形线圈，圆心均在O处，A线圈半径为1cm，10匝；B线圈半径为2cm，1匝；C线圈半径为0.5cm，1匝．(1)在磁感应强度B减小为0.4T的过程中，线圈A和B中磁通量变化量的大小分别为多少？(2)当磁感应强度维持0.8T不变而方向转过30°，在此过程中线圈C中磁通量变化量的大小为多少？[思路点拨]本题涉及磁通量及磁通量变化量的计算，必须明确不同情况下磁通量变化量的计算方法，同时要注意磁通量正负的意义及磁通量与线圈匝数无关．[解析](1)对A线圈：Φ1＝B1πR2，Φ2＝B2πR2，磁通量变化量的大小ΔΦA＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2Wb≈1.3×10－4Wb.对B线圈：磁通量变化量的大小ΔΦB＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2Wb＝1.3×10－4Wb.(2)对C线圈：Φ1′＝Bπr2磁场方向转过30°时，Φ2′＝Bπr2cos30°磁通量变化量的大小ΔΦC＝|Φ′2－Φ′1|＝Bπr2(1－cos30°)＝0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866)Wb≈8.4×10－6Wb.[答案](1)1.3×10－4Wb1.3×10－4Wb(2)8.4×10－6Wb求解磁通量变化量时应注意的问题(1)求解磁通量的变化量时要取有效面积；(2)磁通量的变化与线圈的匝数无关；(3)磁感线从不同侧面穿过线圈时磁通量的正、负不同．1．如图所示，一根条形磁铁穿过一个弹性线圈，将线圈面积拉大，放手后穿过线圈的()A．合磁通量减少且向左B．合磁通量增加且向左C．合磁通量减少且向右D．合磁通量增加且向右解析：选B.放手后线圈的面积将减小，由条形磁铁磁感线分布特点可知，当弹簧线圈面积减小时，磁场外部的磁通量减少，磁场内部的磁通量未发生变化，合磁通量增加，且合磁通量向左．感应电流有无的判断产生感应电流的条件是“闭合电路的磁通量发生变化”．因此，不论用什么方法，只要能使闭合电路的磁通量发生变化，都可以使闭合电路中产生感应电流．1．判断回路中是否有感应电流的依据(1)回路是否闭合；(2)回路中的磁通量是否变化．这两个条件缺一不可．2．对导体切割磁感线的理解及注意的问题在利用“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“割断”，就不能说切割．如图所示，甲、乙两图中，导体是真“切割”，而丙图中，导体没有切割磁感线．(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．如图所示，对于图丁，尽管导体“切割”了磁感线(匀强磁场)，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流；对于图戊，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；对于图己，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，也不能保证一定存在感应电流．如图庚所示，线框abcd的一部分在匀强磁场中上下平动，尽管是部分切割，但同样在线框中没有感应电流．如图所示，在正方形线圈的内部有一条形磁铁，线圈与磁铁在同一平面内，两者有共同的中心轴线OO′，关于线圈中产生感应电流的下列说法中，正确的是()A．当磁铁向纸面外平移时，线圈中产生感应电流B．当磁铁向上平移时，线圈中产生感应电流C．当磁铁向下平移时，线圈中产生感应电流D．当磁铁N极向纸外，S极向纸里绕OO′轴转动时，线圈中产生感应电流[思路点拨]解答本题应把握以下两点：(1)条形磁铁周围的磁感线特点．(2)穿过线圈的磁通量与磁铁内、外的磁感线都有关．[解析]由条形磁铁周围磁感线的分布特点可知，当磁铁平动时，穿过正方形线圈的磁通量始终为零不发生变化，故线圈中不产生感应电流，故A、B、C错；当磁铁转动时，穿过正方形线圈的磁通量发生变化，线圈中产生感应电流，D对．[答案]D本题应充分利用磁感线的条数与磁通量的关系．根据穿过线圈的磁感线的净条数，判断磁通量是否变化，进而判断是否产生感应电流．2.下列情况能产生感应电流的是()A．如图甲所示，导体AB顺着磁感线运动B．如图乙所示，条形磁铁插入线圈中不动时C．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通时D．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一直接通，当改变滑动变阻器阻值时解析：选D.感应电流产生的条件：穿过闭合回路的磁通量发生变化，首先是电路要闭合，再一个就是闭合回路的磁通量发生变化，或者闭合回路部分导体做切割磁感线运动，所以D正确．