2019-2020学年高中物理 第四章 电磁感应 第1、2节 划时代的发现 探究产生感应电流的条件课

第1、2节划时代的发现探究产生感应电流的条件[学习目标]1.知道与电流磁效应和电磁感应现象相关的物理学史，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。一、划时代的发现1．奥斯特梦圆“电生磁”1820年，丹麦物理学家_________发现载流导体能使小磁针_______，这种作用称为电流的__________，揭示了_____现象与______现象之间存在密切联系。课前预习·落实基础奥斯特偏转磁效应电磁2．法拉第心系“磁生电”1831年，英国物理学家__________发现了_________现象，即“磁生电”现象。他把引起电流的原因概括为五类：变化的_______、变化的______、运动的恒定电流、运动的_______、在磁场中运动的导体。他把这些现象命名为_____________，产生的电流叫作_____电流。法拉第电磁感应电流磁场磁场电磁感应感应二、探究感应电流的产生条件1．实验探究与分析论证探究1：导体棒在磁场中运动是否产生电流，如图甲所示。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磁场面积_____时，电路中有感应电流产生；包围的磁场面积______时，电路中无感应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变化不变图4－1－1探究2：条形磁铁在螺线管中运动是否产生电流，如图乙所示。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_____时，线圈中有感应电流产生；线圈中的磁场_______时，线圈中无感应电流产生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极从线圈中抽出有变化不变探究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，如图丙所示。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____时，线圈B中有感应电流产生；磁场______时，线圈B中无感应电流产生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变化不变2.归纳总结——感应电流的产生条件只要穿过闭合导体回路的磁通量发生______，_____导体回路中就会产生感应电流。变化闭合断下列说法的正误。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．库仑发现了点电荷的相互作用规律；密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值。()3．安培发现了磁场对运动电荷的作用规律；洛伦兹发现了磁场对电流的作用规律。()［自主思考］√√×4．只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生。()5．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。()6．线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生。()××√1．磁通量的计算(1)B与S垂直时：Φ＝BS，B为匀强磁场的磁感应强度，S为线圈的投影面积。如图4－1－2a所示。(2)B与S不垂直时：Φ＝BS⊥＝B⊥S，S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积，B⊥为B在垂直于S方向上的分量。如图b、c所示。课堂互动·考点突破考点一磁通量的理解与计算(3)某线圈所围面积内有不同方向的磁场时，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，如图d所示。图4－1－22．磁通量是标量，但有正、负，其正、负分别表示与规定的穿入方向相同、相反。3．磁通量的变化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4－1－3a所示。(2)有效面积S不变，磁感应强度B发生变化。如图b所示。(3)磁感应强度B和有效面积S都不变，它们之间的夹角发生变化。如图c所示。图4－1－34．用磁感线的条数表示磁通量。当回路中有不同方向的磁感线穿过时，磁通量是指穿过某一面磁感线的“净”条数，即不同方向的磁感线的条数差。特别提醒从磁感线穿过面的角度来分，一个面积的两个面分为“正面”和“反面”，“正面”穿入的磁感线，磁通量为正值，“反面”穿入的磁感线，磁通量为负值。[例1]有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L＝0.20m的正方形，放在磁感应强度B＝0.50T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直。若将这个线圈横截面的形状由正方形变成圆形(横截面的周长不变)，则在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？图4－1－4[审题探究]1．磁通量变化是怎样引起的。2．初末状态的磁通量各多大。3．磁感线的穿入方向是否变化。[答案]5.5×10－3Wb[解析]线圈横截面为正方形时的面积S1＝L2＝(0.20)2m2＝4.0×10－2m2。穿过线圈的磁通量Φ1＝BS1＝0.5×4.0×10－2Wb＝2.0×10－2Wb。截面形状为圆形时，其半径r＝4L2π＝2Lπ。截面积大小S2＝π2Lπ2＝425πm2。穿过线圈的磁通量Φ2＝BS2＝0.5×425πWb＝2.55×10－2Wb。所以，磁通量的变化ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0)×10－2Wb＝5.5×10－3Wb。1．如图4－1－5所示，水平放置的扁平条形磁铁，在磁铁的左端正上方有一金属线框，线框平面与磁铁垂直，当线框从左端正上方沿水平方向平移到右端正上方的过程中，穿过它的磁通量的变化情况是［变式训练］图4－1－5A．先减小后增大B．始终减小C．始终增大D．先增大后减小解析线框在磁铁两端的正上方时穿过该线框的磁通量最大，在磁铁中央时穿过该线框的磁通量最小，所以该过程中的磁通量先减小后增大，故A对。答案A1．感应电流产生的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化。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。考点二产生感应电流的条件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。[例2](多选)如图4－1－6所示，矩形线框abcd的一边ad恰与长直导线重合(互相绝缘)。现使线框绕不同的轴转动，能使线框中产生感应电流的是图4－1－6A．绕ad边为轴转动B．绕OO′为轴转动C．绕bc边为轴转动D．绕ab边为轴转动[思路引导]明确磁感线的分布特点→判断磁通量是否变化→判断是否产生感应电流[解析]逐项分析如下：选项诊断结论A由安培定则可知，通电直导线产生的磁场磁感线是以通电直导线为圆心的同心圆(如图所示)，当线框绕ad边为轴转动时，穿过线框的磁通量不变，线框中不会产生感应电流×B当线框绕OO′为轴转动时，穿过线框的磁通量变化，线框中产生感应电流√C绕bc边为轴转动时分析如选项B√D绕ab边为轴转动时分析如选项B√[答案]BCD规律总结判断是否产生感应电流的技巧(1)电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件，二者缺一不可。(2)磁通量发生变化，其主要内涵体现在“变化”上，磁通量很大，若没有变化，也不会产生感应电流，磁通量虽然是零，但是变化的，仍然可以产生感应电流。(3)产生感应电流的实质是其他形式的能转化为电能。2．(多选)如图4－1－7所示，一圆形金属环与两固定的平行长直导线在同一竖直平面内，环的圆心与两导线距离相等，环的直径小于两导线间距。两导线中通有大小相等、方向向下的恒定电流。若［变式训练］图4－1－7A．金属环向上运动，则环上有感应电流B．金属环向下运动，则环上有感应电流C．金属环向左侧直导线靠近，则环上有感应电流D．金属环向右侧直导线靠近，则环上有感应电流解析当金属环上、下运动时，穿过环的磁通量不发生变化，故没有感应电流产生，选项A、B错误；当金属环向左移动时，穿过环的磁通量向外增加，环中有感应电流，选项C正确；当金属环向右移动时，穿过环的磁通量向里增加，环中有感应电流，选项D正确。答案CD［课堂回顾知识小结］