2016-2017学年高中物理 第1章 电磁感应 第1、2节 电磁感应现象、研究产生感应电流的条件课件 粤教版选修3-2

第一 节 电 磁感 应现 象 回 顾选 修 31磁 场 的有关知 识 ，然后回答下面几个 问题 1 1820年，丹麦物理学家 _用 实验 展示了 电 与磁的 联 系， 说 明了通 电导线 周 围 存在着磁 场 ， 这 个 现 象叫做 电 流 的 _(填 “热 ”或 “磁 ”)效 应 课 前 自主学 习 2 (多 选 )(2016成都期末 )如 图 所示的三 维 空 间 内，匀 强 磁 场 方向沿 x方向，在平面 xOz内有一通 电 直 导线 ，若它所受的安 培力方向沿 y方向， 则 ( ) A 该 通 电导线 一定不会沿平行 Ox方向放置 B 该 通 电导线 一定平行 Oz方向放置 C无 论 通 电导线 怎 样 放置，它 总 受到 y方向的安培力 D沿 x方向 观 察 导线 中的 电 流方向， 应该为 向右方向 【 答案 】 AD 【 解析 】 当通 电导线 与匀 强 磁 场 平行 时 ，它不受安培力作用，而 题 意 说导线 受到安培力作用， 说 明 导线 一定不会沿平行 Ox方 向放置，因此 选项 A正确；根据左手定 则 确定的关系可知：安 培力一定垂直于磁 场 方向和 电 流方向确定的平面，但 电 流方 向不一定与磁 场 方向垂直，因此 选项 B错误 ；根据左手定 则 判定知：通 电导线 如果任意放置在 xOz平面内，它受到的安培 力，方向有沿 y方向和 y方向两种可能，沿 Ox方向 观 察， 当 电 流向右 时 ，安培力沿 y方向；当 电 流向左 时 ，安培力沿 y方向因此 选项 C错误 ， 选项 D正确 一、电磁感应的探索历程 1磁生 电 ： 1820年，丹麦物理学家 _发现 了 电 流的 磁效 应 2 电 生磁 (1)“磁生 电 ”的 发现 ： 1831年，英国物理学家 _发现 了 电 磁感 应现 象 (2)电 磁感 应 与感 应电 流：法拉第把引起 电 流的原因概括 为 五 类 ，它 们 都与 电 流和磁 场 相 联 系 变 化的磁 场 变 化的 电 流 运 动 的恒定 电 流 运 动 的磁 铁 在磁 场 中运 动 的 导 体 奥斯特 法拉第 3 电 磁感 应现 象和感 应电 流：由 _的 现 象，叫做 电 磁感 应现 象由 电 磁感 应现 象 产 生的 电 流，叫感 应电 流 磁生 电 如果没有 电 流表，做 产 生感 应电 流的 实验时 ，可以用什么方 法 检测导线 中是否有感 应电 流 产 生呢？ 【 答案 】 利用 电 流的磁效 应 ，在南北方向的 导线 下放一个可旋 转 的小磁 针 当 导线 中有 电 流 时 ，小磁 针 就 发 生 转动 ，当 导线 中无 电 流 时 ，小磁 针 就指向南北方向 二、感应电流的产生条件 1 实验 探究 探究 1： 导 体棒在磁 场 中运 动 是否 产 生 电 流 如下 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 实验现 象 (有无 电 流 ) 实验 探究 结论 导 体棒静止 _ 导 体 AB切割磁感 线 ，通过闭 合 电 路的磁通量 _，有 感 应电 流 产 生导 体棒平行 磁感 线 运 动 _ 导 体棒切割 磁感 线 运 动 _ 无 无 有 发 生 变 化 探究 2：磁 铁 在螺 线 管中运 动 是否 产 生 电 流 如下 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 实验现 象 (线 圈B中有无 电 流 ) 实验 探究 结论 N极插入 线 圈 _ 将磁 铁 插入或拔出 螺 线 管 时 ，通 过 螺 线 管 闭 合回路 的磁通量 _， 有感 应电 流 产 生 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 发 生 变 化 探究 3：模 拟 法拉第的 实验 如下 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装在 线 圈 B的里面 实验现 象 如下： 实验 操作 实验现 象 (线 圈B中有无 电 流 ) 实验 探究 结论 开关 闭 合瞬 间 _ 导 体、磁 场 都没有 发 生相 对 运 动 ， 但螺 线 管 A中的 电 流 发 生 变 化 时 ， 从而引起穿 过 螺 线 管 B的磁通量 _， 闭 合螺 线 管 B中有感 应电 流 产 生 开关断开瞬 间 _ 开关 闭 合 时 ，滑 动变 阻器不 动 _ 开关 闭 合 时 ， 迅速移 动 滑 动 变 阻器的滑片 _ 有 有 无 有 发 生 变 化 2 实验结论 ：只要穿 过闭 合 电 路的磁通量 _， 闭 合 电 路中就有感 应电 流 产 生 【 答案 】 发 生 变 化 闭 合 电 路在磁 场 中运 动 一定 产 生感 应电 流 吗 ？ 【 答案 】 不一定例如第一个 实验 中的 导 体平行于磁感 线 运 动时 就没有感 应电 流 产 生原因是穿 过闭 合 电 路的磁通量没有 变 化 . 1磁通量的 计 算方法 课 堂 优 化整合 磁通量与磁通量的变化 B与 S垂 直 BS 说 明： B指匀 强 磁 场 的磁感 应 强 度， S为线 圈的面 积 B与 S不 垂直 BS (S 为线 圈在 垂直磁 场 方向上的 有效面 积 ) 说 明：磁 场 方向 为 水平方向 ，此 时 ： BSsin 某面 积 内 有不同方 向的磁 场 |1 2| 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 N匝 线 圈 和前面 计 算方式一 样 ， 线 圈匝数不 会影响磁通量的 计 算 N匝 线 圈同 单 匝 线 圈 2.磁通量的 变 化在不同情形下的求解方法 在匀 强 磁 场 中，磁通量 BSsin (是 B与 S间 的 夹 角 )，磁 通量的 变 化 2 1有多种情形，主要有： 情形 方法 S、 不 变 ， B改 变 BSsin B、 不 变 ， S改 变 SBsin B、 S不 变 ， 改 变 BS(sin 2 sin 1) B、 S、 中有两个或三 个一起 变 化 分 别计 算 1、 2，再求 2 1 【 特别提醒 】 (1)如果 线 圈平面翻 转 ，即 转过 180，穿 过线 圈的磁通 量不是不 变 而是 变 化了 2BS. (2)磁通量 虽 然有正 负 ，但是没有方向，是 标 量 (3)线 圈匝数 虽 然 对 磁通量没有影响，但是 对产 生的感 应电 流 的大小有影响 如 图 所示，矩形 线 圈沿 竖 直方向在条形磁 铁 右 端附近移 动 ， 试 判断穿 过线 圈的磁通量如何 变 化如果 线 圈 沿着磁 铁 上方自左向右移 动 ，穿 过该线 圈的磁通量如何 变 化 ？面 积 略大于磁 铁 截面 积 的矩形 线 圈 M沿条形磁 铁轴线 方向 自左向右移 动 ， 让 磁 铁 穿 过线 圈， 则该过 程 线 圈的磁通量如 何 变 化？ 例 1 解析： 当矩形 线 圈沿 竖 直方向在条形磁 铁 右端附近移 动时 ，从 a b过 程，穿 过线 圈的磁 场 方向向下，且 由大减小到零； b c过 程， 线 圈内的磁 场 方向 变为 向上，且 由零逐 渐 增大 当 线 圈平面平行磁 铁 ，沿条形磁 铁轴线 方向在磁 铁 上方自左 向右移 动时 ， 线 圈的磁通量由大逐 渐 减小到零，然后又由零 逐 渐 增大；圈内的磁 场 方向由向右上方 变为 向右下方 在 线 圈 M沿条形磁 铁轴线 从磁 铁 左端向右移至磁 铁 中央 过 程 中，圈内的磁 场 方向向左， 由小增至最大，在从条形磁 铁 中 央向右移至右端 过 程中， 由最大逐 渐 减小，圈内的磁 场 方向 不 变 答案： 见 解析 题后反思 判断磁通量如何 变 化：首先，确定磁 场 的磁感 线 情况，包括 磁感 线 的方向和疏密；其次，从初末位置的磁感 线 情况确定磁 通量的初末 变 化情况，包括方向 变 化和大小 变 化 1.如下 图 所示， 环 形金属 软弹 簧套在条形磁 铁 的中心位置， 若沿其半径向外拉 弹 簧，使其面 积 增大， 则 穿 过弹 簧的磁通 量将如何 变 化？ 【 答案 】 减小 【 解析 】 注意 弹 簧套所在 处 存在两个方向的磁 场 ，即磁 铁 的内部 磁 场 和外部磁 场 ，它 们 各自 产 生正 负 不同的磁通量， 总 的磁 通量等于两者 绝对值 之差当拉大 弹 簧面 积时 ，内部磁 场 的 磁通量不 变 ，而外部磁 场 的磁通量却增大，故 |内 | |外 | ， 应 减小 1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 2磁通量的 变 化 (1)S (S 为线 圈平面在垂直于磁感 线 方向上的投影面 积 )不 变 ，磁感 应 强 度 发 生 变 化，即 BS ，如 图 甲 感应电流有无的判断 (2)磁感 应 强 度不 变 ， S 发 生 变 化， S B，其中 S 发 生 变 化的情况又分 为 两种形式： 处 在磁 场 中的 闭 合回路面 积发 生 变 化，引起磁通量 发 生 变 化，如 图 乙； 闭 合回路面 积 不 变 ，但与磁 场 的 夹 角 发 生 变 化，从而引起投影面 积发 生 变 化，如 图 丙 (3)磁感 应 强 度和投影面 积 均 发 生 变 化 这 种情况 较 少 见 ，此 时应 采用公式 2 1进 行分析 【 特别提醒 】 判断穿 过闭 合 电 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 电 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 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 导 体 棒 ab、 cd， 这 两个 导 体棒的运 动 速度分 别为 v1、 v2，方向如 下 图 所示， 则 下列四种情况， ab棒中没有感 应电 流通 过 的是 ( ) A v1v2 B v1v2 C v1v2 D v1 v2 例 2 解析： 只要穿 过闭 合 电 路的磁通量 发 生 变 化， 闭 合回路中就有感 应电 流 产 生 题 中 导轨 位于匀 强 磁 场 中，只要 满 足 v1v2， 回路的面 积 就 发 生 变 化，从而磁通量 发 生 变 化，回路中就有 感 应电 流 产 生 答案： D 2如 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 ( ) A B 【 答案 】 B 【 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 直径的正上 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 C D 1 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 得要看穿 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 ： (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 ， 导 体没有切割磁感 线 对导体切割磁感线的理解及注意的问题 甲 乙 丙 (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 甲 乙 丙 (3)即使是 闭 合 电 路的部分 导 体做切割磁感 线 运 动 ，也不能保 证 一定存在感 应电 流，如右 图 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 由以上 讨论 可知， 导 体切割磁感 线 不是 导 体中 产 生感 应电 流 的充要条件， 归 根