高中物理选修3-2-第四章电磁感应-2探究电磁感应的产生条件(课件)(共42张)

探究电磁感应的产生条件探究电磁感应的产生条件【教学目标】一、实验观察

1、闭合电路的一部分导体切割磁感线2、向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出3、模拟法拉第的实验二、分析论证三、归纳总结四、电磁感应中的能量转化【课堂小结】

【例1】

【例2】

【例3】A组能力训练题1

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10B组能力训练题1

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【教学目标】【教学目标】（1）理解什么是电磁感应现象。（2）知道产生感应电流的条件。（3）会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验.（4）理解磁通量的变化的含义。【教学重点】通过实验观察和实验探究，理解感应电流的产生条件。【教学难点】闭合电路磁通量的变化。引入新课

“科学技术是第一生产力。”在漫漫的人类历史长河中,随着科学技术的进步，一些重大发现和发明的问世，极大地解放了生产力，推动了人类社会的发展，特别是我们刚刚跨过的二十世纪，更是科学技术飞速发展的时期。经济建设离不开能源，人类发明也离不开能源，而最好的能源是电能，可以说人类离不开电。饮水思源，我们忘不了为发现和使用电能做出卓越贡献的科学家——法拉第。1820年奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第由此受到启发，开始了“由磁生电”的探索，经过十年坚持不懈的努力，于1831年8月29日发现了电磁感应现象，开辟了人类的电气化时代。本节课我们就来探究电磁感应的产生条件。一、实验观察

1、闭合电路的一部分导体切割磁感线当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，电路中会产生感应电流,如图所示。演示：导体左右平动,前后运动,上下运动。观察电流表的指针,把观察到的现象记录在表1中.BvNS向左向右不摆动不摆动不摆动不摆动

只有左右平动时，导体棒切割磁感线，有电流产生，前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有电流产生。2、向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出演示：如图4.2-2所示。把磁铁的某一个磁极向线圈中插入，从线圈中拔出，或静止地放在线圈中。观察电流表的指针，把观察到的现象记录在表2中。图4.2-2NS向右不摆动向左向左向右不摆动

只有磁铁相对线圈运动时，有电流产生。磁铁相对线圈静止时，没有电流产生。3、模拟法拉第的实验图4.2-3AB变阻器和开关连接到电源上，线圈B的两端与电流表连接，把线圈A装在线圈B的里面。观察以下几种操作中线圈B中是否有电流产生。把观察到的现象记录在表3中。演示：如图4.2-3所示。线圈A通过有电流产生无电流产生有电流产生有电流产生

只有当线圈A中电流变化时，线圈B中才有电流产生。一、二、分析论证演示实验1中，闭合电路的一部分部分导体切割磁感线，闭合电路所围面积发生变化（磁场不变化）,有电流产生；当导体棒前后、上下平动时，闭合电路所围面积没有发生变化,无电流产生。演示实验2中，磁体相对线圈运动,线圈内磁场发生变化（线圈面积不变）,磁铁插入线圈时,线圈中的磁场由弱变强；磁铁从线圈中抽出时，磁场图4.2-4甲.磁场变强乙.磁场变弱NNNNSS中的磁场由强变弱，这两种情况下线圈中有感应电流；当磁体在线圈中静止时，线圈内磁场不变化，无电流产生。（如图4.2-4）开关接通或者断开瞬间，变阻器滑动片快速移动过程中，线圈A中电流变化，产生的磁场的强弱也在迅速变化，导致线圈B内磁场发生变化，变强或者变弱（线圈面积不变）,有电流产生；当线圈A中电流恒定时，线圈内磁场不变化，无电流产生。（如图4.2-5）“磁生电”的确是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。图4.2-5BABA乙.磁场变弱甲.磁场变强演示实验3中，结论：三、归纳总结

实例1中，闭合电路的一部分导体切割磁感线，磁场不变，但电路面积变化，从而穿过电路的磁通量变化，从而产生感应电流；实例2中，磁铁插入、拔出线圈，线圈面积不变，但磁场变化，同样导致磁通量变化，从而产生感应电流;

实例3中，通断电的瞬间，滑动变阻器的滑动片迅速滑动的瞬间，都引起线圈A中电流的变化，最终导致线圈B中磁通量变化,从而产生感应电流.从本质上概括出产生感应电流的条件从这三个实例看到，引起感应电流的表面因素很多，但本质的原因是磁通量的变化。即感应电流产生的条件，应是穿过闭合电路的磁通量变化。因此，电磁感应现象产生的条件可以概括为：只要穿过闭合电路的磁通量变化,闭合电路中就有感应电流产生。四、电磁感应中的能量转化电有电场能，磁有磁场能，电磁感应与能量守恒与转化有无关系呢？下面从能量角度分析电磁感应现象。

实验一、消耗机械能转变为电能→发电机实验三、电能由a螺线管转移到b螺线管→变压器电磁感应现象同样遵循能量转化与守恒定律。结论：【课堂小结】

本节课我们通过实验探究，总结出了磁生电的条件：穿过闭合回路的磁通量发生变化，在闭合回路中就产生感应电流。我们对磁通量的变化应该加深理解，磁通量的变化的方式：1．线圈跟磁体之间发生相对运动，这种改变方式是S不变而相当于B发生变化；2．线圈不动，线圈所围面积也不变，但穿过线圈面积的磁感应强度是时间的函数；3．线圈所围面积发生变化，线圈中的一部分导体做切割磁感线运动，其实质也是B不变而S增大或减小；4．线圈所围面积不变，磁感应强度也不变，但磁场和平面间的夹角发生变化，如匀强磁场中转动的矩形线圈就是典型例子．【例1】如图所示,在磁感应强度为B的匀强磁场中有一面积为S的矩形线圈abcd，垂直于磁场方向放置，现使线圈以ab边为轴转180°，求此过程磁通量的变化？Babcd正确解法：初态Φ1＝B·S，末态Φ2＝-B·S，故错解中忽略了磁通量的正、负。错解分析：错解：故△Φ=Φ2-Φ1=0。初态Φ1＝B·S，末态Φ2＝B·S，【例2】在图2所示的条件下，闭合矩形线圈中能产生感应电流的是（）

产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化，引起磁通量变化的原因有：（1）磁感应强度B发生变化（2）线圈的面积S发生变化；（3）磁感应强度B和面积S的夹角发生变化。图2vNSCvBBDEFOO'BB接交流电源ABOO'解析：A选项因为线圈平面平行于磁感线，在以OO‘

为轴转动过程中，线圈平面始终与磁感线平行，磁通量始终为零B选项中，线框平面也与磁感线平行，磁通量为零,竖直向上运动过程中，线框平面始终与磁感线平行,磁通量始终为零，故无感应电流产生；C选项中，线框边与磁感线平行，与B选项同，故无感应电流产生；vNSCvBBDEFOO'BB接交流电源ABOO'D选项随着线框的转动，B与S都不变，B又垂直于S，所以Φ＝B·S始终不变，故D不对；E选项，图示状态Φ=0，转过90°时Φ＝B·S，因此产生感应电流。F选项螺线管内通入交流电，电流大小方向在变，因此磁场强弱、方向也在变，所以穿过线框的磁通量发生变化，产生感应电流。答案：EFvNSCvBBDEFOO'BB接交流电源ABOO'例2【例3】如图3（甲）所示，有一通电直导线MN水平放置，通入向右的电流I，另有一闭合线圈P位于导线正下方且与导线位于同一竖直平面，正竖直向上运动。问在线圈P到达MN上方的过程中，穿过P的磁通量是如何变化的？在何位置时P中会产生感应电流？IMN图3甲P

根据直流电流磁场特点，靠近导线处磁场强，远离导线处磁场弱。把线圈P从MN下方运动到上方过程中的几个特殊位置如图3（乙）所示，位置Ⅲ的磁通量为0，可知Ⅰ→Ⅱ磁通量增加，Ⅳ→Ⅴ磁通量减小，Ⅲ→Ⅳ磁通量增加，Ⅱ→Ⅲ磁通量减小，所以整个过程磁通量变化经历了增加→减小→增加→减小，所以在整个过程中P中都会有感应电流产生。解：图3乙ⅡⅤⅠⅣⅢA组能力训练题11．关于磁通量、磁通密度、磁感应强度，下列说法正确的是（）A．磁感应强度越大的地方，磁通量越大B．穿过某线圈的磁通量为零时，由B=Φ/S可知磁通密度为零C．磁通密度越大，磁感应强度越大D．磁感应强度在数值上等于1m2的面积上穿过的最大磁通量CD解析：B答案中“磁通量为零”的原因可能是磁感应强度（磁通密度）为零，也可能是线圈平面与磁感应强度平行。A组能力训练题22．如图2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，能使框中产生感应电流的是()A．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I图2abdcOO'BCDA组能力训练题33．关于感应电流，下列说法中正确的是（）A．只要穿过线圈的磁通量发生变化，线圈中就一定有感应电流B．只要闭合导线做切割磁感线运动，导线中就一定有感应电流C．若闭合电路的一部分导体不做切割磁感线运动，闭合电路中一定没有感应电流D．当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中一定有感应电流DA组能力训练题44、如图4，竖直放置的长直导线ef中通有恒定电流，有一矩形线框abcd与导线在同一平面内，在下列情况中线圈产生感应电流的是（）A、导线中电流强度变大B、线框向右平动C、线框向下平动D、线框以ab边为轴转动E、线框以直导线ef为轴转动I图4abfdceABDA组能力训练题55、如图5所示，一个矩形线圈与通有相同大小的电流的平行直导线在同一平面，且处于两直导线的中央,则线框中有感应电流的是（）A、两电流同向且不断增大B、两电流同向且不断减小C、两电流反向且不断增大D、两电流反向且不断减小图5BCA组能力训练题66．关于产生感应电流的条件，以下说法中错误的是（）A．闭合电路在磁场中运动，闭合电路中就一定会有感应电流B．闭合电路在磁场中作切割磁感线运动，闭合电路中一定会有感应电流C．穿过闭合电路的磁通量为零的瞬间，闭合电路中一定不会产生感应电流D．无论用什么方法，只要穿过闭合电路的磁感线条数发生了变化，闭合电路中一定会有感应电流ABCA组能力训练题77、如图7所示，范围很大的匀强磁场平行于OXY平面，线圈处在OXY平面中，要使线圈中产生感应电流，其运动方式可以是（）A、沿OX轴匀速平动B、沿OY轴加速平动C、绕OX轴匀速转动D、绕OY轴加速转动图7BOXYCA组能力训练题88、如图8所示，在匀强磁场中有一线圈，线圈平面与磁感线平行。当磁场突然增大时，线圈中有感应电流吗？为什么？B图8无感应电流，因为磁通量不变答：A组能力训练题99、如图9所示，导线ab和cd互相平行，则在下列情况中导线cd中无电流的是（）A、电键S闭合或断开的瞬间B、电键S是闭合的，但滑动触头向左滑C、电键S是闭合的，但滑动触头向右滑D、电键S始终闭合，滑动触头不动图9abcdSGDA组能力训练题10法拉第通过精心设计的一系列试验，发现了电磁感应定律，将历史上认为各自独立的学科“电学”与“磁学”联系起来．在下面几个典型的实验设计思想中，所作的推论后来被实验否定的是()A．既然磁铁可使近旁的铁块带磁，静电荷可使近旁的导体表面感应出电荷，那么静止导线上的稳恒电流也可在近旁静止的线圈中感应出电流B．既然磁铁可在近旁运动的导体中感应出电动势，那么稳恒电流也可在近旁运动的线圈中感应出电流C．既然运动的磁铁可在近旁静止的线圈中感应出电流,那么静止的磁铁也可在近旁运动的导体中感应出电动势D．既然运动的磁铁可在近旁的导体中感应出电动势,那么运动导线上的稳恒电流也可在近旁的线圈中感应出电流A解见下页

运动的导线上的稳恒电流周围产生运动的磁场,即周围磁场变化，在旁边的线圈中产生感应电流,D符合事实。解:对A选项,静止的导线上的稳恒电流附近产生稳定的磁场,通过旁边静止的线圈不会产生感应电流，A被否定;稳恒电流周围的稳定磁场是非匀强磁场，运动的线圈可能会产生感应电流，B符合事实；静止的磁铁周围存在稳定的磁场，旁边运动的导体棒会产生感应电动势，C符合事实；B组能力训练题11．在一长直导线中通以如图所示的恒定电流时,套在长直导线上的闭合线环（环面与导线垂直,长直导线通过环的中心），当发生以下变化时,肯定能产生感应电流的是（）A．保持电流不变，使导线环上下移动B．保持导线环不变，使长直导线中的电流增大或减小C．保持电流不变，使直导线在竖直平面内顺时针（或逆时针）转动D．保持电流不变，环在与导线垂直的水平面内左右水平移动C解析：

画出电流周围的磁感线分布情况，环在与导线垂直的水平面内的磁通量始终为零。IB组能力训练题2行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下;流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流，上述不同现象中所包含的相同的物理过程是()（A）物体克服阻力做功。（B）物体的动能转化为其它形式的能量。（C）物体的势能转化为其它形式的能量。（D）物体的机械能转化为其它形式的能量。AD解见下页行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下，重力势能不变，克服阻力做功使机械能转化为内能，选项C错；解：降落伞在空中受阻力匀速下降，动能不变，重力势能转化为内能，选项B错；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流，感应电流在磁场中受到安培力的作用，安培力的方向向上，阻碍磁铁的运动，克服安培力做功使机械能转化为电能，流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰,克服阻力做功产生内能，综上所述，选项AD正确。B组能力训练题33．一均匀扁平条形磁铁与一线圈共面，磁铁中心与圆心O重合(图3)．下列运动中能使线圈中产生感应电流的是()A．N极向外、S极向里，绕O点转动B．N极向里、S极向外，绕O点转动C．在线圈平面内磁铁绕O点顺时针向转动D．垂直线圈平面磁铁向纸外运动图3NSOABB组能力训练题44．如图4所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和电键组成闭合回路，在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A，下列各种情况中铜环A中没有感应电流的是()A．线圈中通以恒定的电流B．通电时，使变阻器的滑片P作匀速移动C．通电时，使变阻器的滑片P作加速移动D．将电键突然断开的瞬间图4PASE,rAB组能力训练题55.如图5所示，一有限范围的匀强磁场宽度为d,若将一个边长为L的正方形导线框以速度v匀速地通过磁场区域，已知d＞L，则导线框中不产生感应电流的时间为()A.d/v

B.L/v

C.(d-L)/v

D.(d-2L)/vCvdL

图5B组能力训练题66．如图所示，环形金属软弹簧，套在条形磁铁的中心位置。若将弹簧沿半径向外拉，使其面积增大，则穿过弹簧所包围面积的磁通量将（）A.增大B.减小C.不变 D.无法确定如何变化NS