教科版选修3-2高中物理 第1章 第1、2节 电磁感应的发现 感应电流产生的条件课件(共44张PPT)

(共44张PPT)
第一章
电磁感应
目标定位
1.知道奥斯特发现了电流磁效应、法拉第发现了电磁感应现象.
2.知道磁通量和磁通量变化量的含义.
3.知道感应电流产生的条件．
学案1　电磁感应的发现　感应电流产生的条件
知识探究
自我检测
哲学家康德说过，各种自然现象之间是相互联系和相互转化并且是和谐统一的．你能举出一个例子吗？在电磁学领域，谁发现了电流的磁效应？谁证实了“磁生电”现象的存在？
答案　摩擦生热表明了机械运动向热运动的转化，而蒸汽机则实现了热运动向机械运动的转化．奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第证实了“磁生电”现象的存在．
一、电磁感应的发现
知识探究
问题设计
1．奥斯特实验的启迪
1820年， 从实验中发现了电流的 ，启迪人们去探究是不是存在 ．
2．电磁感应现象的发现
1831年，英国物理学家 发现了 现象，产生的电流叫做 电流．他把“磁生电”的现象分为五类：变化中的 、变化中的 、运动中的恒定电流、运动中的
、运动中的导线．
奥斯特
磁效应
磁产生电
法拉第
电磁感应
感应
磁铁
磁场
电流
要点提炼
二、磁通量及其变化
如图1所示，框架的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B.试求：
图1
问题设计
(1)框架平面与磁感应强度B垂直时，穿过框架平面的磁通量为多少？
答案　BS
(2)若框架绕OO′转过60°，则穿过框架平面的磁通量为多少？
(3)若从图示位置转过90°，则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少？
答案　－BS
(4)若从图示位置转过180°，则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少？
答案　－2BS
1．磁通量
(1)定义：闭合导体回路的 与垂直穿过它的 的乘积叫磁通量，符号为Φ.在数值上等于穿过投影面的磁感线的
．
面积
磁感应强度
条数
要点提炼
(2)公式：Φ＝ .其中S为回路平面在垂直磁场方向上的 面积，也称为有效面积．所以当回路平面与磁场方向之间的夹角为θ时，磁通量Φ＝ ，如图2所示．
图2
BS
投影
BSsin θ
(3)单位：韦伯，简称韦，符号Wb.
(4)注意：①磁通量是标量，但有正负之分．一般来说，如果磁感线从线圈的正面穿入，线圈的磁通量就为“＋”，磁感线从线圈的反面穿入，线圈的磁通量就为“ ”．②磁通量与线圈的匝数 ．
_
无关
2．磁通量的变化量ΔΦ
(1)当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝ .
(2)当B变化，S不变时，ΔΦ＝ .
(3)B和S同时变化，则ΔΦ＝ ，但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS.
特别提醒　计算穿过某平面的磁通量的变化量时，要注意前后磁通量的正负，如原磁通量Φ1＝BS，当平面转过180°后，磁通量Φ2＝－BS，磁通量的变化量ΔΦ＝－2BS.
B·ΔS
ΔB·S
Φ2－Φ1
三、感应电流产生的条件
1．实验1(导体在磁场中做切割磁感线的运动)：如图3所示，导体AB垂直磁感线运动时，线路中________电流产生，而导体AB沿着磁感线运动时，线路中________电流产生(均填“有”或“无”)．
图3
有
无
问题设计
实验表明什么情况下能产生感应电流？
答案　实验表明：当闭合电路的一部分导体在磁场中做切割磁感线运动时，电路中就有感应电流产生．
2．实验2(通过闭合回路的磁场发生变化)：
如图4所示，螺线管B套在螺线管A外边，螺线管A经过滑动变阻器和开关与电池相连构成直流电路；螺线管B接电流计构成闭合电路．进行以下操作并观察电流计指针摆动的情况．将观察结果填入表中．(填空中均填“摆动”或“不摆动”)
图4
　　 观察
操作 电流计指针的摆动情况
螺线管B套在
螺线管A外面 螺线管A、B
相互垂直
开关接通瞬间
电流稳定
开关断开瞬间
滑动片快速推动
摆动
不摆动
摆动
摆动
不摆动
不摆动
不摆动
不摆动
(1)实验2中并没有导体在磁场中做切割磁感线的运动，但在接通或断开电源的瞬间或改变滑动变阻器的阻值时，B线圈中却出现感应电流，这说明什么？
答案　说明导体在磁场中做切割磁感线运动不是产生感应电流的本质原因，通过闭合电路的磁场发生变化也可以产生感应电流．
(2)当实验2中开关闭合后，A线圈电流稳定时，B线圈中也存在磁场，但不出现感应电流，这说明什么？
答案　说明感应电流的产生，不在于闭合回路中是否有磁场．
(3)实验2两个线圈相互垂直放置时不能产生感应电流，这又说明什么？
答案　说明感应电流的产生，不在于磁场是否变化．
3．试总结产生感应电流的条件．
答案　实验1中，磁场是稳定的，但在导体切割磁感线运动时，通过回路的磁通量发生变化，回路中产生了感应电流；实验2通过改变电流从而改变磁场强弱，进而改变了磁通量，从而产生了感应电流，所以可以将产生感应电流的条件描述为“只要穿过闭合电路的磁通量发生变化，闭合电路中就会产生感应电流”．
1．产生感应电流的条件：穿过 电路的 发生变化．
2．特例：闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动．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．如图5所示，甲、乙两图中，导体是真“切割”，而图丙中，导体没有切割磁感线．
图5
闭合
磁通量
要点提炼
(2)是否仅是闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动，如图丁．如果由切割不容易判断，则要回归到磁通量是否变化上去．
电路不闭合时，磁通量发生变化是否能产生电磁感应现象？
答案　当电路不闭合时，没有感应电流，但有感应电动势，只产生感应电动势的现象也可以称为电磁感应现象．
延伸思考
典例精析
一、磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解与计算
例1　如图6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(　　)
图6
A．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　A
例2　如图7所示的线框，面积为S，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，B的方向与线框平面成θ角，当线框转过90°到如图所示的虚线位置时，试求：
图7
(1)初、末位置穿过线框的磁通量Φ1和Φ2；
解析 解法一：在初始位置，把线框平面向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S⊥＝Ssin θ，所以Φ1＝
BSsin θ.在末位置，把线框平面向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S⊥′＝Scos θ.由于磁感线从反面穿入，所以Φ2＝－BScos θ.
解法二：如图所示，把磁感应强度B沿垂直于线框平面和平行于线框平面进行分解，得B上＝Bsin θ，B左＝Bcos θ
所以Φ1＝B上S＝BSsin θ，
Φ2＝－B左S＝－BScos θ.
答案　BSsin θ　－BScos θ
(2)磁通量的变化量ΔΦ.
解析　开始时B与线框平面成θ角，穿过线框的磁通量Φ1＝BSsin θ；当线框按顺时针方向转动时，穿过线框的磁通量减小，当转动θ时，穿过线框的磁通量减小为零，继续转动至90°时，磁感线从另一面穿过，磁通量变为“负”值，Φ2＝－BScos θ.所以，此过程中磁通量的变化量为ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BScos θ－BSsin θ
＝－BS(cos θ＋sin θ)．
答案　－BS(cos θ＋sin θ)
二、产生感应电流的分析判断及实验探究
例3　如图8所示，在匀强磁场中的矩形金属轨道上有等长的两根金属棒ab和cd，它们以相同的速度匀速运动，则(　　)
图8
A．断开开关S，ab中有感应电流
B．闭合开关S，ab中有感应电流
C．无论断开还是闭合开关S，ab中都有感应电流
D．无论断开还是闭合开关S，ab中都没有感应电流
解析　两根金属棒ab和cd以相同的速度匀速运动，若断开开关S，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量无变化，则回路中无感应电流，故选项A、C错误；
若闭合开关S，两根金属棒与导轨构成的回路中磁通量发生变化，则回路中有感应电流，故选项B正确，D错误．
答案　B
针对训练　如图9所示装置，在下列各种情况中，能使悬挂在螺线管附近的铜质闭合线圈A中产生感应电流的是(　　)
图9
A.开关S接通的瞬间
B.开关S接通后，电路中电流稳定时
C.开关S接通后，滑动变阻器触头滑动的瞬间
D.开关S断开的瞬间
ACD
例4　在研究电磁感应现象的实验中所用器材如图10所示.它们是①电流表、②直流电源、③带铁芯的线圈A、④线圈B、⑤开关、⑥滑动变阻器(用来控制电流以改变磁场强弱).试按实验的要求在实物图上连线(图中已连好一根导线).
图10
答案　连接电路如图所示
课堂要点小结
1
2
3
4
自我检测
1.(对电磁感应现象的认识)下列关于电磁感应现象的认识，正确的是(　　)
A.它最先是由奥斯特通过实验发现的
B.它说明了电流周围存在磁场
C.它说明了闭合回路中磁通量变化时会产生电流
D.它说明了电流在磁场中会受到安培力
解析　奥斯特发现了电流的磁效应，法拉第发现了电磁感应现象，故A错误；
电流周围存在磁场是电流的磁效应，故B错误；
闭合回路的磁通量变化产生电流的现象是电磁感应现象，故C正确；
电磁感应现象并没有说明电流在磁场中会受到安培力，故D错误.
答案　C
1
2
3
4
1
2
3
4
2. (对磁通量Φ及其变化量ΔΦ的理解)如图11所示一矩形线框，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.一直增大
B.一直减小
C.先增大后减小
D.先增大，再减小直到零，然后再增大，然后再减小
图11
1
2
3
4
解析　离导线越近，磁场越强，当线框从左向右靠近导线的过程中，穿过线框的磁通量增大，当线框跨在导线上向右运动时，磁通量减小，当导线在线框正中央时，磁通量为零，从该位置向右，磁通量又增大，当线框离开导线向右运动的过程中，磁通量又减小，故A、B、C错误，D正确.
答案　D
1
2
3
4
3. (产生感应电流的分析判断)如图12所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列选项中可行的是(　　)
A.将线框向左拉出磁场
B.以ab边为轴转动
C.以ad边为轴转动(小于60°)
D.以bc边为轴转动(小于60°)
图12
1
2
3
4
解析　将线框向左拉出磁场的过程中，线框的bc部分切割磁感线，或者说穿过线框的磁通量减小，所以线框中将产生感应电流.
当线框以ab边为轴转动时，线框的cd边的右半段在做切割磁感线运动，或者说穿过线框的磁通量在发生变化，所以线框中将产生感应电流.
1
2
3
4
当线框以ad边为轴转动(小于60°)时，穿过线框的磁通量在减小，所以在这个过程中线框内会产生感应电流.如果转过的角度超过60°(60°～300°)，bc边将进入无磁场区，那么线框中将不再产生感应电流.
1
2
3
4
当线框以bc边为轴转动时，如果转动的角度小于60°，则穿过线框的磁通量始终保持不变(其值为磁感应强度与矩形线框面积的一半的乘积).
答案　ABC
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2
3
4
4. (产生感应电流的分析判断)如图13所示，绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合回路，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，使滑动变阻器的滑片P做匀速移动
C.通电时，使滑动变阻器的滑片P做加速移动
D.将开关突然断开的瞬间
图13
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3
4
解析　只要通电时滑动变阻器的滑片P移动，电路中的电流就会发生变化，变化的电流产生变化的磁场，铜环A中磁通量发生变化，有感应电流；同样，将开关断开瞬间，电路中电流从有到无，仍会在铜环A中产生感应电流.
答案　A