人教版必修三13.3 电磁感应现象及应用 课件（42张PPT）

(共42张PPT)
§13.3电磁感应现象及应用
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课标定位
1、知道什么是电磁感应现象。
2、实验探究感应电流产生条件，理解磁通量的变化。
3、了解电磁感应现象，能判断感应电流。
素养阐释
1、物理观念：电磁感应、电磁波
2、科学思维：通过法拉第实验理解从电生磁到磁生电的科学探究方法，体会人类探索自然规律的科学思维。
议一议
除了切割磁感线产生感应电流，还有其他方法产生感应电流吗？
一、划时代的发现
电流的磁效应
1820年，丹麦物理学家奥斯特发现电流的磁效应。
“电生磁”
磁能生电吗？
奥斯特断言：
电与磁是有联系的！
1、法拉第：历经10年，“痴”心不改
联系到电流的磁效应，法拉第敏锐地觉察到，磁与电之间也应该有这种“感应”。
法拉第
他在1822 年的日记中写下了“由磁产生电”的设想，并为此进行了长达10年的探索。
很强的磁体或很强的电流可能会在邻近的闭合导线中感应出电流。
他进行了很多次尝试，经历了一次次失败，都没有得到预想的结果。
一
划时代的发现
一、划时代的发现
1831年，法拉第把两个线圈绕在一个铁环上。
1、法拉第：历经10年，“痴”心不改
他在1831年8月29日的日记中写下了首次成功的记录。
一个线圈接电源
G
电源
法拉第用过的线圈
另一个线圈接“电流表”
当给一个线圈通电或断电的瞬间，在另一个线圈上出现了电流。
功夫不负有心人！
一、划时代的发现
2、法拉第：深入探究的真谛
法拉第另一个成功实验：
法拉第在1831年9月24日，他把两根条形磁铁摆成V形.
当其中一根磁铁上端与软铁棒接触或断开瞬间，他看到了灵敏电流计的指针发生了偏转．
G
软铁棒上绕着一组线圈,并架在两根条形磁铁之上。
并串联了一只灵敏电流计
法拉第：“一朝顿悟”
一、划时代的发现
法拉第将其发现的全部“磁生电”现象分成五类：
变化的电流
变化的磁场
运动的恒定电流
运动的磁铁
在磁场中运动的导体
“磁生电”现象的本质特征是：变化、运动
法拉第发现的电磁感应使人们对电和磁内在联系的认识更加完善，宣告了电磁学作为一门统一学科的诞生，为电磁学的发展作出了重大贡献。同时也推动了电气化时代的到来.
法拉第历经10年领悟到，“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。
3、法拉第“磁生电”现象
法拉第心系：
“磁”能否“电”呢？
（成功总是属于那些坚持不懈的人）
他做了多次尝试，经历了一次次失败，历经十年努力，终于在1831年发现：磁能生电!
这是一个划时代的发现.
G
电源
1．实验观察
探究1：导体棒在磁场中运动是否产生电流
二、探究感应电流的产生条件
实验操作 实验现象(有无电流)
导体棒静止 ____
导体棒平行磁感线运动 ____
导体棒切割磁感线运动 ____
无
无
有
当闭合回路中部分导体切割磁感线时，电路中会产生感应电流。
结论：
简化模型
动画模拟
AB切割磁感线时，磁场没有变化，变化的只有电路ABCD的面积。
也就是说，穿过电路ABCD的磁通量发生了变化。感应电流的产生是否与磁通量的变化有关呢
探究2：磁铁在螺线管中运动是否产生电流
图4－1－2
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
实验操作 实验现象 (有无电流) 实验操作 (有无电流) 实验现象
N极插入线圈 ___ S极插入线圈 ___
N极停在线圈中 ___ S极停在线圈中 ___
N极从线圈中抽出 ___ S极从线圈中抽出 ___
有
无
有
有
有
无
结论：
当磁铁和线圈发生相对运动时，回路中有感应电流产生；
当磁铁和线圈相对静止时，回路中无感应电流
探究3：模拟法拉第的实验
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：
实验过程
断开、闭合开关
开关和变阻器的状态 线圈B中是否有电流
开关闭合瞬间
开关断开瞬间
开关闭合时，滑动变阻器不动
开关闭合时，滑片从右向左移动
有电流
有电流
开关闭合时，滑片从左向右移动
实验过程
闭合开关移动滑动触头
开关和变阻器的状态 线圈B中是否有电流
开关闭合瞬间
开关断开瞬间
开关闭合时，滑动变阻器不动
开关闭合时，滑片从右向左移动
有电流
有电流
开关闭合时，滑片从左向右移动
无电流
有电流
有电流
结论：
当线圈A中电流变化时，线圈B中才有电流产生。
动画模拟
开关和变阻器的状态 线圈B的磁通量是否变化 线圈B中是否有电流
开关闭合瞬间
开关断开瞬间
开关闭合时，滑动变阻器不动
开关闭合时，滑片从右向左移动
有电流
有电流
磁通量从无到有
磁通量从有到无
开关闭合时，滑片从左向右移动
断开、闭合开关
动画模拟
闭合开关移动滑动触头
开关和变阻器的状态 线圈B的磁通量是否变化 线圈B中是否有电流
开关闭合瞬间
开关断开瞬间
开关闭合时，滑动变阻器不动
开关闭合时，滑片从左向右移动
有电流
有电流
磁通量从无到有
磁通量从有到无
开关闭合时，滑片从右向左移动
无电流
磁通量不变
磁通量从小增大
有电流
磁通量从大减少
有电流
Φ=BS
条件分析
B不变，S变
S不变，B变
Φ=BS
Φ=BS
Φ=BS 变！
相对运动
磁场变化
Φ＝BS
S 变
B 变
B 变
当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时，闭合导体回路中就产生感应电流。
①电路闭合
②磁通量发生变化
二、产生感应电流的条件
对磁通量变化的理解
1.引起磁通量变化的原因
(1)当B不变，有效面积S变化时，ΔΦ＝B·ΔS。
(2)当B变化，S不变时，ΔΦ＝ΔB·S。
(3)B和S同时变化，则ΔΦ＝Φ2－Φ1。但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS。
2.磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ的比较
(1)Φ是状态量，是闭合回路在某时刻(某位置)穿过回路磁感线的条数， (2)ΔΦ是过程量，它表示回路从某一时刻到另一时刻磁通量的改变量，即ΔΦ＝Φ2－Φ1。
如图甲所示为法拉第在研究电磁感应时用过的线圈，其工作原理如图乙所示，则实验中不会使电流表指针发生偏转的是( )
A. 保持开关闭合
B. 开关闭合瞬间
C. 开关断开瞬间
D. 移动变阻器滑片
A
【课堂检测】
【课堂检测】如图为研究电磁感应现象的实验装置。下列哪种情况下电流表指针不会偏转(　　)
A.闭合开关的瞬间
B.闭合开关后，电路中电流稳定时
C.闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片时
D.闭合开关后，把线圈A从线圈B中拉出时
B
经过不懈的努力，法拉第终于在1831年8月292日发现了“磁生电”的现象，他把两个线圈绕在同一个软铁环上(如图所示)，线圈A连接电池与开关，线圈B闭合并在其一段直导线行放置小磁针.法拉第可观察到的现象有 ( )
A. 合上开关，A线圈接通电流瞬间，小磁针偏转一下随即复原
B. 只要A线圈中有电流，小磁针就会发生偏转
C. A线圈中电流越大，小磁针偏转角度也越大
D. 开关断开，A线圈中电流中断瞬间，小磁针会出现与A线圈中电流接通瞬间完全相同的偏转
A
【课堂检测】
地球其实是个磁场, 那么我们能够通过摇绳（电线）来发电吗？若可以，当沿哪个方向站立，发电的可能性比较大？
产生感应电流的条件
可以，沿东西方向
站立可能性比较大
产生感应电流的条件
分析下列各种情况，线圈有无感应电流产生？
线框上下平动
线框左右平动
线框绕轴转动
无感应电流
无感应电流
有感应电流
分析下列各种情况，线圈有无感应电流产生？
1 ) 向右平动(ad边还没有进入磁场)
2 ) 向上平动(ab边还没有离开磁场)
3 ) 以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)
4 ) 以ab边为轴转动(转角不超过90°)
5 ) B＝kt(k＞0)，且线框在图中位置不动
产生感应电流的条件
有感应电流
无感应电流
无感应电流
有感应电流
有感应电流
分析下列各种情况，线圈有无感应电流产生？
产生感应电流的条件
向右平动
向下平动
绕轴转动(ad边向外)
从纸面向外平动
向上平动
有感应电流
无感应电流
无感应电流
有感应电流
有感应电流
【课堂检测】如图所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况下，线框中会产生感应电流的是(　　)
A．线框平面始终与磁感线平行，线框
在磁场中左右运动
B．线框平面始终与磁感线平行，线框
在磁场中上下运动
C．线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动
D．线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
C
【例题1】下列图中能产生感应电流的是(　　)
【解析】根据产生感应电流的条件可判断：A选项中，电路没有闭合，无感应电流；B选项中，面积增大，穿过闭合电路的磁通量增大，有感应电流；C选项中，穿过线圈的磁感线相互抵消，Φ恒为零，ΔΦ＝0，无感应电流；D选项中，磁通量不发生变化，无感应电流。
B
【例题2】如图所示的装置，在下列各种情况中，不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（ ）
A.开关S闭合或断开的瞬间
B.开关S闭合后，电路中电流稳定时
C.开关S闭合后，滑动变阻器触头滑动的瞬间
D.把螺线管内铁芯迅速抽出的过程中
B
1.如图所示A、B两个同心圆处于一个垂直的匀强磁场当中，则有（　）
A.　　　　　B. C.　　　　　D.无法确定
A
课堂练习
Ａ
B
如图所示A、B两个同心圆中有垂直于环面的匀强磁场，则有（　）
A.　　　　　B. C.　　　　　D.无法确定
B
Ａ
B
x x x
x x x
有效面积相同
2、如图4－1－8所示，通有恒定电流的导线MN与闭合金属线框共面，第一次将金属线框由Ⅰ平移到Ⅱ，第二次将金属线框绕cd边翻转到Ⅱ，设先后两次通过金属框的磁通量变化分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则(　　)
A．ΔΦ1＞ΔΦ2　　　　
B．ΔΦ1＝ΔΦ2
C．ΔΦ1＜ΔΦ2
D．不能判断
图4－1－8
C
解析：选C.设线框在位置Ⅰ时的磁通量为Φ1，在位置Ⅱ时的磁通量为ΦⅡ，直线电流产生的磁场在Ⅰ处比在Ⅱ处要强，ΦⅠ＞ΦⅡ.
将线框从Ⅰ平移到Ⅱ，磁感线是从线框的同一面穿过的，所以ΔΦ1＝|ΦⅡ－ΦⅠ|＝ΦⅠ－ΦⅡ；将线框从Ⅰ绕cd边转到Ⅱ，磁感线分别是从线框的正反两面穿过的，所以ΔΦ2＝|(－ΦⅡ)－ΦⅠ|＝ΦⅠ＋ΦⅡ(以原来穿过的为正，则后来从另一面穿过的为负)．故正确选项为C.
3、如图L为一根无限长的通电直导线，M为一金属环，L通过M的圆心并与M所在的平面垂直，且通以向上的电流I，则(　　)
A．当L中的电流发生变化时，环中有感应电流
B．当M左右平移时，环中有感应电流
C．当M保持水平，在竖直方向上下移动时环中有感应电流
D．只要L与M保持垂直，则以上几种情况，环中均无感应电流
图4－1－10
D
4. 矩形线圈ABCD位于通电长直导线附近，线圈与导线在一个平面内，线圈的两个边与导线平行。下列哪种情况线圈中产生感应电流？
（1）在这个平面内，线圈远离或靠近长直导线时；
（2）在这个平面内，线圈沿着平行与导线的方向上下运动时；
（3）线圈以AB边为轴转动时；
（4）线圈以AD边为轴转动时；
（5）线圈以长直导线为轴转动时；
（6）长直导线中的电流发生变化时；
（7）在中心点不变的情况下，把矩形线圈ABCD拉成圆形时。
×
√
√
√
√
√
×
三、电磁感应现象的应用
1831年圣诞节前夕，一次科学报告会上，法拉第当众表演了一个实验。一个铜盘的轴和铜盘的边缘分别连在“电流表”的两端。法拉第摇动手柄使铜盘在磁极之间旋转，“电流表”的指针随之摆动。这是最早的发电机。
1、法拉第的圆盘发电机——人类第一台发电机
当时在场的一位贵妇人取笑地问：“先生，您发明的这个东西有什么用呢？”
法拉第平静地反问：“夫人，新生的婴儿又有什么用呢？”
婴儿
巨人
三、电磁感应现象的应用
2、现代发电机
三峡电站一台发电机的转子
生活中的变压器
生活中的电磁炉
感应电流的应用
无线充电器是指不用传统的充电电源线连接到需要充电的终端设备上的充电器，采用了最新的无线充电技术。
无线充电技术在 2007 年获得了 20 项专利，多种设备可以使用一台充电基站，手机、MP3 播放器、电动工具和其他的电源适配器的有线充电情况将不会存在了。
通过使用线圈之间产生的磁场，神奇的传输电能，电感耦合技术将会成为连接充电基站和设备的桥梁。
电磁感应式无线充电
无线充电器的送电线圈
交流电
手机端的受电线圈
感应电流
磁通量变化
如图所示是描述电磁炉工作原理的示意图。炉子的内部有一个金属线圈，当电流通过线圈时，会产生磁场，这个磁场的大小和方向是不断变化的，这个变化的磁场又会引起放在电磁炉上面的铁质(或钢质)锅底内产生感应电流，由于锅底有电阻，所以感应电流又会在锅底产生热效应，这些热能便起到加热物体的作用从而煮食。因为电磁炉是以电磁感应产生电流，利用电流的热效应产生热量，所以不是所有的锅或器具都适用。以下说法正确的是( )
A. 最好使用铝锅或铜锅
B. 最好使用平底不锈钢锅或铁锅
C. 最好使用陶瓷锅或耐热玻璃锅
D. 在电磁炉与铁锅之间放一层白纸后无法加热
B
【课堂检测】
课堂小结
一、划时代的发现
二、产生感应电流的条件
三、电磁感应现象的应用
物理学史:
只要穿过闭合导体回路的磁通量变化时，闭合导体回路中就有感应电流.
"奥斯特实验"
"法拉第实验"