鲁科版高中物理选修3－2第一章 电磁感应第一节《磁生电的探索》课件 （共30张PPT）

课件30张PPT。第1章 电磁感应　本章主要体现实验探究过程，在了解法拉第发现电磁感应现象的基础上，通过实验探究产生感应电流的条件、感应电流的方向及大小，通过实验认识自感现象，并分析其原因．在深刻认识实验现象的基础上，总结相关的物理规律，并结合实际情况灵活应用．课程标准对本章的要求是：
1．收集资料，了解电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神．
2．通过实验，理解感应电流的产生条件．举例说明电磁感应在生活和生产中的应用．
3．通过实验，了解自感现象和涡流现象．举例说明自感现象和涡流现象在生活和生产中的应用．本章难点：电磁感应定律的应用．
本章知识的学习要注意以下两点：
1．电磁感应现象常与电路、力学、能量等知识相联系，更侧重于实际生活、生产科技相结合，因此要学好本章需要注意训练和掌握综合性问题的分析思路和方法．
2．本章特点是要求有较强的抽象思维能力，同时应注意在学习过程中不断提高理解能力、分析综合能力、推理能力以及空间想象能力．
第1节 磁生电的探索学习目标：1.了解电磁感应现象的探索过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神．
2．通过实验，理解“磁生电”的条件．
3．理解并掌握磁通量的变化这一概念．
重点难点：感应电流产生的条件．
易错问题：1.磁通量变化的计算时易出现有效面积的错误．
2．错误的认为只要导体做切割磁感线运动就有感应电流．一、电磁感应的探索历程
1．电流的磁效应
1820年，丹麦物理学家 发现了电流的磁效应，它揭示了电现象和磁现象之间存在的某种联系．
2．探索“磁生电”
奥斯特发现了“电生磁”的现象之后，激发人们去探索“磁生电”的方法，比较著名的物理学家有： 、 、 、 等，都没有坚持到最后，这其中已经发现感应电流的科学家是： ．
基础知识梳理奥斯特菲涅尔安培科拉顿亨利美国科学家亨利3．法拉第的探索
英国科学家法拉第始终坚信自然界各种不同现象之间有着 ，一直坚持探索电磁感应现象，终于悟出了磁生电的基本原理，“一切都存在于变化之中”．
二、科学探究——感应电流产生的条件
1．探究1：利用导体在磁场中运动
闭合回路的部分导体在磁场中做 运动时，闭合回路中电流表的指针发生偏转，说明回路中产生了感应电流．
相互联系切割磁感线2．探究2：利用磁铁在螺线管中的运动
将条形磁铁 或 与电流表构成闭合电路的螺线管过程中，观察到电流表的指针发生偏转，说明回路中产生了感应电流．
插入拔出3．探究3：利用通电螺线管的磁场
螺线管A、滑动变阻器、电源、开关组成一个回路，螺线管B与电流表组成闭合回路，螺线管A放在螺线管B内．开关闭合或断开的瞬间，电流表的指针会发生 ，而开关闭合稳定后，电流表的指针 偏转；保持开关闭合，当滑动变阻器的滑片移动时，电流表的指针发生 ；保持开关闭合，当螺线管A离开B或进入B时，电流表的指针发生 ．
偏转不偏转偏转三、产生感应电流的条件
只要穿过闭合电路的 发生变化，闭合电路中就会产生感应电流．
注意：判断回路中是否有电流要抓住两条：
(1)电路是否闭合．
(2)磁通量是否改变．
磁通量只要导体棒在磁场中切割磁感线就一定有电流吗？
【思考·提示】　不一定，要看电路是否闭合．
思考一、对磁通量及其变化的理解
1．磁通量
磁通量表示磁场中穿过某一面积的磁感线净条数．Φ＝BS为匀强磁场中磁通量的计算公式．应用此公式时需注意以下两点：
(1)公式Φ＝BS的适用条件：①匀强磁场；②磁感线与平面垂直，即B⊥S.
核心要点突破(2)S为有效面积
①在匀强磁场B中，若磁感线与平面不垂直．公式Φ＝BS中的S应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积．
如图1－1－1所示，在水平方向的匀强磁场中，面积为S的平面abcd与垂直于磁感线方向的平面的夹角为θ，则穿过平面abcd的磁通量应为Φ＝B·Scosθ.
图1－1－1Scosθ即为平面S在垂直于磁感线方向上的投影，我们称之为“有效面积”．
②S是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积．
如图1－1－2所示，若闭合电路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂直，面积分别为S1和S2，且S1>S2，但磁场区域恰好只有ABCD那么大，穿过S1和S2的磁通量是相同的，因此，Φ＝BS中的S应是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积S2.
图1－1－22．磁通量的变化
(1)引起磁通量变化的原因：由公式Φ＝BScosα可知，引起磁通量发生变化的原因有：
①面积S不变，磁感应强度B发生变化，则磁通量Φ发生变化；
②面积S变化，磁感应强度B不变，则磁通量Φ发生变化；
③面积S变化，磁感应强度B也发生变化，则磁通量Φ可能发生变化；
④线圈平面和磁场方向的夹角发生变化时，引起穿过线圈的磁通量发生变化．
1．磁通量是标量，但有正、负之分，正、负由线圈的面决定，磁通量的计算类问题首先要明确其正、负．
2．磁通量与线圈的匝数无关，也就是说磁通量大小不受线圈匝数的影响．同理，磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受线圈匝数的影响．所以，直接用公式求Φ、ΔΦ时，不必考虑线圈匝数n.　二、对“导体切割”磁感线的理解
闭合回路中的一段导体做切割磁感线运动时，闭合回路中产生感应电流．
1．“切割磁感线”产生感应电流和“磁通量变化”在本质上是一致的．如图1－1－3所示，当导体ab向右运动时，会引起abcd回路的面积变大，从而使磁通量发生变化，所以在回路中产生感应电流．
图1－1－32．注意导线是否“切割”磁感线，形象地说就是将磁感线“割断”．如果导线方向平行于磁感线，或者速度方向平行于磁感线，则导线并没有“切割”磁感线．
3．回路中有导线切割磁感线，也不能保证一定产生感应电流．例如整个回路都处在一个匀强磁场中沿垂直磁场方向运动时，回路的磁通量没有变化，虽然有切割现象，但不会产生感应电流．
磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图1－1－4所示，通有恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由1平移到2，第二次将线框绕cd边翻转到2，设先后两次通过线框的磁通量变化量分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则(　　)
课堂互动讲练图1－1－4A．ΔΦ1>ΔΦ2　　　　　　B．ΔΦ1＝ΔΦ2
C．ΔΦ1<ΔΦ2 D．无法确定
【思路点拨】　根据线框在不同位置的磁通量大小利用ΔΦ＝Φ2－Φ1计算．
【解析】　设线框在位置1时的磁通量为Φ1，在位置2时的磁通量为Φ2，直线电流产生的磁场在1处比在2处要强．若平移线框，则ΔΦ1＝Φ1－Φ2，若转动线框，磁感线是从线框的正反两面穿过的，一正一负，因此ΔΦ2＝Φ1－(－Φ2)．根据分析知ΔΦ1<ΔΦ2.选项C正确．答案为C.
【答案】　C
【点评】　磁通量有正、负，磁通量变化的计算要规定哪个面为正面，磁感线从正面穿入为正磁通量，从反面穿入为负磁通量．
1．一个200匝、面积为20 cm2的线圈放在磁场中，磁场的方向与线圈平面成30°角，若磁感应强度在0.05 s内由0.1 T增加到0.5 T，在此过程中磁通量变化了多少？
解析：当磁场为0.1 T时的磁通量为：Φ1＝B1Ssinθ
当磁场为0.5 T时的磁通量为：
Φ2＝B2Ssinθ
在此过程中磁通量的变化为：
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(B2－B1)Ssinθ
＝(0.5－0.1)×20×10－4×sin30°Wb
＝4×10－4 Wb.
答案：4×10－4 Wb
如图1－1－5所示的条件下，闭合矩形线圈能产生感应电流的是(　　)
图1－1－5【思路点拨】　根据产生感应电流的条件，分析闭合电路的磁通量是否变化．
【解析】　A选项中因为线圈平面平行于磁感线，在以OO′为轴转动的过程中，线圈平面始终与磁感线平行，穿过线圈的磁通量始终为零，所以无感应电流产生；B选项中，线框平面也与磁感线平行，穿过线圈的磁通量为零，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，线框平面与磁感线平行，与B选项相同，故无感应电流产生；D选项中尽管线框在转动，但B与S都不变，B又垂直于S，所以Φ＝BS始终不变，线圈中无感应电流；而E选项，图示状态Φ＝0，当转过90°时Φ＝BS，所以转动过程中穿过线圈的磁通量在不断地变化，因此转动过程中线圈中产生感应电流；F选项，螺线管内通入交流电，电流的大小和方向都在变化，因此产生的磁场强弱、方向也在变化，穿过线框的磁通量发生变化，所以产生感应电流．
【答案】　EF
【点评】　判断闭合回路中是否有感应电流产生，应牢牢抓住磁通量是否变化这一理论依据，而引起磁通量变化的常见原因要熟练掌握．磁通量发生变化的三种情况：
(1)S不变，B变；
(2)B不变，S变；
(3)B与S的夹角变．
2.如图1－1－6所示恒定的磁场中有一圆形的闭合导体线圈，线圈平面垂直于磁场方向，当线圈在此磁场中做下列哪种运动时，线圈中能产生感生电流的是(　　)
图1－1－6A．线圈沿自身所在的平面做匀速运动
B．线圈沿自身所在的平面做加速运动
C．线圈绕任意一条直径做匀速转动
D．线圈绕任意一条直径做变速转动
解析：选CD.线圈沿自身所在的平面做匀速运动和加速运动的情况下，通过线圈的磁通量未发生变化，故线圈中不能产生感应电流，选项A、B错．线圈绕任意一条直径转动时，穿过线圈的磁通量发生了变化，故线圈中有感应电流产生，故选项C、D正确．