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44张PPT)
吕 叔 湘 中 学
庞 留 根
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 2 3 4 5
6 7 8 9 10
B组能力训练题1 2 3 4 5
6 7 8 9 10
【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.
导体棒
的运动 表针的
摆动方向 导体棒
的运动 表针的
摆动方向
向右平动 向后平动
向左平动 向上平动
向前平动 向下平动
结论：
B
v
N
S
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。
磁铁的运动 表针的
摆动方向 磁铁的运动 表针的
摆动方向
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
结论：
图4.2-2
N
S
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
操 作 现 象
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，迅速移动变阻器的滑片
结论：
图4.2-3
A
B
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
N
N
N
N
S
S
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4.2-5
B
A
B
A
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？
B
a
b
c
d
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2
v
N
S
C
v
B
B
D
E
F
O
O'
B
B
接交流电源
A
B
O
O'
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；
v
N
S
C
v
B
B
D
E
F
O
O'
B
B
接交流电源
A
B
O
O'
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：E F
v
N
S
C
v
B
B
D
E
F
O
O'
B
B
接交流电源
A
B
O
O'
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？
I
M
N
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
Ⅱ
Ⅴ
Ⅰ
Ⅳ
Ⅲ
A组能力训练题1
1．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1 m2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2
2．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2
a
b
d
c
O
O'
BCD
A组能力训练题3
3．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
D
A组能力训练题4
4、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4
a
b
f
d
c
e
ABD
A组能力训练题5
5、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5
BC
A组能力训练题6
6．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
ABC
A组能力训练题7
7、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7
B
O
X
Y
C
A组能力训练题8
8、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9
9、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9
a
b
c
d
S
G
D
A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1
1．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。
I
B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3
3．一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3
N
S
O
AB
B组能力训练题4
4．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4
P
A
S
E, r
A
B组能力训练题5
5.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)/v
C
v
d
L
图5
B组能力训练题6
6．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
N
S
弹簧所包围的面积内既有条形磁铁的内部向左的磁感线，又有条形磁铁外部向右的磁感线,因此，磁通量为向左与向右的磁感线条数之差.因为磁感线是闭合的，所以条形磁铁内部磁感线条数与外部总的磁感线条数相等, 显然, 环的面积越大，返回的磁感线条数越多，因此磁通量减小.
解析：
B
B组能力训练题7
7、如图7所示,一水平放置的矩形线圈在条形磁铁S极附近下落,在下落过程中,线圈平面保持水平,位置1和3都靠近位置2,则线圈从位置1到位置2的过程中,线圈内________感应电流,线圈从位置2到位置3的过程中,线圈内_____感应电流(均选填“有”或“无”).
图7
N
S
3
2
1
有
有
B组能力训练题8
8、如图8，A、B两环共面同心,A环上均匀带有负电荷, 当A环逆时针加速转动时, B环中 （填 有、无）感应电流。当A环顺时针匀速转动时
（填有、无）感应电流。
无
A
B
图8
A环逆时针加速转动时，相当于 A环的电流在增大，穿过B环的磁通量增大，有感应电流；
当A环顺时针匀速转动时，A环的电流不变，穿过B环的磁通量不变，没有感应电流。
有
解：
由于I=nqvS，
B组能力训练题9
9、如图10所示，一有限范围的匀强磁场，宽度为d, 将一边长为l的正方形线框以速度v匀速地通过磁场区域，若d>l，则在线框中产生感应电流的时间为多少？若dv
d
l
图9
2l/v , 2d/v
答：
B组能力训练题10
试用笔线代替导线连好本节课实验三的电路图：
解答：见图示
B
0
2
2
A
P
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