人教版物理选修3-2　第四章电磁感应第1、2节：划时代的发现 探究感应电流的产生条件（共27张PPT）

(共27张PPT)
第1节 划时代的发现
第2节 探究感应电流的产生条件
第四章 电磁感应
学习目标
1．知道与电流磁效应和电磁感应现象相关的物理学史，体会人类探究自然规律的科学态度和科学精神．
2．通过实验，探究和理解感应电流的产生条件．
3．能够运用感应电流的产生条件判断是否有感应电流产生．

一、划时代的发现
阅读教材第2~3页第1节“划时代的发现”的内容,知道奥斯特发现了电流的磁效应,了解法拉第研究电磁感应现象的艰苦过程,知道法拉第总结的引起电磁感应现象的五类原因。
1.丹麦物理学家奥斯特发现了什么现象标志着电流磁效应的发现?
答案:发现载流导线能使小磁针发生偏转,我们把这种作用称为电流的磁效应。

一、划时代的发现
2.电流的磁效应的发现有什么意义?
答案:电流磁效应的发现证实了电和磁存在着必然的联系,突破了人类对电与磁认识的局限性,掀起了一场研究电与磁关系的革命。
3.法拉第开始的实验为什么没有观察到“磁生电”现象?
答案:他在这些实验中使用的都是恒定电流产生的磁场,这样的磁场是不会在某个电路中产生感应电流的。

一、划时代的发现
4.法拉第把两个线圈绕在同一个铁环上,一个线圈接到电源上,另一个线圈接入“电流表”,在给一个线圈通电或断电的瞬间,观察电流表,会看到什么现象?说明了什么?他领悟到“磁生电”是在什么过程中才会产生的?
答案:电流表的指针发生摆动,说明另一个线圈中产生了电流。法拉第领悟到“磁生电”是一种在变化、运动的过程中才能出现的效应。

一、划时代的发现
5.法拉第总结出引起电磁感应现象的哪五类原因?
答案:1、变化的电流
2、变化的磁场
3、运动的恒定电流
4、运动的磁铁
5、在磁场中运动的导体。

二、探究感应电流的产生条件
阅读教材第5~7页第2节“探究感应电流的产生条件”的内容,理解导体棒在磁场中运动、磁铁在线圈中运动、原线圈通电电流三种情况下能产生感应电流,初步理解产生感应电流的条件。

二、探究感应电流的产生条件
1.如图所示的甲、乙、丙三个实验装置中,如何操作电路中会产生感应电流?
答案:甲:当导体棒做切割磁感线的运动时,电路中会产生感应电流。
乙:当将磁铁从线圈中抽出或插入时,电路中会产生感应电流。
丙:当开关闭合且移动滑动变阻器的滑片时(或当开关断开、闭合时),电路中会产生感应电流。

二、探究感应电流的产生条件
2.产生感应电流的条件是什么?
答案:只要穿过闭合导体回路的磁通量发生变化,闭合导体回路中就会产生感应电流。

课堂练习
1.思考辨析。
(1)只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生。 (　　)
解析:产生感应电流的条件:一是闭合电路,二是磁通量变化。有磁通量而不变化,是不会产生感应电流的。
答案:×
(2)穿过螺线管的磁通量发生变化时,螺线管内部就一定有感应电流产生。 (　　)
解析:磁通量发生变化,而螺线管回路不闭合,不会产生感应电流。
答案:×

课堂练习
(3)闭合电路的部分导体在磁场中运动就会产生感应电流。 (　　)
解析:只有闭合电路的部分导体做切割磁感线的运动时,闭合回路中才会产生感应电流。
答案:×
(4)线框不闭合时,即使穿过线框的磁通量发生变化,线框中也没有感应电流产生。 (　　)
解析:产生感应电流的两个条件都满足才会有感应电流产生。
答案:√
课堂练习
2.探究讨论。
(1)奥斯特发现电流的磁效应对法拉第发现电磁感应现象有什么意义?
答案:正因为奥斯特发现了电流的磁效应,提示了电现象与磁现象之间存在某种联系,突破了人类对电与磁认识的局限性,使法拉第坚信有了磁场就一定会产生电流。
(2)电流的磁效应与电磁感应有什么区别?
答案:电流的磁效应是指电流周围产生磁场,即“电生磁”。电磁感应现象是利用磁场产生感应电流,即“磁生电”。“电生磁”和“磁生电”是两种因果关系相反的现象,要正确区分这两种现象。
对磁通量概念的理解
如图甲,竖直向下的匀强磁场中,水平放置一正方形线框;如图乙,竖直向下的匀强磁场中,平行磁感应强度的方向放置正方形线框。若线框的面积是S,磁感应强度为B,试求两种情况下,穿过线框的磁通量分别是多少?

要点提示:题图甲中,磁感线与线框所在平面垂直,穿过线框的磁通量Φ1=BS;
题图乙中,磁感线与线框所在平面平行,穿过线框的磁通量Φ2=0。
对磁通量概念的理解
1.磁通量的计算
(1)B与S垂直时:Φ=BS,B为匀强磁场的磁感应强度,S为线圈的有效面积。如图a所示。
(2)B与S不垂直时:Φ=BS⊥=B⊥S,S⊥为线圈在垂直磁场方向上的投影面积。B⊥为B在垂直于S方向上的分量。如图b、c所示。
(3)某线圈所围面积内有不同方向的磁场时,规定某个方向的磁通量为正,反方向的磁通量为负,求其代数和,如图d所示。

对磁通量概念的理解
2.磁通量是标量,但有正、负,其正、负分别表示与规定的穿入方向相同、相反。
3.磁通量的变化大致可分为以下几种情况:
(1)磁感应强度B不变,有效面积S发生变化。如图a所示。
(2)有效面积S不变,磁感应强度B发生变化。如图b所示。
(3)磁感应强度B和有效面积S都不变,它们之间的夹角发生变化。如图c所示。
对磁通量概念的理解
4.用磁感线的条数表示磁通量。当回路中有不同方向的磁感线穿过时,磁通量是指穿过某一面磁感线的“净”条数,即不同方向的磁感线的条数差。
注意：从磁感线穿过面的角度来分,一个面积的两个面分为“正面”和“反面”,“正面”穿入的磁感线,磁通量为正值,“反面”穿入的磁感线,磁通量为负值。
【例题1】
有一个100匝的线圈,其横截面是边长为L=0.20 m的正方形,放在磁感应强度B=0.50 T的匀强磁场中,线圈平面与磁场垂直。若将这个线圈横截面的形状由正方形变成圆形(横截面的周长不变),则在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少?
解析:线圈横截面为正方形时的面积S1=L2=(0.20)2 m2=4.0×10-2 m2。穿过线圈的磁通量Φ1=BS1=0.50×4.0×10-2 Wb=2.0×10-2 Wb。截面形状为圆形时,其半径r=。截面积大小S2=π m2。穿过线圈的磁通量Φ2=BS2=0.50× Wb=2.55×10-2 Wb。所以,磁通量的变化ΔΦ=Φ2-Φ1=(2.55-2.0)×10-2 Wb=5.5×10-3 Wb。
答案:5.5×10-3 Wb
归纳总结
磁通量Φ=BS的计算的几点注意
(1)S是指闭合回路中包含磁场的那部分的有效面积。
(2)磁通量与线圈的匝数无关,也就是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,不必去考虑线圈匝数n。

【练习】
1.如图所示,通电螺线管水平固定,OO′为其轴线,a、b、c三点在该轴线上,在这三点处各放一个完全相同的小圆环,且各圆环平面垂直于OO′轴。则关于这三点的磁感应强度Ba、Bb、Bc的大小关系及穿过三个小圆环的磁通量Φa、Φb、Φc的大小关系,下列判断正确的是 (　　)

A、Ba=Bb=Bc,Φa=Φb=Φc B、Ba>Bb>Bc,Φa<Φb<Φc
C、Ba>Bb>Bc,Φa>Φb>Φc D、Ba>Bb>Bc,Φa=Φb=Φc

【练习】
【解析】选C。靠近螺线管的地方磁场强,由图知,a、b、c三点的磁感应强度Ba、Bb、Bc的大小关系为Ba>Bb>Bc;三个小圆环的面积相同,根据磁通量的定义Φ=BS可知,Φa>Φb>Φc,所以A、B、D错,C正确。


【练习】
2.一磁感应强度为B的匀强磁场,方向水平向右,一面积为S的矩形线圈abcd如图所示放置,平面abcd与竖直方向成θ角,将abcd绕ad轴转180°角,则穿过线圈平面的磁通量的变化量为(　　)
A.0 B.2BS
C.2BScosθ D.2BSsinθ
【练习】
【解析】选C。开始时穿过线圈平面的磁通量为
Φ1=BScosθ,后来穿过线圈平面的磁通量为
Φ2=-BScosθ,则磁通量的变化量为ΔΦ=|Φ2-Φ1| =2BScosθ。
【归纳总结】
1.感应电流产生条件的理解:
(1)不论什么情况,只要满足电路闭合和磁通量发生变化这两个条件,就必然产生感应电流。
(2)只要产生了感应电流,那么电路一定是闭合的,穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。
2.ΔΦ与Φ的区别:ΔΦ与Φ意义不同,大小也没有必然的联系。感应电流的产生与Φ无关,只取决于Φ的变化,即与ΔΦ有关。

【特别提醒】
(1)应用感应电流产生的条件时,因为初中没有引入磁通量的概念,所以高中阶段的叙述更严密。
(2)磁感线形象地描述磁通量,可以利用穿过闭合电路的条数是否发生变化来判断某过程中磁通量是否发生变化。

【典例】
如图所示,两个线圈绕在同一个铁环上,线圈A接直流电源,线圈B接灵敏电流表,下列哪种情况不能使线圈B中产生感应电(　　)
A、将开关S接通或断开的瞬间 B、开关S接通一段时间之后
C、开关S接通后,改变变阻器滑片的位置时
D、拿走铁环,再做这个实验,开关S接通或断开的瞬间

【典例】
【正确解答】选B。A、C、D选项符合变化的磁场(变化的电流产生变化的磁场)产生感应电流的现象。而开关S接通一段时间之后,A线圈中是恒定电流,不能在B线圈中产生变化的磁场,故不能使B线圈中磁通量发生变化而产生感应电流,故选B。
感应电流产生条件的理解和应用
(1)磁通量可以用穿过某一面积的磁感线条数表示,也可以用公式ΔΦ=BS计算(式中B为匀强磁场的磁感应强度,S为有磁感线穿过的且与B垂直的有效面积)。
(2)磁通量尽管是标量,但它有正负,若穿过某一平面的磁场有两个方向,则穿过这一面积的磁通量应为抵消后的合磁通量。
(3)不管是B变,还是S变,或是B、S间的夹角变,只要磁通量Φ发生变化了,无论有没有导体切割磁感线,闭合回路中一定有感应电流产生;只要磁通量Φ不发生变化,即使有导体切割磁感线,闭合回路中也不会产生感应电流。