人教版高中选修3-2物理第一节+划时代的发现(16张PPT)

(共16张PPT)
学习目标：
1.了解与电磁感应现象的发现相关的物理学史．
2.知道电磁感应现象和感应电流的定义．
3.知道产生感应电流的条件，会使用线圈以及常见磁铁完成简单的实验．
4.领悟科学探究中提出问题、观察实验、分析论证、归纳总结等要素在研
究物理问题时的重要性．
重点难点：
1.探究感应电流产生的条件是重点．
2.判断有无感应电流的方法是难点．
1．1　电磁感应——划时代的发现
第1章
电磁感应与现代生活
4、什么是电磁感应现象？什么是感应电流？
一、法拉第发现电磁感应的艰难历程
根据对称思维提出课题：法拉第在1822年提出了自己的新课“把磁转变为电”．
1、科学家根据怎样的思维模式提出
“把磁转变为电”的课题？
2、法拉第前期所做实验及其失败的原因是什么？
3、在什么情况下法拉第发现感应出了电流？开启电能宝库的“金钥匙”
是什么？
法拉第在很长一段时间内基本上做了两类实验：
1)一是在强磁体旁边放置导线或线圈，希望在导线或线圈中感应出稳定的电流；
2)二是两根导线并列放置，其中一根通电流，希望在另一根中感应出电流．这两
类实验成功了吗？没成功．
后来他又对实验进行了改进，在一个铁环上绕了两个独立的线圈，一个线圈接
电池，另一个线圈接电流计，实验也没能成功．
失败的原因：“利用静态的、不变的磁场想要得到电”的思维定式
3、在什么情况下法拉第发现感应出了电流？
开启电能宝库的“金钥匙”是什么？
4、什么是电磁感应现象？什么是感应电流？
1）在接电池的线圈A电路里，当把开关闭合或断开时，与线圈B连接的导线下的小磁针都突然跳动一下，表明线圈B中感应出了电流；而当电路接通后，小磁针则不动．B中电流消失。
磁铁插入或拔出闭合线圈时，线圈中感应出电流来。
2）开启电能宝库的“金钥匙”：“磁变电”不是种稳定效应，而是一种在变化、运动过程中出现的效应
对称思维提课题→研究过程路艰辛→偶然发现显端倪
→
深入探究得真谛→动态（变化）过程“磁生电”
利用磁得到电的现象叫做电磁感应现象；
在电磁感应现象中产生的电流叫做感应电流。
法拉第发现电磁感应的历程是:
G
－
＋
+
N
S
1、探究导体棒在磁场中是否产生感应电流
平行运动
切割运动
闭合电路的部分导体切割磁感线．当导体棒左右平动，切割磁感线时，回路中会
产生感应电流.
闭合电路的磁通量发生变化，将产生感应电流
二、探究感应电流产生的条件
G
－
＋
+
N极插入
N极抽出
S极插入
S极抽出
2.探究实验：磁铁在螺线管中的运动，线圈中是否产生感应电流
S
N
S
N
将条形磁铁插入或拔出与电流表构成闭合电路的螺线管的过程中，观察到电流表的指针发生偏转，说明闭合电路中产生了感应电流。
闭合电路的磁通量发生变化，将产生感应电流
G
－
＋
+
3．探究实验：利用通电螺线管的磁场模仿法拉第的实验
+
-
开关闭合瞬间
开关断开瞬间
开关闭合，迅速移动滑片
复原再做
螺线管A、滑动变阻器、电源、开关组成一个闭合回路，螺线管B与电流表组成一个闭合回路，螺线管A放在螺线管B内，当开关闭合或断开的瞬间，电流表的指针会发生偏转，而开关闭合稳定后，电流表的指针不发生偏转；保持开关闭合，当滑动变阻器的滑片移动时，电流表的指针发生偏转；保持开关闭合，当螺线管A离开或进入螺线管B时，电流表的指针发生偏转．电流表指针发生了偏转，说明闭合电路中产生了感应电流．
闭合电路的磁通量发生变化，将产生感应电流
（一）三个实验探究过程的归纳
观察实验，记录现象，如下表所示.
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
左
向下平动
不摆动
向左平动
右
向上平动
不摆动
结论：当导体棒左右平动，切割磁感线时，回路中会产生感应电流；当导体棒上下平动，不切割磁感线时，回路中不会产生感应电流.
图1
（1）闭合电路的部分导体切割磁感线．如图1
闭合电路的磁通量发生变化，将产生感应电流
图2
观察实验，记录现象，如下表所示.
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
右
S极插入线圈
左
N极停在线圈中
不摆动
S极停在线圈中
不摆动
N极从线圈中拔出
左
S极从线圈中拔出
右
结论：当磁极相对线圈运动时，回路中有感应电流产生；当磁极停在线圈中时，回路中无感应电流产生.
(2)条形磁铁插入或拔出线圈，如图2所示．
探究实验：利用磁铁在螺线管中的运动将条形磁铁插入或拔出与电流表构成闭合电路的螺线管的过程中，观察到电流表的指针发生偏转，说明闭合电路中产生了感应电流
闭合电路的磁通量发生变化，将产生感应电流
(3)模拟法拉第的实验
如图3所示．线圈A通过滑动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．观察以下几种操作线圈B中是否有电流产生．
图1－1－3
观察实验，记录现象，如下表所示.
操作
现象
开关闭合瞬间
电流表指针向右摆动一下
开关断开瞬间
电流表指针向左摆动一下
开关闭合，滑动变阻器不动
电流表指针不发生偏转
开关闭合，迅速移动变阻器的滑片
电流表指针会有相应的左右摆动
结论：只有在改变原线圈中的电流时，在副线圈中才会产生感应电流.
图3
闭合电路的磁通量发生变化，将产生感应电流
（二）结论:
大量实验表明,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．
（三）意义:
电磁感应现象的发现使电能的大量产生成为可能，为人类打开了通向电气化的大门，引发了第二次工业革命。根据电磁感应人们发明了许多电器设备，如：
发电机、异步电动机、变压器、动圈式话筒、磁感录音机
家庭使用的电磁灶、工业用的高频工业感应炉
1.(1)1831年，物理学家法拉第用如左图所示的实验，成功发现了磁生电现象，当开关始终处于闭合状态时，a线圈中________(选填“有”或“无”)感应电流产生，当开关闭合或断开瞬间，a线圈中________(选填“有”或“无”)感应电流产生．
对应练习
（2）如图5是某小组研究磁生电现象所需的器材．
请你协助该小组完成如下工作，用实线将带有
铁芯的线圈A、电源、滑动变阻器和开关连接成原
线圈回路，将小量程电流表和线圈B连接成副线圈
回路，并列举出在实验中改变副线圈回路磁通量，
使副线圈回路产生感应电流的三种方式：
①________________________________；
②
_________________________________；
③
__________________________________.
无
有
合上(或断开)开关瞬间
合上开关后，将原线圈A插入副线圈B或从副线圈B中抽出的过程中
合上开关，将原线圈A插入副线圈B后，移动滑动变阻器的滑片的过程中．
1、磁通量：我们将磁感应强度B
与垂直磁场平面面积S
的乘积，叫做穿过这个面的磁通量，简称磁通。用φ表示。
即：φ=BS
在SI单位制中，磁通量的单位为：韦伯（Wb）
φ=BS
φ=BS
cosθ
【例题】下列各种说法中，正确的是：
（
）
A.磁通量很大，而磁感应强度可能很小；
B.磁感应强度越大，磁通量也越大；
C.磁通量小，一定是磁感应强度小
D.磁感应强度很大，而磁通量可能为零。
A
D
2、如何求磁通量的变化量
①磁感应强度B不变，有效面积S发生变化，则ΔΦ＝Φt－Φ0＝BΔS；
②磁感应强度B变化，有效面积S不变，则ΔΦ＝Φt－Φ0＝ΔB·S；
③磁感应强度B变化，有效面积S发生变化，则ΔΦ＝Φt－Φ0＝BtSt－B0S0.
三、复习磁通量和磁通量的变化
例1
在探究“磁生电”现象的历程中，人们经历了并不平坦的道路．下列与
之有关的说法正确的是
(　　
)
A．奥斯特在发现“电生磁”的同时，受对称性思想的影响也发现了“磁生电”现象;
B．安培曾试图用恒定电流和磁铁放在导体线圈附近“感应”出电流;
C．法拉第最初实验探究的失败是由于他试图用恒定电流的磁场使电路中感应出电流;
D．奥斯特受法拉第的“磁生电”影响发现了“电生磁”.
B
C
【精讲精析】　奥斯特发现了电流的磁效应，即“电生磁”后，法拉第受对称性思想的启发，开始探究“磁生电”，并最终发现了电磁感应现象．安培的失败和法拉第的前几次实验的失败均在于他们试图用恒定电流的磁场感应出电流．（见信息浏览）
法拉第发现电磁感应的历程是:
对称思维提出课题→探索实验经历漫长→偶然发现→得到真谛．
题型一
发现电磁感应的历程
例题
题型二
磁通量及其变化的分析
例2：闭合线圈按如图7所示的方式在磁场中运动，则穿过闭合线圈的磁通量发
生变化的是
(　　)
【精讲精析】对于A选项，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，磁通量始终为零．B选项中，线圈平面也与磁感线平行，磁通量为零，在竖直向上运动过程中，线圈平面始终与磁感线平行，磁通量始终为零．C选项中，线圈平面与磁感线平行，磁通量始终为零．D选项中，随着线圈的转动，B与S都不变，B又垂直于S，所以Φ＝BS始终不变．而E选项，图示状态Φ＝0，转过90°时，Φ＝BS，因此磁通量发生变化．
E
【方法总结】　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和线圈的面积S的夹角发生变化．
例3：如图8，在水平面上有两条平行导电导轨MN、PQ，导轨间距离为l，匀强磁场垂直于导轨所在的平面(纸面)向里，磁感应强度的大小为B，两根金属杆1、2摆在导轨上，与导轨垂直，它们分别以速度v1、v2做匀速直线运动，下列哪种情形回路中有电流通过
(
　　)
A．v1＝v2　　　B．V1＞v2
C．V1＜v2
D．以上说法都不对
题型三
感应电流产生条件的应用
图8
【自主解答】　只要两杆速度不同，穿过闭合回路的磁通量就会变化，回路中就有感应电流．选项A中v1＝v2时，闭合回路的面积不变，在匀强磁场中磁通量也不会变，所以回路中没有感应电流产生；选项B中v1>v2，两金属杆1、2间距离减小，回路面积减小，使磁通量减小，会在回路中产生感应电流；同理选项C会使回路中磁通量变大，也会产生感应电流，所以选项B、C正确．
　B
C
【方法总结】　在判断是否有感应电流产生时，本质上要分析判断闭合回路的磁通量是否改变．如果闭合回路中的磁通量发生了变化，则有感应电流产生．
变式训练
如图所示，线框abcd从有界的匀强磁场区域穿过，下列说法中正确的是
(　
　)
A．进入匀强磁场区域的过程中，abcd中有感应电流
B．在匀强磁场中加速运动时，abcd中有感应电流
C．在匀强磁场中匀速运动时，abcd中没有感应电流
D．离开匀强磁场区域的过程中，abcd中没有感应电流
图9
解析：.在有界的匀强磁场中，常常需要考虑线框进场、出场和在场中运动的情况，abcd在匀强磁场中无论匀速还是加速运动，穿过abcd的磁通量都没有发生变化．
A
C
布置作业:课本12页
2、3、4题