2012【优化方案】精品课件：教科版物理选修3-2第1章第2节
文档属性
| 名称 | 2012【优化方案】精品课件：教科版物理选修3-2第1章第2节 |  | |
| 格式 | rar | ||
| 文件大小 | 462.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2011-12-20 21:38:04 | ||
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文档简介
(共36张PPT)
第2节 感应电流产生的条件
核心要点突破
课堂互动讲练
课前自主学案
知能优化训练
第2节
课标定位
学习目标：1.了解电磁的相关物理学史及电磁感应现象的发现过程，知道电磁感应现象和感应电流．
2．明确感应电流产生条件的实验探究过程，掌握产生感应电流的条件．
3．理解磁通量的概念，掌握其计算方法，会分析判断通过电路的磁通量的变化情况．
重点难点：1.判断磁通量的改变及计算．
2．感应电流的产生条件及应用．
课标定位
课前自主学案
一、奥斯特实验的启迪
1820年，________发现了电流的磁效应．根据对称性，很多物理学家做了不少“磁生电”的实验都以失败告终.1821年，法拉第全身投入“磁生电”的研究中．
奥斯特
二、电磁感应现象的发现
1．1831年，英国物理学家________发现了电磁感应现象，并将“磁生电”的现象分为五类：(1)变化中的_____；(2)变化中的_______；(3)运动中的______________；(4)运动中的_______；(5)运动中的________．
2．由电磁感应现象产生的电流叫__________．
法拉第
电流
磁场
恒定电流
磁铁
导线
感应电流
思考感悟
法拉第时代，还没有电流表，在“磁生电”的实验研究中，法拉第是怎样检测电流的呢？
提示：利用电流的磁效应，在南北方向的导线下放一可旋转的小磁针．当导线中有电流时，小磁针就发生转动，当导线中无电流时，小磁针就指南北极．
三、电磁感应规律的发现及其对社会发展的意义
1．法拉第在发现感应电流之后，通过大量的实验，又归纳总结出电磁感应的规律，并发明了人类历史上第一台感应发电机．
2．电磁感应的发现不仅对物理学和现代技术的发展作出了划时代的贡献，而且对整个现代文明的发展有着深刻的影响；电磁感应的发现使人们发明了发电机、变压器、感应电动机等，
__________在此基础上建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在．
麦克斯韦
四、探究感应电流的产生条件
探究1：导体在磁场中做切割磁感线的运动
如图1－1－1所示，将导轨、可移动导体ab放置在磁场中，并和电流计组成闭合回路，把实验现象记录在下表中.
实验操作 实验现象(有无电流)
导体棒静止 _______
导体棒左右运动 _______
导体棒上下运动 _______
无
有
无
图1－1－1
探究2：通过闭合回路的磁场发生变化
如图1－1－2所示，螺线管B套在螺线管A外边，螺线管A经过滑动变阻器和开关与电池相连构成直流电路；螺线管B接电流计构成闭合电流．将实验现象填入下表中．
图1－1－2
观察
操作 电流计指针的摆动情况
螺线管B匝数少 螺线管B匝数多 螺线管AB相互垂直
开关接通瞬间 _____摆动 _____摆动 ____摆动
电流稳定 ____摆动 ____摆动 ____摆动
开关断开瞬间 _____摆动 _____摆动 ____摆动
滑动片快速推动 _____摆动 _____摆动 ____摆动
滑动片缓慢推动 _____摆动 _____摆动 ____摆动
轻微
较大
不
不
不
不
轻微
较大
不
较大
最大
不
轻微
较大
不
五、产生感应电流的条件
穿过______电路的磁通量__________时，这个闭合电路中就有感应电流产生．
闭合
发生变化
核心要点突破
一、正确理解磁通量的变化
1．对磁通量的认识
(1)B与S垂直时(匀强磁场中)：Φ＝B·S.B指匀强磁场的磁感应强度，S为线圈的面积．
(2)B与S不垂直时(匀强磁场中)
Φ＝B·S⊥.S⊥为线圈在垂直磁场方向上的有效面积，在应用时可将S分解到与B垂直的方向上，如图1－1－3所示．Φ＝B·Ssinθ.
图1－1－3
(3)某面积内有相反方向的磁场时
分别计算不同方向的磁场的磁通量，然后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．
2．磁通量变化的几种形式
磁通量的变化一般有四种情形：
(1)B不变，S变化，则ΔΦ＝B·ΔS
(2)B变化，S不变，则ΔΦ＝ΔB·S
(3)B变化，S也变化，则ΔΦ＝B2S2－B1S1
(4)B不变，S不变，θ变化，则ΔΦ＝BS(sin θ2－sin θ1)
特别提醒：在求磁通量的变化量时要注意：磁通量是标量，若规定穿入线圈正面的方向为正，则从线圈背面方向穿入时磁通量为负值，在线圈翻转180°时，磁通量的变化应等于其绝对值之和，而不是绝对值之差，磁通量的正、负不表示方向，是为了计算磁通量变化而引入的．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(2011年榆林高二检测)如图1－1－4所示，a、b、c三个圆环水平套在条形磁铁外面，其中a和b两环大小相同，c环最大，a环位于N极处，b和c两环位于条形磁铁中部，则穿过三个环的磁通量的大小是( )
图1－1－4
A．c环最大，a与b环相同
B．三个环相同
C．b环比c环大
D．a环一定比c环大
解析：选C.条形磁铁磁场的磁感线分布特点是：①两端密，中间疏；②磁铁内、外磁感线条数相等．a、b、c三个环中磁铁内磁场方向都向上，而磁铁外部磁场不同，应选C，而a、c两环磁通量大小关系不确定．
二、感应电流有无的判断
感应电流产生的必要条件是穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，所以判断感应电流有无时：
1．明确电路是否为闭合电路．
2．判断穿过回路的磁通量是否发生变化．穿过闭合电路的磁通量发生变化，大致有以下几种情况：
(1)磁感应强度B不变，线圈有效面积S发生变化，例如闭合电路的一部分导体切割磁感线时．
(2)线圈有效面积S不变，磁感应强度B发生变化，例如线圈与磁体之间发生相对运动时或者磁场是由通电螺线管产生而螺线管中的电流变化．
(3)磁感应强度B和回路有效面积S同时发生变化，此时可由ΔΦ＝Φt－Φ0计算并判断磁通量是否变化．
(4)线圈有效面积S不变，磁感应强度B也不变，但二者之间的夹角发生变化，例如线圈在磁场中转动时．
特别提醒：导体切割磁感线不是在导体中产生感应电流的充要条件，归根结底还得要看穿过闭合导体回路的磁通量是否发生变化．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．(2011年广州高二检测)如图1－1－5所示，能产生感应电流的是( )
图1－1－5
A．磁铁向下运动
B．磁铁停在线圈中不动
C．磁铁向上运动
D．只要有磁铁就一定有电流
解析：选AC.磁铁向上或向下运动时，线圈中的磁感应强度变化，穿过线圈的磁通量变化，线圈中产生感应电流，A、C正确；磁铁停在线圈中不动时，线圈中磁通量不变，不产生感应电流，B、D错误．
课堂互动讲练
磁通量的变化及计算
例1
如图1－1－6所示，有一个100匝的线圈，其形状是边长为L＝0.20 m的正方形，放在磁感应强度为B＝0.50 T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直．若将这个线圈的形状由正方形改变成圆形(周长不变)，在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？
图1－1－6
【精讲精析】 线圈形状为正方形时的面积：
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.
形状为圆形时，其半径r＝4L/(2π)＝2L/π.
面积大小S2＝π(2L/π)2＝4/(25π) m2.
穿过线圈的磁通量：
Φ2＝BS2＝0.50×4/(25π)Wb≈2.55×10－2 Wb.
所以，磁通量的变化量：
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0)×10－2Wb
＝5.5×10－3 Wb.
【答案】 5.5×10－3 Wb
【方法总结】 磁通量Φ＝BS的计算有几点要注意：
(1)S是指闭合回路线圈在垂直于磁场方向上的有效面积；
(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.
变式训练1 如图1－1－7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( )
图1－1－7
A．ΔΦ1＞ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2
C．ΔΦ1＜ΔΦ2 D．不能判断
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.
产生感应电流条件的应用
例2
(2011年武汉模拟)如图1－1－8所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列办法中不可行的是( )
图1－1－8
A．将线框向左拉出磁场
B．以ab边为轴转动(小于90°)
C．以ad边为轴转动(小于60°)
D．以bc边为轴转动(小于60°)
【思路点拨】 根据磁场的分布情况，分析各项中是否有磁通量的变化．
【自主解答】 当线框向左拉出磁场时，线框的磁通量减小，有感应电流产生，故A可行．以ab边为轴转动(小于90°)线框的磁通量减小也有感应电流产生，故B可行．当以ad边为轴转动(小于60°)，线框的磁通量减小，有感应电流产生，故C可行．当以bc边为轴转动(小于60°)，线框的磁通量有效面积不变，故磁通量不变，无感应电流产生，故D项不可行．
【答案】 D
变式训练2 如图1－1－9所示，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( )
图1－1－9
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
解析：选D.题图中金属环所在平面与磁感线平行，穿过金属环的磁通量为零．无论I变化，还是M上下移动或左右平移，金属环所在平面一直保持与磁感线平行，磁通量一直为零，不产生感应电流，D正确．
知能优化训练
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第2节 感应电流产生的条件
核心要点突破
课堂互动讲练
课前自主学案
知能优化训练
第2节
课标定位
学习目标：1.了解电磁的相关物理学史及电磁感应现象的发现过程，知道电磁感应现象和感应电流．
2．明确感应电流产生条件的实验探究过程，掌握产生感应电流的条件．
3．理解磁通量的概念，掌握其计算方法，会分析判断通过电路的磁通量的变化情况．
重点难点：1.判断磁通量的改变及计算．
2．感应电流的产生条件及应用．
课标定位
课前自主学案
一、奥斯特实验的启迪
1820年，________发现了电流的磁效应．根据对称性，很多物理学家做了不少“磁生电”的实验都以失败告终.1821年，法拉第全身投入“磁生电”的研究中．
奥斯特
二、电磁感应现象的发现
1．1831年，英国物理学家________发现了电磁感应现象，并将“磁生电”的现象分为五类：(1)变化中的_____；(2)变化中的_______；(3)运动中的______________；(4)运动中的_______；(5)运动中的________．
2．由电磁感应现象产生的电流叫__________．
法拉第
电流
磁场
恒定电流
磁铁
导线
感应电流
思考感悟
法拉第时代，还没有电流表，在“磁生电”的实验研究中，法拉第是怎样检测电流的呢？
提示：利用电流的磁效应，在南北方向的导线下放一可旋转的小磁针．当导线中有电流时，小磁针就发生转动，当导线中无电流时，小磁针就指南北极．
三、电磁感应规律的发现及其对社会发展的意义
1．法拉第在发现感应电流之后，通过大量的实验，又归纳总结出电磁感应的规律，并发明了人类历史上第一台感应发电机．
2．电磁感应的发现不仅对物理学和现代技术的发展作出了划时代的贡献，而且对整个现代文明的发展有着深刻的影响；电磁感应的发现使人们发明了发电机、变压器、感应电动机等，
__________在此基础上建立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在．
麦克斯韦
四、探究感应电流的产生条件
探究1：导体在磁场中做切割磁感线的运动
如图1－1－1所示，将导轨、可移动导体ab放置在磁场中，并和电流计组成闭合回路，把实验现象记录在下表中.
实验操作 实验现象(有无电流)
导体棒静止 _______
导体棒左右运动 _______
导体棒上下运动 _______
无
有
无
图1－1－1
探究2：通过闭合回路的磁场发生变化
如图1－1－2所示，螺线管B套在螺线管A外边，螺线管A经过滑动变阻器和开关与电池相连构成直流电路；螺线管B接电流计构成闭合电流．将实验现象填入下表中．
图1－1－2
观察
操作 电流计指针的摆动情况
螺线管B匝数少 螺线管B匝数多 螺线管AB相互垂直
开关接通瞬间 _____摆动 _____摆动 ____摆动
电流稳定 ____摆动 ____摆动 ____摆动
开关断开瞬间 _____摆动 _____摆动 ____摆动
滑动片快速推动 _____摆动 _____摆动 ____摆动
滑动片缓慢推动 _____摆动 _____摆动 ____摆动
轻微
较大
不
不
不
不
轻微
较大
不
较大
最大
不
轻微
较大
不
五、产生感应电流的条件
穿过______电路的磁通量__________时，这个闭合电路中就有感应电流产生．
闭合
发生变化
核心要点突破
一、正确理解磁通量的变化
1．对磁通量的认识
(1)B与S垂直时(匀强磁场中)：Φ＝B·S.B指匀强磁场的磁感应强度，S为线圈的面积．
(2)B与S不垂直时(匀强磁场中)
Φ＝B·S⊥.S⊥为线圈在垂直磁场方向上的有效面积，在应用时可将S分解到与B垂直的方向上，如图1－1－3所示．Φ＝B·Ssinθ.
图1－1－3
(3)某面积内有相反方向的磁场时
分别计算不同方向的磁场的磁通量，然后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．
2．磁通量变化的几种形式
磁通量的变化一般有四种情形：
(1)B不变，S变化，则ΔΦ＝B·ΔS
(2)B变化，S不变，则ΔΦ＝ΔB·S
(3)B变化，S也变化，则ΔΦ＝B2S2－B1S1
(4)B不变，S不变，θ变化，则ΔΦ＝BS(sin θ2－sin θ1)
特别提醒：在求磁通量的变化量时要注意：磁通量是标量，若规定穿入线圈正面的方向为正，则从线圈背面方向穿入时磁通量为负值，在线圈翻转180°时，磁通量的变化应等于其绝对值之和，而不是绝对值之差，磁通量的正、负不表示方向，是为了计算磁通量变化而引入的．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1．(2011年榆林高二检测)如图1－1－4所示，a、b、c三个圆环水平套在条形磁铁外面，其中a和b两环大小相同，c环最大，a环位于N极处，b和c两环位于条形磁铁中部，则穿过三个环的磁通量的大小是( )
图1－1－4
A．c环最大，a与b环相同
B．三个环相同
C．b环比c环大
D．a环一定比c环大
解析：选C.条形磁铁磁场的磁感线分布特点是：①两端密，中间疏；②磁铁内、外磁感线条数相等．a、b、c三个环中磁铁内磁场方向都向上，而磁铁外部磁场不同，应选C，而a、c两环磁通量大小关系不确定．
二、感应电流有无的判断
感应电流产生的必要条件是穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，所以判断感应电流有无时：
1．明确电路是否为闭合电路．
2．判断穿过回路的磁通量是否发生变化．穿过闭合电路的磁通量发生变化，大致有以下几种情况：
(1)磁感应强度B不变，线圈有效面积S发生变化，例如闭合电路的一部分导体切割磁感线时．
(2)线圈有效面积S不变，磁感应强度B发生变化，例如线圈与磁体之间发生相对运动时或者磁场是由通电螺线管产生而螺线管中的电流变化．
(3)磁感应强度B和回路有效面积S同时发生变化，此时可由ΔΦ＝Φt－Φ0计算并判断磁通量是否变化．
(4)线圈有效面积S不变，磁感应强度B也不变，但二者之间的夹角发生变化，例如线圈在磁场中转动时．
特别提醒：导体切割磁感线不是在导体中产生感应电流的充要条件，归根结底还得要看穿过闭合导体回路的磁通量是否发生变化．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2．(2011年广州高二检测)如图1－1－5所示，能产生感应电流的是( )
图1－1－5
A．磁铁向下运动
B．磁铁停在线圈中不动
C．磁铁向上运动
D．只要有磁铁就一定有电流
解析：选AC.磁铁向上或向下运动时，线圈中的磁感应强度变化，穿过线圈的磁通量变化，线圈中产生感应电流，A、C正确；磁铁停在线圈中不动时，线圈中磁通量不变，不产生感应电流，B、D错误．
课堂互动讲练
磁通量的变化及计算
例1
如图1－1－6所示，有一个100匝的线圈，其形状是边长为L＝0.20 m的正方形，放在磁感应强度为B＝0.50 T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直．若将这个线圈的形状由正方形改变成圆形(周长不变)，在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？
图1－1－6
【精讲精析】 线圈形状为正方形时的面积：
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.
形状为圆形时，其半径r＝4L/(2π)＝2L/π.
面积大小S2＝π(2L/π)2＝4/(25π) m2.
穿过线圈的磁通量：
Φ2＝BS2＝0.50×4/(25π)Wb≈2.55×10－2 Wb.
所以，磁通量的变化量：
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0)×10－2Wb
＝5.5×10－3 Wb.
【答案】 5.5×10－3 Wb
【方法总结】 磁通量Φ＝BS的计算有几点要注意：
(1)S是指闭合回路线圈在垂直于磁场方向上的有效面积；
(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.
变式训练1 如图1－1－7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( )
图1－1－7
A．ΔΦ1＞ΔΦ2 B．ΔΦ1＝ΔΦ2
C．ΔΦ1＜ΔΦ2 D．不能判断
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.
产生感应电流条件的应用
例2
(2011年武汉模拟)如图1－1－8所示，开始时矩形线框与匀强磁场的方向垂直，且一半在磁场内，一半在磁场外，若要使线框中产生感应电流，下列办法中不可行的是( )
图1－1－8
A．将线框向左拉出磁场
B．以ab边为轴转动(小于90°)
C．以ad边为轴转动(小于60°)
D．以bc边为轴转动(小于60°)
【思路点拨】 根据磁场的分布情况，分析各项中是否有磁通量的变化．
【自主解答】 当线框向左拉出磁场时，线框的磁通量减小，有感应电流产生，故A可行．以ab边为轴转动(小于90°)线框的磁通量减小也有感应电流产生，故B可行．当以ad边为轴转动(小于60°)，线框的磁通量减小，有感应电流产生，故C可行．当以bc边为轴转动(小于60°)，线框的磁通量有效面积不变，故磁通量不变，无感应电流产生，故D项不可行．
【答案】 D
变式训练2 如图1－1－9所示，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( )
图1－1－9
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
解析：选D.题图中金属环所在平面与磁感线平行，穿过金属环的磁通量为零．无论I变化，还是M上下移动或左右平移，金属环所在平面一直保持与磁感线平行，磁通量一直为零，不产生感应电流，D正确．
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