2012【优化方案】精品课件：物理粤教选修3-2第一章第二节

(共57张PPT)
第二节 产生感应电流的条件
课标定位
学习目标：
1.知道与电流磁效应和电磁感应相关的物理学史，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．
4．进一步认识磁通量的概念、能结合实例对磁通量的变化进行定性和定量的判断．
重点难点：
1.磁通量及磁通量变化的分析与计算．
2.探究感应电流的产生条件．
第二节
核心要点突破
课堂互动讲练
知能优化训练
课前自主学案
课标定位
课前自主学案
一、“电生磁”与“磁生电”
1．电流的磁效应——“电生磁”
1820年，丹麦物理学家_________发现载流导线能使小磁针偏转，这种作用称为电流的磁效应．
奥斯特
2．电磁感应现象——“磁生电”
(1)1831年，英国物理学家__________发现了“磁生电”的现象，这种现象叫做电磁感应现象，产生的电流叫____________ ．
(2)法拉第把引起电流的原因概括为五类，它们都与______和______相联系：变化的_______、变化的______、运动的_________、运动的______、在磁场中运动的_______ ．
法拉第
感应电流
变化
运动
电流
磁场
恒定电流
磁铁
导体
二、探究感应电流的产生条件
1．实验探究
(1)利用蹄形磁铁的磁场
图1－1－1
实验操作 实验现象
(有无电流) 分析论证
导体棒静止 无 闭合电路包围的面积______时，电路中有电流产生；包围的面积_______时，电路中无电流产生
导体棒平行
磁感线运动 无
导体棒切割
磁感线运动 有
变化
不变
(2)利用条形磁铁的磁场
图1－1－2
实验操作 实验现象
(有无电流) 分析论证
N极插入线圈 有 线圈中的磁场_____时，线圈中有感应电流；线圈中的磁场______时，线圈中无感应电流
N极停在线圈中 无
N极从线圈中抽出 有
S极插入线圈 有
S极停在线圈中 无
S极从线圈中抽出 有
变化
不变
(3)利用通电螺线管的磁场
图1－1－3
实验操作 实验现象
(线圈B中有无电流) 分析论证
线圈B中磁场_______时，线圈B中有感应电流；磁场________时，线圈B中无感应电流
开关闭合瞬间 有
开关断开瞬间 有
开关保持闭合，滑动变阻器滑片不动 无
开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的滑片 有
变化
不变
思考感悟：
探究1说明产生感应电流的条件与闭合电路包围的面积有关；探究2、3说明产生感应电流的条件与磁感应强度的变化有关，如何将这两个结论统一起来呢？
提示：闭合电路的面积与垂直穿过它的磁感应强度的乘积是磁通量，无论闭合电路包围的面积变化还是磁感应强度变化，都会使磁通量发生变化，所以磁通量是否变化是产生感应电流的条件．
2．结论：感应电流的产生条件
实验表明：不论何种原因，只要使穿过_______电路的________发生变化，______电路中就有感应电流产生．
闭合
磁通量
闭合
核心要点突破
一、磁通量与磁通量的变化
1．闭合回路的面积与垂直穿过它的磁感应强度的乘积叫做磁通量．
计算公式：Φ＝BS，式中的S可以理解为有效面积．
(1)如果磁感线与平面不垂直，如图1－1－4甲所示，有效面积应理解为原平面在垂直磁场方向上的投影面积，如果平面与垂直磁场方向的夹角为θ，则有效面积为Scosθ，穿过该面的磁通量为Φ＝BScosθ.
图1－1－4
(2)S指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积，如图乙所示，闭合回路abcd和闭合回路ABCD虽然面积不同，但穿过它们的磁通量却相同：Φ＝BS2.
(3)磁通量的意义可以用磁感线形象地说明：磁通量所表示的就是穿过磁场中某一面积的磁感线的条数．
(4)磁通量是标量，但有“正、负”，磁通量的正、负号并不表示磁通量的方向，它的符号仅表示磁感线贯穿的方向．
如图1－1－5甲所示，有两个环a和b，其面积SaΦb.
图1－1－5
(5)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．
2．磁通量的变化量是指变化后的磁通量与变化前的磁通量之差，即ΔΦ＝Φ2－Φ1.
(1)磁感应强度B不变，有效面积S变化时，则
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B·ΔS.
(2)磁感应强度B变化，磁感线穿过的有效面积S不变时，则穿过回路的磁通量的变化是
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝ΔB·S.
(3)磁感应强度B和回路面积S同时变化时，则
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝B2S2－B1S1.
特别提醒：线圈为多匝时，不影响磁通量的计算，因为穿过线圈的磁感线的条数不受匝数影响．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
1.有一个垂直纸面向里的匀强磁场，B＝0.8 T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1 cm，现于纸面内先后放上圆线圈A、B、C，圆心均在O处，A线圈半径为1 cm，10 匝；B线圈半径为2 cm,1匝；C线圈半径为0.5 cm,1匝．如图1－1－6所示．问：
(1)在磁感应强度B减为0.4 T的过程中，线圈A和B中磁通量改变多少？
(2)当磁场转过30°角的过程中，C中磁通量改变多少？
图1－1－6
答案：见解析
二、如何理解“导体切割”磁感线
图1－1－7
闭合电路的一部分导体做切割磁感线的运动时，闭合电路中产生感应电流．如图1－1－7所示，当导体ad向右运动时，穿过abcd的磁通量发生变化(面积变大)，所以在abcd回路中产生感应电流．
由此可见“切割磁感线”产生感应电流和“磁通量变化”本质上是一致的．
在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应注意以下几点：
1．导体是否将磁感线“割断”，如果没“割断”，就不能说成切割．如图1－1－8所示．甲、乙两图中，导线是真“切割”，而图丙中，导体没有切割磁感线．
图1－1－8
2．即使导体真“切割”了磁感线，也不能保证就能产生感应电流．如图1－1－9所示．对于图甲，尽管导体“切割”了磁感线(匀强磁场)，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流；对于图乙，导体框的一部分“切割”了磁感线，穿过线框的磁感线条数越来越少，线框中有感应电流；对于图丙，闭合导体在非匀强磁场中运动，切割了磁感线，同时穿过线框的磁感线条数减少，线框中有感应电流．
图1－1－9
3．即使是闭合回路的部分导体做切割磁感线的运动，也不能绝对保证一定存在感应电流．
图1－1－10
如图1－1－10所示，abcd线框的一部分在匀强磁场中上下平动，尽管是部分切割，但在线框中没有感应电流．
由以上讨论可知，导体切割磁感线，不是在导体中产生感应电流的充分条件，归根结底还得要看穿过闭合回路的磁通量是否发生了变化．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
2. (单选)如图1－1－11所示的条形磁铁的上方，放置一矩形线框，线框平面水平且与条形磁铁平行，则线框在由N端匀速平移到S端的过程中，线框中的感应电流的情况是(　　)
图1－1－11
A．线框中始终无感应电流
B．线框中始终有感应电流
C．线框中开始有感应电流，当线框运动到磁铁中部上方时无感应电流，以后又有了感应电流
D．线框中开始无感应电流，当线框运动到磁铁中部的上方时有感应电流，后来又没有了感应电流
解析：选B.匀速平移的过程中，穿过线框的磁通量始终在变化，故线框中始终有感应电流．
三、感应电流有无的判断
产生感应电流的条件是“闭合电路的磁通量发生变化”．因此，不论用什么方法，只要能使闭合电路的磁通量发生变化，都可以使闭合电路中产生感应电流．
1．判断回路中是否有感应电流的依据：(1)回路是否闭合；(2)回路中的磁通量是否变化．这两个条件缺一不可．
2．引起穿过闭合回路的磁通量变化一般有以下几种情况：
(1)磁感应强度B不变，线圈面积S发生变化．例如闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时．
(2)线圈面积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产生磁场的通电螺线管中的电流变化时．
(3)磁感应强度B不变，线圈面积S也不变，但两者之间夹角发生变化．例如线圈在磁场中转动时．
(4)磁感应强度B和回路面积S同时发生变化，此时可由ΔΦ＝Φ2－Φ1计算并判断磁通量是否变化．
特别提醒：判断穿过闭合回路的磁通量是否变化时，可利用磁感线进行定性判断，即通过观察穿过闭合回路的磁感线的条数是否变化判断某过程中磁通量是否变化．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
3. (单选)(2011年台州高二检测)如图1－1－12所示的匀强磁场中有一个矩形闭合导线框，在下列四种情况中，线框中会产生感应电流的是(　　)
图1－1－12
A．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中左右运动
B．线框平面始终与磁感线平行，线框在磁场中上下运动
C．线框绕位于线框平面内且与磁感线垂直的轴线AB转动
D．线框绕位于线框平面内且与磁感线平行的轴线CD转动
解析：选C.四种情况中初始位置线框均与磁感线平行，磁通量为零，按A、B、D三种情况线圈移动后，线框仍与磁感线平行，磁通量保持为零不变，线框中不产生感应电流．C中线圈转动后，穿过线框的磁通量不断发生变化，所以产生感应电流，C项正确．
四、如何理解普通磁带录音机的录放音原理
普通磁带录音机是用同一个磁头来录音和放音的，磁头结构如图1－1－13所示，在一个环形铁芯上绕着一个线圈，铁芯上有个缝隙，工作时磁带就贴着这个缝隙移动．
图1－1－13
录音时，磁头线圈跟录音器相连，放音时，磁头线圈改为跟扬声器相连，磁带上涂有一层磁粉，磁粉能被磁化并且能留下剩磁．录音器的作用是把声音的变化转变为电流的变化，扬声器的作用是把电流的变化转化为声音的变化．
工作原理：录音时，声音使录音器中产生随声音而变化的感应电流，电流经放大电路放大后，进入录音磁头的线圈中，在磁头的缝隙处产生随电流变化的磁场．磁带紧贴着磁头缝隙移动，磁带上的磁粉层被磁化，在磁带上就记录下声音的磁信号．
放音是录音的逆过程，放音时，磁带紧贴着放音磁头的缝隙，通过磁带上变化的磁场使放音磁头线圈中产生感应电流，感应电流的变化跟记录下的磁信号相同，所以线圈中产生的电流经放大电路放大后，送到扬声器还原成声音．
探究结论：磁带录音是利用电磁感应原理，由电流生成磁信号；放音是利用“磁生电”效应原理，由磁信号转变成电信号．
即时应用?(即时突破，小试牛刀)
4.(单选)电磁感应现象揭示了电和磁之间的内在联系，根据这一发现，发明了许多电器设备，下列用电器中，哪个没有利用电磁感应现象(　　)
A．动圈式话筒　　　　 B．白炽灯泡
C．磁带录音机 D．发电机
解析：选B.电磁感应现象是由磁产生电的现象．动圈式话筒是把声音信号转化为电流信号，其原理是由声音信号引起振动膜振动，由于线圈与振动膜相连，线圈处于磁场中，在线圈中会产生随声音信号强弱变化的电流，符合电磁感应现象的定义，选项A不能选；
选项B白炽灯泡是利用电流通过电阻时发热，当温度达到一定程度时发光，没有利用电磁感应现象；磁带录音机在录音时是利用的电流的磁效应，即将声音产生的感应电流信号使磁带磁化，而录音机放音的过程是将磁带上的磁信号转化为电信号，利用了电磁感应原理，C选项不能选；对于D选项，发电机利用了电磁感应现象，不能选．
课堂互动讲练
磁通量及磁通量的变化量的分析与计算
如图1－1－14所示的线框，面积为S，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，B的方向与线框平面成θ角，当线框转过90°到如图所示的虚线位置时，试求：
(1)初、末位置穿过线框的磁通量的大小Φ1和 Φ2；
(2)磁通量的变化量ΔΦ.
例1
【精讲精析】
(1)法一：如题图所示，在初始位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S⊥＝Ssinθ，所以Φ1＝BSsinθ.在末位置，把面积向垂直于磁场方向进行投影，可得垂直于磁场方向的面积为S⊥＝Scosθ.由于磁感线从反面穿入，所以Φ2＝－BScosθ.
法二：如果把磁感应强度B沿垂直于面积S和平行于面积S进行分解，能否得到同样的结论？(请同学们自行推导，答案是肯定的)
(2)开始时B与线框平面成θ角，穿过线框的磁通量Φ1＝BSsinθ；当线框平面按顺时针方向转动时，穿过线框的磁通量减少，当转动θ时，穿过线框的磁通量减少为零，继续转动至90°时，磁通量从另一面穿过，变为“负”值，Φ2＝－BScosθ.所以，此过程中磁通量的变化量为
ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BScosθ－Bssinθ
＝－BS(cosθ＋sinθ)．
【答案】　(1)BSsinθ　－BScosθ
(2)－BS(cosθ＋sinθ)
【方法总结】　解答该类题目时，要注意磁感线是从平面的哪一面穿入的，当规定从某一面穿入的磁通量为正值时，则从另一面穿入的就为负值，然后按照求代数和的方法求出磁通量的变化(磁通量是有正、负的标量)．准确地把初、末状态的磁通量表示出来是解题的关键．
电流的磁效应与电磁感应现象
(单选)动圈式话筒和磁带录音机都应用了电磁感应现象，图1－1－15甲所示是话筒原理图，图乙所示是录音机的录音、放音原理图，由图可知：
例2
图1－1－15
①话筒工作时磁铁不动，线圈振动而产生感应电流
②录音机放音时变化的磁场在静止的线圈里产生感应电流
③录音机放音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
④录音机录音时线圈中变化的电流在磁头缝隙处产生变化的磁场
其中正确的是(　　)
A．②③④ B．①②③
C．①②④ D．①③④
【思路点拨】　理解电流的磁效应和电磁感应现象的原理．
【精讲精析】　普通录音机主要由机内话筒、磁带、录放磁头、放大电路、扬声器、传动机等部分组成，图1－1－16是录音机的录、放原理示意图．
请同学们观察录音、放音磁头并探究其工作原理．
图1－1－16
录音时声音使话筒中产生随声音而变化的感应电流——音频电流．音频电流经放大电路放大后，进入录音磁头的线圈中，在磁头的缝隙处产生随音频电流变化的磁场，磁带紧贴着磁头缝隙移动，磁带上的磁粉层被磁化，在磁带上就记录下声音的磁信号．
放音是录音的逆过程．放音时，磁带紧贴着放音磁头的缝隙通过，磁带上变化的磁场使放音磁头线圈中产生感应电流，感应电流的变化跟记录下的磁信号相同，所以线圈中产生的是音频电流，这个电流经放大电路放大后，送到扬声器，扬声器把音频电流还原成声音．
【答案】　C
【方法总结】　电流的磁效应是指电流周围产生磁场即“电生磁”，而电磁感应现象是利用磁场产生感应电流即“磁生电”，它们是两种因果关系相反的现象．
搞清现象的因果关系是“电生磁”还是“磁生电”是正确区分以上两种现象的关键．
产生感应电流条件的判断
(双选)如图1－1－17所示，矩形线框abcd由静止开始运动，若要使线框中产生感应电流，则线框的运动情况应该是(　　)
例3
图1－1－17
A．向右平动(ad边还没有进入磁场)
B．向上平动(ab边还没有离开磁场)
C．以bc边为轴转动(ad边还没有转入磁场)
D．以ab边为轴转动(转角不超过90°)
【思路点拨】　
解答此类题型可以按下列步骤分析：
(1)明确磁感线的分布特点．
(2)判断磁通量是否变化．
(3)判断是否产生感应电流．
【自主解答】　选项A和D所描述的情况，线框在磁场中的有效面积S均发生变化(A情况下S增大，D情况下S变小)，穿过线框的磁通量均改变，由产生感应电流的条件知线框中产生感应电流．而B、C选项所描述的情况中，线框中的磁通量均不改变，不产生感应电流．
【答案】　AD
变式训练　(单选)如图1－1－18所示，图A、B、C、D中四个线圈平面都垂直于无边界的匀强磁场，A中线圈以速度v沿箭头方向匀速运动，B中线圈以加速度a沿箭头方向做加速运动，C中线圈绕轴OO′转动，D中线圈绕过c点的垂直线圈平面的轴转动．这四个线圈中能产生感应电流的是(　　)
图1－1－18
解析：选C.直接利用感应电流产生的条件来判断，即分析线圈中的磁通量是否发生变化．要分析磁通量的变化，一定要知道线圈运动前后的磁通量．线圈所在空间磁感应强度未变，只考虑线圈在运动中与磁场的正对面积．显然，选项A、B中线圈平动时，选项D中线圈转动时，磁通量均未变，选项A、B、D错；选项C中转动线圈时，一定导致磁通量发生变化，故选项C正确．
知能优化训练
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