2019-2020學(xué)年高中物理 第1章 電磁感應(yīng) 第1節(jié) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象 第2節(jié) 研究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件課件 粵教版選修3-2

第一節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象 第2節(jié)研究產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件 回顧選修31磁場的有關(guān)知識 然后回答下面幾個(gè)問題 1 1820年 丹麥物理學(xué)家 用實(shí)驗(yàn)展示了電與磁的聯(lián)系 說明了通電導(dǎo)線周圍存在著磁場 這個(gè)現(xiàn)象叫做電流的 填 熱 或 磁 效應(yīng) 課前 自主學(xué)習(xí) 2 多選 2016 成都期末 如圖所示的三維空間內(nèi) 勻強(qiáng)磁場方向沿x方向 在平面xoz內(nèi)有一通電直導(dǎo)線 若它所受的安培力方向沿 y方向 則 a 該通電導(dǎo)線一定不會(huì)沿平行ox方向放置b 該通電導(dǎo)線一定平行oz方向放置 c 無論通電導(dǎo)線怎樣放置 它總受到 y方向的安培力d 沿 x方向觀察導(dǎo)線中的電流方向 應(yīng)該為向右方向 答案 ad 解析 當(dāng)通電導(dǎo)線與勻強(qiáng)磁場平行時(shí) 它不受安培力作用 而題意說導(dǎo)線受到安培力作用 說明導(dǎo)線一定不會(huì)沿平行ox方向放置 因此選項(xiàng)a正確 根據(jù)左手定則確定的關(guān)系可知 安培力一定垂直于磁場方向和電流方向確定的平面 但電流方向不一定與磁場方向垂直 因此選項(xiàng)b錯(cuò)誤 根據(jù)左手定則判定知 通電導(dǎo)線如果任意放置在xoz平面內(nèi) 它受到的安培力 方向有沿 y方向和 y方向兩種可能 沿ox方向觀察 當(dāng)電流向右時(shí) 安培力沿 y方向 當(dāng)電流向左時(shí) 安培力沿 y方向 因此選項(xiàng)c錯(cuò)誤 選項(xiàng)d正確 一 電磁感應(yīng)的探索歷程1 磁生電 1820年 丹麥物理學(xué)家 發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng) 2 電生磁 1 磁生電 的發(fā)現(xiàn) 1831年 英國物理學(xué)家 發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象 2 電磁感應(yīng)與感應(yīng)電流 法拉第把引起電流的原因概括為五類 它們都與電流和磁場相聯(lián)系 變化的磁場 變化的電流 運(yùn)動(dòng)的恒定電流 運(yùn)動(dòng)的磁鐵 在磁場中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體 奧斯特 法拉第 3 電磁感應(yīng)現(xiàn)象和感應(yīng)電流 由 的現(xiàn)象 叫做電磁感應(yīng)現(xiàn)象 由電磁感應(yīng)現(xiàn)象產(chǎn)生的電流 叫感應(yīng)電流 磁生電 如果沒有電流表 做產(chǎn)生感應(yīng)電流的實(shí)驗(yàn)時(shí) 可以用什么方法檢測導(dǎo)線中是否有感應(yīng)電流產(chǎn)生呢 答案 利用電流的磁效應(yīng) 在南北方向的導(dǎo)線下放一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的小磁針 當(dāng)導(dǎo)線中有電流時(shí) 小磁針就發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng) 當(dāng)導(dǎo)線中無電流時(shí) 小磁針就指向南北方向 二 感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件1 實(shí)驗(yàn)探究探究1 導(dǎo)體棒在磁場中運(yùn)動(dòng)是否產(chǎn)生電流如下圖所示 將可移動(dòng)導(dǎo)體ab放置在磁場中 并和電流計(jì)組成閉合回路 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下 無 無 有 發(fā)生變化 探究2 磁鐵在螺線管中運(yùn)動(dòng)是否產(chǎn)生電流如下圖所示 將螺線管與電流計(jì)組成閉合回路 把條形磁鐵插入或拔出螺線管 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下 有 無 有 有 無 有 發(fā)生變化 探究3 模擬法拉第的實(shí)驗(yàn)如下圖所示 線圈a通過變阻器和開關(guān)連接到電源上 線圈b的兩端連到電流表上 把線圈a裝在線圈b的里面 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下 有 有 無 有 發(fā)生變化 2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 只要穿過閉合電路的磁通量 閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生 答案 發(fā)生變化 閉合電路在磁場中運(yùn)動(dòng)一定產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎 答案 不一定 例如第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中的導(dǎo)體平行于磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)就沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生 原因是穿過閉合電路的磁通量沒有變化 1 磁通量的計(jì)算方法 課堂 優(yōu)化整合 磁通量與磁通量的變化 2 磁通量的變化在不同情形下的求解方法在勻強(qiáng)磁場中 磁通量 bs sin 是b與s間的夾角 磁通量的變化 2 1有多種情形 主要有 特別提醒 1 如果線圈平面翻轉(zhuǎn) 即轉(zhuǎn)過180 穿過線圈的磁通量不是不變而是變化了2bs 2 磁通量雖然有正負(fù) 但是沒有方向 是標(biāo)量 3 線圈匝數(shù)雖然對磁通量沒有影響 但是對產(chǎn)生的感應(yīng)電流的大小有影響 如圖所示 矩形線圈沿豎直方向在條形磁鐵右端附近移動(dòng) 試判斷穿過線圈的磁通量如何變化 如果線圈沿著磁鐵上方自左向右移動(dòng) 穿過該線圈的磁通量如何變化 面積略大于磁鐵截面積的矩形線圈m沿條形磁鐵軸線方向自左向右移動(dòng) 讓磁鐵穿過線圈 則該過程線圈的磁通量如何變化 例1 解析 當(dāng)矩形線圈沿豎直方向在條形磁鐵右端附近移動(dòng)時(shí) 從a b過程 穿過線圈的磁場方向向下 且 由大減小到零 b c過程 線圈內(nèi)的磁場方向變?yōu)橄蛏?且 由零逐漸增大 當(dāng)線圈平面平行磁鐵 沿條形磁鐵軸線方向在磁鐵上方自左向右移動(dòng)時(shí) 線圈的磁通量由大逐漸減小到零 然后又由零逐漸增大 圈內(nèi)的磁場方向由向右上方變?yōu)橄蛴蚁路?在線圈m沿條形磁鐵軸線從磁鐵左端向右移至磁鐵中央過程中 圈內(nèi)的磁場方向向左 由小增至最大 在從條形磁鐵中央向右移至右端過程中 由最大逐漸減小 圈內(nèi)的磁場方向不變 答案 見解析 題后反思判斷磁通量如何變化 首先 確定磁場的磁感線情況 包括磁感線的方向和疏密 其次 從初末位置的磁感線情況確定磁通量的初末變化情況 包括方向變化和大小變化 1 如下圖所示 環(huán)形金屬軟彈簧套在條形磁鐵的中心位置 若沿其半徑向外拉彈簧 使其面積增大 則穿過彈簧的磁通量將如何變化 答案 減小 解析 注意彈簧套所在處存在兩個(gè)方向的磁場 即磁鐵的內(nèi)部磁場和外部磁場 它們各自產(chǎn)生正負(fù)不同的磁通量 總的磁通量等于兩者絕對值之差 當(dāng)拉大彈簧面積時(shí) 內(nèi)部磁場的磁通量不變 而外部磁場的磁通量卻增大 故 內(nèi) 外 應(yīng)減小 1 感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件 穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化 不論什么情況 只要滿足電路閉合和磁通量發(fā)生變化這兩個(gè)條件 就必然產(chǎn)生感應(yīng)電流 反之 只要產(chǎn)生了感應(yīng)電流 那么電路一定是閉合的 穿過該電路的磁通量也一定發(fā)生了變化 2 磁通量的變化 1 s s 為線圈平面在垂直于磁感線方向上的投影面積 不變 磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化 即 b s 如圖甲 感應(yīng)電流有無的判斷 2 磁感應(yīng)強(qiáng)度不變 s 發(fā)生變化 s b 其中s 發(fā)生變化的情況又分為兩種形式 處在磁場中的閉合回路面積發(fā)生變化 引起磁通量發(fā)生變化 如圖乙 閉合回路面積不變 但與磁場的夾角發(fā)生變化 從而引起投影面積發(fā)生變化 如圖丙 3 磁感應(yīng)強(qiáng)度和投影面積均發(fā)生變化 這種情況較少見 此時(shí)應(yīng)采用公式 2 1進(jìn)行分析 特別提醒 判斷穿過閉合電路的磁通量是否變化時(shí) 可充分利用磁感線來進(jìn)行定性判斷 即通過觀察穿過閉合電路的磁感線的條數(shù)是否變化判斷某過程中磁通量是否變化 在勻強(qiáng)磁場中有兩條平行的金屬導(dǎo)軌 磁場方向與導(dǎo)軌平面垂直 導(dǎo)軌上有兩條可沿導(dǎo)軌自由移動(dòng)的導(dǎo)體棒ab cd 這兩個(gè)導(dǎo)體棒的運(yùn)動(dòng)速度分別為v1 v2 方向如下圖所示 則下列四種情況 ab棒中沒有感應(yīng)電流通過的是 a v1 v2b v1 v2c v1 v2d v1 v2 例2 解析 只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化 閉合回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生 題中導(dǎo)軌位于勻強(qiáng)磁場中 只要滿足v1 v2 回路的面積就發(fā)生變化 從而磁通量發(fā)生變化 回路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生 答案 d 2 如圖所示 a中線圈有一小缺口 b d中勻強(qiáng)磁場區(qū)域足夠大 c中通電導(dǎo)線位于水平放置的閉合線圈某一直徑的正上方 其中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是 ab 答案 b 解析 圖a中線圈沒閉合 無感應(yīng)電流 圖b中閉合電路中的磁通量增大 有感應(yīng)電流 圖c中的導(dǎo)線在圓環(huán)直徑的正上方 不論電流如何變化 穿過線圈的磁感線都相互抵消 磁通量恒為零 也無電流 圖d中回路磁通量恒定 無感應(yīng)電流 故本題只有選項(xiàng)b正確 cd 1 導(dǎo)體切割磁感線 不是在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流的充要條件 歸根結(jié)底還得要看穿過閉合電路的磁通量是否發(fā)生變化 2 在利用 切割 來討論和判斷有無感應(yīng)電流時(shí) 應(yīng)該注意 1 導(dǎo)體是否將磁感線 割斷 如果沒有 割斷 就不能說切割 如下圖所示 甲 乙兩圖中 導(dǎo)線是真 切割 而圖丙中 導(dǎo)體沒有切割磁感線 對導(dǎo)體切割磁感線的理解及注意的問題 甲乙丙 2 即使導(dǎo)體真 切割 了磁感線 也不能保證就能產(chǎn)生感應(yīng)電流 如下圖所示 對于圖甲 盡管導(dǎo)體 切割 了磁感線 勻強(qiáng)磁場 但穿過閉合線框的磁通量并沒有發(fā)生變化 沒有感應(yīng)電流 對于圖乙 導(dǎo)體框的一部分導(dǎo)體 切割 了磁感線 穿過線框的磁感線條數(shù)越來越少 線框中有感應(yīng)電流 對于圖丙 閉合導(dǎo)體在非勻強(qiáng)磁場中運(yùn)動(dòng) 切割了磁感線 同時(shí)穿過線框的磁感線條數(shù)減少 線框中有感應(yīng)電流 甲乙丙 3 即使是閉合電路的部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng) 也不能保證一定存在感應(yīng)電流 如右圖所示 線框abcd的一部分在勻強(qiáng)磁場中上下平動(dòng) 盡管是部分切割 但同樣在線框中沒有感應(yīng)電流 由以上討論可知 導(dǎo)體切割磁感線不是導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流的充要條件 歸根結(jié)底還得要看穿過閉合回路的磁通量是否發(fā)生變化 金屬矩形線圈abcd在勻強(qiáng)磁場中做如圖所示的運(yùn)動(dòng) 線圈中有感應(yīng)電流的是 例3 abcd 解析 在選項(xiàng)b c中 線圈中的磁通量始終為零 不產(chǎn)生感應(yīng)電流 選項(xiàng)d中磁通量始終最大 保持不變 不發(fā)生變化 也沒有感應(yīng)電流 選項(xiàng)a中 在線圈轉(zhuǎn)動(dòng)過程中 磁通量做周期性變化 產(chǎn)生感應(yīng)電流 故a正確 答案 a 3 2018 新絳期中 如圖所示的勻強(qiáng)磁場中有一個(gè)矩形閉合導(dǎo)線框 在下列四種情況下 線框中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流的是 a 線框平面始終與磁感線平行 線框在磁場中左右運(yùn)動(dòng)b 線框平面始終與磁感線平行 線框在磁場中上下運(yùn)動(dòng)c 線框繞位于線框平面內(nèi)且與磁感線垂直的軸線ab轉(zhuǎn)動(dòng)d 線框繞位于線框平面內(nèi)且與磁感線平行的軸線cd轉(zhuǎn)動(dòng) 答案 c 解析 保持線框平面始終與