探究感应电流产生的条件

第四章电磁感应第一节划时代的发现第二节探究感应电流的产生条件探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳1．了解电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神．2．知道磁通量的定义及磁通量的变化．3．通过实验，理解感应电流的产生条件．(重点)4．能够应用感应电流的产生条件判断是否有感应电流的产生．(重点＋难点)探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳一、电磁感应的探索历程1．“电生磁”的发现1820年，丹麦物理学家__________发现了电流的磁效应．2．“磁生电”的发现1831年，英国物理学家__________发现了电磁感应现象．奥斯特法拉第探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳3．法拉第的概括法拉第把引起感应电流的原因概括为五类，它们都与_____________相联系——1变化的__________2变化的__________3__________的恒定电流4__________的磁铁5在磁场中运动的__________他把这些现象定名为电磁感应，产生的电流叫做__________.变化和运动电流磁场运动运动导体感应电流探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳二、探究感应电流的产生条件1．导体棒切割磁感线运动是否会产生感应电流(如图)探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳现象实验操作闭合电路的磁通量的变化情况实验现象(电流表有无电流通过)导体棒静止不变无导体棒平行磁感线运动____________________导体棒切割磁感线运动____________________不变无变化有探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳2.磁铁在螺线管中运动是否会产生感应电流(如图)探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳现象实验操作线圈中磁通量的变化情况实验现象(电流表有无电流通过)N极插入线圈向下的磁通量__________________N极停在线圈中不变__________N极从线圈中拔出向下的磁通量__________________S极插入线圈向上的磁通量__________________S极停在线圈中不变__________S极从线圈中拔出向上的磁通量__________________增大有无减少有增大有无减少有探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳3.模仿法拉第的实验(如图)探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳现象实验操作A中电流的变化情况实验现象(B中有无电流)闭合开关的瞬间增大__________闭合开关，A中电流稳定后不变__________闭合开关，A中电流稳定后，增大滑动变阻器连入电路的电阻减小__________闭合开关，A中电流稳定后，减小滑动变阻器连入电路电阻增大__________断开开关的瞬间减小__________有无有有有探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳三、交流讨论1．导体棒在磁场中运动时是否产生电流①如图所示，导体棒静止．②导体棒平行磁感线运动．③导体棒切割磁感线运动．(1)三种情景是否都有感应电流产生？提示：①②无感应电流产生，而③有感应电流产生．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳(2)②中导体运动为什么不产生感应电流？回路中的磁通量是否变化？提示：导体平行磁感线运动，而不切割磁感线．回路中的磁通量不发生变化．(3)③中能否产生感应电流？而此时回路中的磁通量是否变化？提示：能产生感应电流．回路中的磁通量发生变化．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳(4)闭合导体回路的一部分导体在磁场中运动时一定产生感应电流吗？提示：不一定．闭合导体回路的一部分导体在磁场中运动时，若其速度方向与磁场方向平行，则不能产生感应电流．(5)闭合导体回路的磁通量发生变化一定能产生感应电流吗？提示：一定能产生感应电流．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳2．螺线管是否产生感应电流如图所示的实验．①线圈不动，条形磁铁上下运动．②条形磁铁不动，线圈上下运动．③线圈和磁铁均不动，把接线柱的铁夹断开或接上的瞬间．以上三种情形下，能否产生感应电流？提示：①②能，③不能．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳3．如图所示①开关闭合、断开瞬间．②开关保持闭合，迅速移动滑动变阻器的瞬间．结合以上情况讨论：(1)两种过程是否都能产生感应电流．提示：都能产生电流．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳(2)产生感应电流的条件与初中所学的“闭合电路的一部分导体切割磁感线会产生感应电流”有什么不同？提示：初中所学的闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动就能产生感应电流，实质上是该闭合电路的磁通量发生变化．但有时候，虽然导体切割磁感线，但磁通量不发生变化，不产生感应电流，故要产生感应电流，必须要求导体构成的闭合回路中磁通量发生变化，并不一定是切割磁感线运动．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳4．上述1说明产生感应电流的条件与闭合电路包围的面积有关；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：根据公式Φ＝BS可知，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，闭合电路中是否产生感应电流，关键看磁通量是否发生变化．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳1.计算磁通量的公式Φ＝BS的适用条件是什么？如图所示，穿过面积为S的平面的磁通量是多少？提示：适用于匀强磁场且B与S垂直，Φ＝BSsinθ.2．如何定性判断磁通量的变化？提示：根据穿过线圈平面的磁感线的条数来定性判断磁通量的变化．探究一磁通量变化情况分析及定量运算探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳有一个垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，磁感应强度B＝0.8T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为1cm.现在纸面内先后放上圆线圈，圆心均在O处，A线圈半径为1cm,10匝；B线圈半径为2cm,1匝；C线圈半径为0.5cm,1匝．问：(1)在磁感应强度B减为0.4T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，线圈C中磁通量改变多少？探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳思路点拨：分别写出初末状态的磁通量Φ1、Φ2的表达式，然后用ΔΦ＝|Φ2－Φ1|可求出磁通量的改变量．解析：(1)对A线圈，Φ1＝B1πr2A，Φ2＝B2πr2A，磁通量的改变量为|Φ2－Φ1|＝(B1－B2)πr2A＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2Wb＝1.256×10－4Wb，同理，对B线圈，|Φ2－Φ1|＝(B1－B2)πr2＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2Wb＝1.256×10－4Wb.探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳(2)对C线圈：Φ1＝Bπr2C，磁场转过30°，线圈的面积在垂直磁场方向的投影为πr2Ccos30°，则Φ2＝Bπr2Ccos30°，磁通量的改变量为|Φ2－Φ1|＝Bπr2C(1－cos30°)＝8.4×10－6Wb.答案：(1)1.256×10－4Wb1.256×10－4Wb(2)8.4×10－6Wb探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳【题后总结】磁通量是指穿过某一面积的磁感线的条数，与线圈匝数无关．若线圈所围面积大于磁场面积，则以磁场区域面积为准．本题中B线圈与A线圈中的磁通量始终一样，故它们的改变量也一样．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳[针对训练]1.如图所示，a、b、c三个闭合线圈放在同一平面内，当线圈a中有电流I通过时，它们的磁通量分别为Фa、Фb、Фc，下列说法正确的是()A．Фa＜Фb＜ФcB．Фa＞Фb＞ФcC．Фa＜Фc＜ФbD．Фa＞Фc＞Фb探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳解析：当a中有电流通过时，a、b、c三个闭合线圈向里磁感线条数一样多，但b、c有向外的磁感线穿出，且c向外的条数多，抵消的多，合磁通量最小．所以Фa＞Фb＞Фc.答案：B探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳1．产生感应电流的条件是什么？提示：穿过闭合回路的磁通量发生变化．2．闭合线圈在磁场中运动是否一定产生感应电流？穿过某一回路的磁通量发生变化是否一定产生感应电流？提示：不一定不一定探究二产生感应电流的条件探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳(多选)如图所示，竖直放置的长直导线通以恒定电流，有一矩形线框与导线在同一平面内，在下列情况中线圈产生感应电流的是()A．导线中电流变大B．线框向右平动C．线框向下平动D．线框以ab边为轴转动E．线框以直导线为轴转动探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳解析：讨论是否产生感应电流，需分析通电导线周围的磁场分布情况．通电导线周围的磁感线是一系列同心圆，且由内向外由密变疏，即越远离导线磁感线越疏．对选项A，因I增大而引起导线周围磁场的磁感应强度增大，故选项A正确．甲对选项B，因离开直导线方向越远，磁感线分布越疏(如图甲所示)，因此线框向右平动时，穿过线框的磁通量变小，故选项B正确．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳对选项C，由甲图可知线框向下平动时穿过线框的磁通量不变，故选项C错误．对选项D，可用一些特殊位置来分析，当线框在如图甲所示位置时．穿过线框的磁通量最大，当线框转过90°时，穿过线框的磁通量最小：Φ＝0，因此可以判定线框以ab为轴转动时磁通量一定变化，故选项D正确．乙探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳对选项E，先画出俯视图(如图乙所示)，由图可看出线框绕直导线转动时，在任何一个位置穿过线框的磁感线条数不变，因此无感应电流，故选项E错误．答案：ABD【题后总结】产生感应电流的条件一闭合二变磁，即导体回路必须闭合，穿过闭合导体回路的磁通量发生变化．二者缺一不可．探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳[针对训练]2．如图所示，矩形线圈与磁场垂直，且一半在匀强磁场内，一半在匀强磁场外．下述过程中使线圈产生感应电流的是()A．以bc为轴转动45°B．以ad为轴转动45°C．线圈向下平移D．线圈向上平移探究·课堂互动物理选修3-2(配人教版)预习·自主学习反馈·课堂达标小结·知识归纳解析：选项A以bc为轴转动45°的过程中，虽然整个线框在垂直于磁感应强度方向上的投影面积减小，但在磁场内的那部分投影面积并未改变．据公式Ф＝BS⊥，穿过线框平面的磁通量不变，始终为12BS，故无感应电流，所以选项A错误；选项B以ad为轴转动45°的过