高中物理选修3-2课件：第四章电磁感应-2探究感应电流的产生条件

第四章电磁感应了解电和磁的相关物理学史及电磁感应现象的发展过程，知道电磁感应现象和感应电流.2.理解探究感应电流产生条件的实验过程，知道发现“磁生电”的意义.3.理解感应电流的产生条件，并会用这一条件分析和解决实际问题.4.理解磁通量的概念，掌握计算方法，会分析判断电路磁通量的变化情况.重点1.探究感应电流产生条件的实验过程.2.理解产生感应电流的条件.难点1.理解产生感应电流的条件.2.判断电路磁通量的变化.．奥斯特梦圆“电生磁”1820年，丹麦物理学家奥斯特发现载流导体能使小磁针偏转，这种作用称为电流的磁效应，揭示了电现象与磁现象之间存在密切联系．．法拉第心系“磁生电”1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，即“磁生电”现象，他把引起电流的原因概括为五类：变化的电流、变化的磁场、运动的恒定电流、运动的磁铁、在磁场中运动的导体．他把这些现象命名为电磁感应，产生的电流叫作感应电流．判断正误(1)奥斯特发现了电流的磁效应；法拉第发现了电磁感应现象．(√)(2)库仑发现了点电荷的相互作用规律；密立根通过油滴实验测定了元电荷的数值．(√)．下列现象中属于电磁感应现象的是()A．磁场对电流产生力的作用B．变化的磁场使闭合电路中产生电流C．插在通电螺线管中的软铁棒被磁化D．电流周围产生磁场解析：磁场对电流产生力的作用属于通电导线在磁场中的受力情况；插在通电螺线管中的软铁棒被磁化属于电流的磁效应；电流周围产生磁场属于电流的磁效应，而变化的磁场使闭合电路中产生电流属于电磁感应现象．故正确答案为B.答案：B．探究导体棒在磁场中运动是否产生感应电流如图所示．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磁场面积变化时，电路中有感应电流产生；导体棒平行磁感线运动无导体棒切割磁感线运动有包围的磁场面积不变时，电路中无感应电流产生探究磁铁在线圈中运动是否产生感应电流如图所示．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变化时，线圈中有感应电流产生；极从线圈中抽出有线圈中的磁场不变时，线圈中无感应电流产生模仿法拉第的实验如图所示．实验操作实验现象(线圈B中有无电流)分析论证开关闭合瞬间有线圈B中磁场变化时，线圈B中有感应电流产生；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磁场不变，线圈B中无感应电流产生判断正误(1)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生．(×)(2)穿过螺线管的磁通量发生变化时，螺线管内部就一定有感应电流产生.(×)(3)线框不闭合时，即使穿过线框的磁通量发生变化，线框中也没有感应电流产生．(√)．(多选)下列情况中都是线框在磁场中切割磁感线运动，其中线框中有感应电流的是()解析：A中虽然导体“切割”了磁感线，但穿过闭合线框的磁通量并没有发生变化，没有感应电流．B中线框的一部分导体“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．C中虽然与A近似，但由于是非匀强磁场，运动过程中，穿过线框的磁感线条数增加，线框中有感应电流．中线框尽管是部分切割，但磁感线条数不变，无感应电流，故选B、C.答案：BC拓展一磁通量及其变化如图所示，框架的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B.(1)框架平面与磁感应强度B垂直时，穿过框架平面的磁通量为多少？(2)若框架绕OO′转过60°，则穿过框架平面的磁通量为多少？(3)若从图示位置转过90°，则穿过框架平面的磁通量的变化量为多少？(4)若从图示位置转过180°，则穿过框架平面的磁通量变化量为多少？提示：(1)Φ＝BS，S为垂直磁场方向上的面积；(2)框架平面绕轴转过θ角时，线框在磁场垂直方向上的投影面积S⊥＝Scosθ，Φ＝BS⊥；(3)根据(2)得Φ＝0；(4)转过180°时，Φ＝－BS，ΔΦ＝2BS.．磁通量的计算．(1)公式：Φ＝BS.(2)适用条件：①匀强磁场．②磁场方向与平面垂直．(3)B与S不垂直时：Φ＝BS⊥，S⊥为平面在垂直磁场方向上的投影面积．(4)磁通量与线圈的匝数无关．．磁通量的变化．穿过闭合电路的磁通量发生变化的四种情况：B不变、S变例：闭合电路的一部分导体切割磁感线时B变、S不变例：线圈与磁体之间发生相对运动时B和S都变注意：此时可由ΔΦ＝Φt－Φ0计算并判断磁通量是否变化B和S大小都不变，但二者之间的夹角发生变化例：线圈在磁场中转动时特别提醒计算穿过某面的磁通量时要注意前后磁通量的正负值，如原磁通量Φ1＝BS，当平面转过180°后，磁通量Φ2＝－BS，磁通量的变化ΔΦ＝－2BS.【典例1】如图所示的线框abcd面积为S，处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与线框平面成θ角，当线框以ab为轴顺时针转90°到虚线位置时，试求：(1)初末位置穿过线框的磁通量大小Φ1和Φ2；(2)磁通量的变化量ΔΦ.解析：(1)方法一在初始位置，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的方向进行投影，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.方法二如图所示，把磁感应强度B沿垂直于面积S和平行于面积S的方向进行分解，得B上＝Bsinθ，B左＝Bcosθ.所以Φ1＝B上S＝BSsinθ；Φ2＝－B左S＝－BScosθ.(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，磁感线从另一面穿过，磁通量变为“负”值，Φ2＝－BScosθ.所以，ΔΦ＝Φ2－Φ1＝－BScosθ－BSsinθ＝－BS(cosθ＋sinθ)．．当B与S不垂直时，一般有两种分解方法：一是分解面积S，将其分解为垂直磁场方向的面积和平行磁场方向的面积；二是分解磁场将其分解为垂直面积S方向的分量和平行面积S方向的分量．2．磁通量虽有正负之分，却是标量．．磁通量和磁通量的变化ΔΦ与匝数无关，当线圈所围面积大于磁场区时以磁场区的面积为准．．如图所示，线圈平面与水平方向成θ角，磁感线竖直向下，设磁感应强度为B，线圈面积为S，则穿过线圈的磁通量Φ＝________．解析：线圈平面abcd与磁感应强度B方向不垂直，不能直接用Φ＝BS计算，处理时可以用不同的方法：方法一把S投影到与B垂直的方向即水平方向，如图中a′b′cd，S⊥＝Scosθ，故Φ＝BS⊥＝BScosθ.∥和垂直于线圈平面的分量B⊥，显然B∥不穿过线圈，且B⊥＝Bcosθ，故Φ＝B⊥S＝BScosθ.答案：BScosθ如图所示，有一个100匝的线圈，其横截面是边长为L＝0.20m的正方形，放在磁感应强度为B＝0.50T的匀强磁场中，线圈平面与磁场垂直．若将这个线圈横截面的形状由正方形改变成圆形(横截面的周长不变)，在这一过程中穿过线圈的磁通量改变了多少？解析：线圈横截面为正方形时的面积S1＝L2＝(0.20)2m2＝4.0×10－2m2.＝BS1＝0.50×4.0×10－2Wb＝2.0×10－2Wb.截面形状为圆形时，其半径r＝4L2π＝2Lπ.截面积大小S2＝π2Lπ2＝16100πm2.穿过线圈的磁通量＝BS2＝0.50×16100πWb≈2.55×10－2Wb.所以，磁通量的变化ΔΦ＝Φ2－Φ1＝(2.55－2.0)×10－2Wb＝5.5×10－3Wb.．如图所示，一矩形线框从abcd位置移到a′b′c′d′位置的过程中，关于穿过线框的磁通量情况，下列叙述正确的是(线框平行于纸面移动)()A．一直增加B．一直减少C．先增加后减少D．先增加，再减少直到零，然后再增加，最后再减少解析：离导线越近，磁场越强，当线框从左向右靠近导线的过程中，穿过线框的磁通量增大，当线框跨在导线上向右运动时，磁通量减小，当导线在线框正中央时，磁通量为零，从该位置向右，磁通量又增大，当线框离开导线向右运动的过程中，磁通量又减小，故A、B、C错误，D正确，选D.答案：D．实验1：如图所示，导体AB做切割磁感大线运动时，线路中有电流产生，而导体AB顺着磁感线运动时，线路中无电流产生．(填“有”或“无”)．实验2：如图所示，条形磁铁插入或拔出线圈时，线圈中有电流产生，但条形磁铁在线圈中静止不动时，线圈中无电流产生．(填“有”或“无”)．实验3：如图所示，将小螺线管A插入大螺线管B中不动，当开关S接通或断开时，电流表中有电流通过；若开关S一直闭合，当改变滑动变阻器的阻值时，电流表中有电流通过；而开关一直闭合，滑动变阻器滑动触头不动时，电流表中无电流产生．(填“有”或“无”)．上述三个实验产生感应电流的情况不同，但其中肯定有某种共同的原因，完成下表并总结产生感应电流的条件．实验1闭合电路中磁感应强度B不变，闭合电路的面积S变化实验2闭合电路中磁感应强度B变化，闭合电路的面积S不变实验3闭合电路中磁感应强度B变化，闭合电路的面积S不变共同原因：闭合电路中磁通量发生变化是通过导体相对磁场运动改变磁通量；实验2是磁体即磁场运动改变磁通量；实验3是通过改变电流从而改变磁场强弱，进而改变磁通量，所以可以将产生感应电流的条件描述为“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”．．产生感应电流的条件：穿过闭合电路的磁通量发生变化．2．闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动．在利用“切割”来讨论和判断有无感应电流时，应该注意：(1)导体是否将磁感线“割断”，如果没有“割断”就不能说切割．如图所示，甲、乙两图中，导线是真“切割”，而图丙中，导体没有切割磁感线．(2)是否仅是闭合电路的一部分导体在磁场内做切割磁感线运动，如图丁．如果由切割不容易判断，则要回归到磁通量是否变化上去．【典例2】为观察电磁感应现象，某学生将电流表、螺线管A和B、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路．(1)当接通和断开开关时，电流表的指针都没有偏转，其原因是()A．开关位置接错B．电流表的正、负极接反C．线圈B的3、4接头接反D．蓄电池的正、负极