2018-2019学年度高中物理(人教版)选修3-2教学课件：第四章 1 划时代的发现 2 探究感应电流的产生条件

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划时代的发现探究感应电流的 产生条件
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学习 目标 重点 难点
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.通过实验探究得出产生感应电流的条件。 3.能结合实例对磁通量的变化进行定性和定量的判断。 4.会判断不同情形中是否产生感应电流。 重点:感应电流的产生条件及其应用。 难点:实验探究感应电流的产生条件。
3.探究导体棒在磁场中运动是否产生电流(如图所示)
实验操作 导体棒静止 导体棒平行 磁感线运动 导体棒切割 磁感线运动
有无电流产生 无 无 有
分析论证 闭合电路的一部分导体做 切割磁感线运动时,电路中 有电流产生
4.探究磁铁在通电螺线管中运动是否产生电流(如图所示)
实验操作 N 极插入线圈 N 极停在线圈中 N 极从线圈中抽出 S 极插入线圈 S 极停在线圈中 S 极从线圈中抽出
激趣诱思
一个并非偶然的实验,揭示了一个重大的发现,因为机遇总是垂 青那些有准备的人。奥斯特实验使人们对电、磁有了新的认识,同 时也在世界范围内掀起了一场研究“电和磁”关系的革命,你了解磁 生电的探索发现过程吗?它是由哪位科学家来发现的呢?
简答:磁生电的过程即电磁感应现象,是由英国科学家法拉第发 现的。
一、
磁通量的计算
知识精要 1.概念:穿过某一面积的磁感线条数叫作穿过这一面积的磁通 量。磁通量简称磁通,用符号 Φ 表示。 2.磁通量的计算: (1)公式:Φ=BS。其中 B 指磁感应强度,S 指线圈的面积。此公 式的适用条件是①匀强磁场;②磁感线与平面垂直。 (2)在匀强磁场 B 中,若磁感线与平面不垂直,公式 Φ=BS 中的 S 应为平面在垂直于磁感线方向上的投影面积。 (3)S 是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面积。 (4)磁通量是标量,但是有正、负之分。若某面积内有不同方向 的磁场时,应分别计算不同方向的磁通量,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。
预习导引
1.奥斯特梦圆“电生磁” 1820 年,丹麦物理学家奥斯特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。奥斯特实验说明电与磁有密切联系。 2.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,产生的电流 叫感应电流。 法拉第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。 预习交流 1 法拉第发现了电磁感应现象,那么电磁感应过程中能量是如何 转化的? 答案:电磁感应的过程是其他形式的能转化为电能的过程。
ΔΦ=ΔBSsin θ 来计算,所以 ΔΦ=ΔBSsin θ=(0.5-0.1)×20×10-4×0.5 Wb=4×10-4 Wb。
Δ������ 磁通量的变化率为 Δ������
=
4×10-4 0.05
Wb/s=8×10-3 Wb/s。
答案:4×10-4 8×10-3
二、
判断是否有感应电流产生的方法
知识精要 产生感应电流的条件是穿过闭合电路的磁通量发生变化,根据 磁通量的表达式 Φ=BSsin θ(θ 为 S 沿 B 方向的夹角)可知,引起磁通 量变化一般有四种情况: (1)磁感应强度 B 不变,有效面积 S 变化,则 ΔΦ=Φt-Φ0=BΔS。 (2)磁感应强度 B 变化,磁感线穿过的有效面积 S 不变,则 ΔΦ=Φt-Φ0=ΔBS。 (3)磁感应强度 B 和线圈面积不变,线圈所在平面与磁场方向的 夹角 θ 发生变化时,即线圈在垂直于磁场方向的投影面积 S⊥=Ssin θ 发生变化,从而引起穿过线圈的磁通量发生变化。 (4)磁感应强度 B 和回路面积 S 同时发生变化的情况,则 ΔΦ=Φt-Φ0。
有无电流产生 有 无 有 有 无 有
分析论证 线圈中的磁场变化时,线圈 中有感应电流;线圈中的磁 场不变时,线圈中无感应电 流
5.模仿法拉第的实验(如图所示)
实验操作 闭合开关的瞬间 闭合开关,A 中电流稳定后,滑 动变阻器电阻变大 闭合开关,A 中电流稳定后,滑 动变阻器电阻不变 闭合开关,A 中电流稳定后,滑 动变阻器电阻变小 断开开关的瞬间
有无电流产生 有 有 无 有 有
分析论证
当相互靠近的 一个线圈中的 电流变化时,在 另一个线圈中 产闭合导体回路的磁通量发生变化,闭合导体回路中就 有感应电流。 预习交流 2 瑞士物理学家科拉顿也做过类似的实验,他将一个磁铁插入连 有灵敏电流计的螺旋线圈,来观察在线圈中是否有电流产生。在实 验时,科拉顿为了排除磁铁移动时对灵敏电流计的影响,特意将灵敏 电流计放在隔壁的房间里。科拉顿先是用磁铁在螺旋线圈中不断 地插入与拔出,然后又跑到隔壁房间里去观察灵敏电流计,然而他看 到的电流计指针都是指在“0”刻度的位置,最终没有发现电磁感应现 象。这是为什么? 答案:电磁感应现象是在变化或运动的过程中出现的,若变化或 运动停止,则电磁感应现象也马上停止。当科拉顿赶到隔壁房间去 时,灵敏电流计的指针已结束摆动状态回到“0”刻度位置,所以他没 能看到电磁感应现象。
(5)磁通量与线圈的匝数无关。 3.磁通量的单位: 在国际单位制中,磁通量的单位是韦伯,简称韦,符号是 Wb。 1 Wb=1 T· m2=1 V· s。
典题例解 【例 1】如图所示,匀强磁场的磁感应强度为 B,其方向与水平 面的夹角为 30°,图中实线位置有一面积为 S 的矩形线圈处于磁场 中,并绕着它的一条边从水平位置Ⅰ转到竖直位置Ⅱ(如图中虚线位 置),则此过程中磁通量的改变量为( )
答案:C
迁移应用 一个 200 匝、面积为 20 cm2 的线圈,放在磁场中,磁场的方向与 线圈平面成 30°角,若磁感应强度在 0.05 s 内由 0.1 T 增加到 0.5 T, 在此过程中穿过线圈的磁通量的变化量是 Wb;磁通量的 变化率是 Wb/s。 解析:磁通量的变化量是由磁场的变化引起的,应该用公式
A. C.
3-1 BS 2 3+1 BS 2
B.BS D.2BS
解析:当线圈处于位置Ⅰ时,磁感线的竖直分量由下向上穿过线 圈平面,设为正。则当线圈转至位置Ⅱ时,磁感线的水平分量相当于 位置Ⅰ时的“由上向下”(因为此时的上表面已变成了右侧面)穿过线 圈。故 Φ1=BSsin 30°= BS,Φ2=-BScos 30°=- BS,则 ΔΦ=Φ2-Φ1=3+1 3+1 BS,|ΔΦ|= 2 BS。 2 1 2 3 2