高中物理第5章初识电磁场与电磁波第2节电磁感应现象及其应用课件鲁科版第三册

(2)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，同理，磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受线圈匝数的影 响。所以，直接用公式时，不必考虑线圈匝数n。
[跟进训练] 1．关于磁通量，下列说法中正确的是( ) A．磁场中某处的磁感应强度越大，面积越大，则穿过线圈的 磁通量一定就越大 B．放在某处的一个平面，穿过它的磁通量为零，则该处磁感 应强度一定为零
到位置2，第二次将线框绕cd边翻转到位置2，设先后两次通过线框
的磁通量变化量的大小分别为ΔΦ1和ΔΦ2，则( )
A．ΔΦ1>ΔΦ2
B．ΔΦ1＝ΔΦ2
C．ΔΦ1<ΔΦ2
D．无法确定
C [设闭合线框在位置1时穿过闭合线框的磁通量为Φ1，平移 到位置2时穿过闭合线框的磁通量为Φ2，导线MN中的电流产生的磁 场在位置1处的磁感应强度比在位置2处要强，故Φ1>Φ2。将闭合线 框从位置1平移到位置2，穿过闭合线框的磁感线方向不变，所以 ΔΦ1＝|Φ2－Φ1|＝Φ1－Φ2；将闭合线框从位置1绕cd边翻转到位置 2，穿过闭合线框的磁感线反向，所以ΔФ2＝|(－Φ2)－Φ1|＝Φ1＋ Φ2(以原来磁感线穿过的方向为正方向，则后来从另一面穿过的方向 为负方向)，故正确选项为C。]
等，而B线圈半径为2.0 cm，大于圆形磁场区域的半径，故穿过A、
B线圈的磁感线的条数相等。
设圆形磁场区域的半径为R，对线圈A、B，磁通量的改变量
ΔΦA＝ΔΦB＝|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2 1.256×10－4 Wb。
Wb＝
(2)题图中线圈平面与磁场方向垂直，即磁场方向与线圈平面之 间夹角为θ1＝90°，当磁场方向转过30°角时，磁场方向与线圈平面 之间的夹角为θ2＝60°。
自主 预习 探新 知
一、磁通量 1．磁通量 (1)定义：磁感应强度 B 与面积 S 的乘积，称为穿过这个平面的 磁通量。 (2)计算公式：Φ＝BS，此公式的适用条件： ①匀强 磁场；②磁感线与平面 垂直 。
(3)单位：在国际制单位制中是韦伯 ，简称韦 ，符号是Wb ,1 Wb ＝1 T·m2。
对线圈C：Φ′1＝B0πr2sin θ1，Φ′2＝B0πr2sin θ2 磁通量的改变量ΔΦ＝|Φ′2－Φ′1|＝B0πr2(sin 90°－sin 60°)＝ 0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866) Wb＝8.4×10－6 Wb。
[答案] (1)1.256×10－4 Wb (2)8.4×10－6 Wb
合作 探究 攻重 难
磁通量的理解与计算
磁感应强度越大的地方，磁通量一定越大吗？ 提示：不是。由Φ＝BScos α知，磁通量大小与B、S、及夹角都 有关。
1．对磁通量Φ的进一步分析 (1)磁通量是标量，但有正负。当磁感线从某一平面穿入时，若 规定磁通量为正值，则穿出此平面时为负值。 (2)磁通量是表示穿过某平面的磁感线条数的多少，在今后的应 用中往往根据穿过平面的净磁感线条数的多少定性判断穿过该面的 磁通量的大小。
表2
磁铁的运动
表针的摆动方向
磁铁的运动
表针的摆动方 向
N极插入线圈
向右
S极插入线圈
向左
N极停在线圈中
不摆动
S极停在线圈中
不摆动
N极从线圈中抽出
向左
S极从线圈中抽出
向右
结论：只有磁铁相对线圈运动时，才有感应电流产生；磁铁相对线圈静
止时，没有感应电流产生。
(3)模拟法拉第的实验 如图所示，线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上，线圈B 的两端与电流计连接，把线圈A装在线圈B的里面。观察以下四项操 作中线圈B中是否有电流产生。把观察到的现象记录在表3中。
(1)在B0减为0.4 T的过程中，A和B中磁通量各改变多少？ (2)在磁场方向转过30°角的过程中，C中的磁通量改变多少？ (计算结果保留两位有效数字) 思路点拨：(1)磁通量的计算要注意公式Φ＝B·S中各符号的意 义。 (2)磁通量变化的计算可用公式ΔΦ＝|Φ2－Φ1|。
[解析] (1)A线圈半径为1.0 cm，正好和圆形磁场区域的半径相
2．无线充电 无线充电时，充电座和手机分别内置 线圈，当手机放在充电座 上时，充电座的线圈产生变化磁场，使手机的线圈产生感应电流 ， 感应电流 经转换变为直流电后便能给手机电池充电了。
3．动圈式话筒 话筒是把声音转变为电信号的装置，动圈式话筒由膜片、线圈、 永磁体等构成。当人对着话筒讲话时，声波使金属膜片振动，连接 在 膜 片 上 的 线 圈 ( 音 圈 ) 随 之 在 永磁铁的磁场 里 振 动 ， 从 而 产 生感应电流 。感应电流的大小和方向 不断发生变化，这种带有声音 信号的感应电流 经扩音器放大后，扬声器就能放出被放大的声音了。
表3
操作
现象
开关闭合瞬间
有电流产生
开关断开瞬间
有电流产生
开关闭合时，滑动变阻器的滑片不动
无电流产生
开关闭合时，迅速移动滑动变阻器的滑片
有电流产生
结论：只有当线圈 A 中电流变化时，线圈 B 中才有感应电流产生。
2.结论 不论用什么方法，不论何种原因，只要穿过闭合电路的磁通量 发生变化，闭合电路中就有感应电流产生。 3．产生感应电流的条件 (1)闭合电路；(2)磁通量发生变化。
科学探究：产生感应电流的条件
试探究：(1)只要穿过电路的磁通量发生变化，电路中就一定有 感应电流吗？
(2)某一时刻穿过闭合回路的磁通量为零时，回路一定无感应电 流对吗？
提示：(1)不是，还必须是组成闭合电路 (2)不一定，如果穿过闭合回路的磁通量正在变化，只是某一时 刻磁通量为零，则回路中会产生感应电流。
2．感应电流：由电磁感应产生的电流称为 感应电流 。
注意：电磁感应只指“磁生电”，不指“电生磁”
三、电磁感应的应用
1．计算机磁盘与磁记录 计算机磁盘在录制时，磁头产生的磁场 随数字信息而改变，当 磁性盘片转动时，变化的磁场 将磁盘上的磁性材料磁化，就记录下 相应的磁信号。读取信息时，磁盘再次通过磁头，电磁感应 使磁头 产生的 电流与录制时的电流一致，从而获得录制的信息。
第5章 初识电磁场与电磁波
第2节 电磁感应现象及其应用
学习目标：1.[物理观念]知道磁通量的概念、电磁感应现象及产 生感应电流的条件，能解释电磁感应的相关现象。2.[科学思维]理解 磁通量的概念并会相关计算，理解产生感应电流的条件，能处理相 关的问题。3.[科学探究]通过实验探究产生感应电流的条件，学会归 纳总结法，能与他人交流合作完成实验。4.[科学态度与责任]体会电 磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响，体验人类对自然界 的认识是不断发展的，培养学科学、用科学的积极态度。
A 向右平动，穿过线圈的磁通量没有变化，故线圈中没有感应 电流。
磁通量Φ＝BS的计算要注意以下两点 (1)S是指闭合回路中的有效面积。如图所示。若 闭合回路abcd和ABCD所在平面均与匀强磁场B垂 直，面积分别为S1和S2，且S1＞S2，但磁场区域恰好 只有ABCD那么大，则穿过S1和S2的磁通量是相同 的，因此，Φ＝BS中的S应是指闭合回路中包含磁场的那部分有效面 积。
BD [A中导体棒顺着磁感线运动，穿过闭合电路的磁通量没有 发生变化，无感应电流，故选项A错误；B中条形磁铁插入线圈时线 圈中的磁通量增加，拔出线圈时线圈中的磁通量减少，都有感应电 流，故选项B正确；C中开关S一直接通，回路中为恒定电流，螺线 管A产生的磁场恒定，螺线管B中的磁通量无变化，线圈中不产生感 应电流，故选项C错误；D中开关S接通，滑动变阻器的阻值变化使 闭合回路中的电流变化，螺线管A的磁场发生变化，螺线管B中磁通 量发生变化，线圈中产生感应电流，故选项D正确。]
向右平动
向左
向后平动
不摆动
向左平动
向右
向上平动
不摆动
向前平动
不摆动
向下平动
不摆动
结论：只有左右平动时，导体棒切割磁感线，才有感应电流产生；
前后平动、上下平动，导体棒都不切割磁感线，没有感应电流产生。
(2)向线圈中插入磁铁，把磁铁从线圈中拔出如图所示，把磁铁 的某一个磁极向线圈中插入，或从线圈中抽出，或静止地放在线圈 中。观察电流计的指针，把观察到的现象记录在表2中。
1．实验探究感应电流产生的条件 (1)闭合电路的部分导体切割磁感线 在初中学过，当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时， 电路中会产生感应电流，如图所示。
导体棒左右平动、前后平动、上下平动，观察电流计的指针，
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把观察到的现象记录在表 1 中。 表 1 导体棒的运动 表针的摆动方向 导体棒的运动 表针的摆动方向
【例 2】 线圈在长直导线电流的磁场中做如图所示的运动：A 向 右平动，B 向下平动，C 绕轴转动(ad 边向里)，D 垂直于纸面向纸外做 平动，E 向上平动(E 线圈有个缺口)，判断线圈中有没有感应电流。
A
BCD
E
[解析] 在直导线电流磁场中的五个线圈，原来磁通量都是垂直 纸面向里的。对直线电流来说，离电流越远，磁场就越弱。
【例1】 如图所示，有一个垂直纸面向里的匀强磁场，磁感 应强度大小B0＝0.8 T，磁场有明显的圆形边界，圆心为O，半径为 1.0 cm，现在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1.0 cm,10匝；B线圈半径为2.0 cm,1匝；C线圈半径为0.5 cm,1匝。问：(取π＝3.14， 3＝1.732)
(3)B是匀强磁场的磁感应强度，S为某一平面的面积，α为S与 垂直于B的平面的夹角，则当α＝0°时Φmax＝BS；当α＝90°时，Φ＝ 0；当0°＜α＜90°时，有Φ＝BScos α。
2．磁通量的变化量ΔΦ 磁通量的变化等于末状态的磁通量减去初状态的磁通量的绝对 值。磁通量的变化一般有三种情况(S为平面在垂直磁场方向的投影 面积)： (1)B不变，S变化，则ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|B·ΔS|。 (2)B变化，S不变，则ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|ΔB·S|。 (3)当B和S同时变化时，ΔΦ＝|Φ2－Φ1|，但ΔΦ≠ΔB·ΔS。
C．磁通量的变化不一定是由于磁场的变化而引起的 D．磁场中某处的磁感应强度不变，放在该处线圈的面积也不 变，则磁通量一定不变
C [磁通量的大小与磁感应强度的大小、面积的大小以及磁场 和平面的夹角有关，所以A、B、D错误，C正确。]
2．磁通量是研究电磁感应现象的重要物理量，如图所示，通
有恒定电流的导线MN与闭合线框共面，第一次将线框由位置1平移
(4)磁通量是一个只用大小就能描述的物理量，是 标量。
2．磁通密度
Φ
磁感应强度又称磁通密度，B＝ Sn ，其中 Sn 为垂直于磁场方
向的面积，表示磁感应强度在数值上等于穿过垂直磁感线的单位 面
积的磁通量。
说明：磁通量是标量，但有正负，正、负号表示磁感线穿过同 一个面的方向不同
二、电磁感应现象
1．电磁感应现象：因闭合回路的磁通量变化而产生电流的现象 称为 电磁感应 。
说明：动圈式话筒里讲话时线圈振动使磁通量发生变化，产生 感应电流。
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)磁通量不仅有大小而且有方向，所以是矢量。
(× )
(2)穿过某一面积的磁通量为零，该处磁感应强度不一定为零。
(√ )
(3)磁只能用来记录声音和影像。
(× )
(4)只要闭合电路内有磁通量，闭合电路中就有感应电流产生。
3．(多选)如图所示，下列情况能产生感应电流的是( )
A．如图甲所示，导体棒AB顺着磁感线运动 B．如图乙所示，条形磁铁插入或拔出线圈时 C．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一 直接通时 D．如图丙所示，小螺线管A插入大螺线管B中不动，开关S一 直接通，当改变滑动变阻器的阻值时
(× )
2．下列关于磁通量的说法正确的是( ) A．磁通量不仅有大小，而且有正负，所以磁通量是矢量 B．磁通量大的地方，磁场一定强 C．穿过某面的磁感线条数越多，磁通密度越大 D．某截面的面积发生变化，磁通量可能不变
D [磁通量虽然有正负之分，但正负不表示方向，其运算不符 合平行四边形定则，故磁通量是标量，A错误；穿过某面的磁感线 条数越多，磁通量越大，但磁通量与磁感应强度、平面的面积和磁 场与平面的夹角都有关系，所以磁场越强，磁通密度不一定越大， B、C错误；截面的面积发生变化，若磁感应强度和磁场与面的夹角 也发生变化，磁通量可能不变，D正确。]