鲁科版高中物理选修3-2课件第1章第1节

实验现象 (有无电流)
分析论证
N极插入线圈
有
N极停在线圈中 无
线圈中的磁场
N极从线圈中抽 出
有
变化时，线圈 中有感应电流;
S极插入线圈
有
线圈中的磁场
S极停在线圈中
无
不变时，线圈
S极从线圈中抽 出
有
中无感应电流
3.模拟法拉第的实验
实验现象
实验操作
(线圈B中 分析论证
有无电流)
开关闭合瞬间
有
线圈B中磁
二、科学探究——感应电流产生的条件 1.探究导体棒在磁场中运动是否产生电流
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
导体棒平行 磁感线运动
无
的面积变化时, 电路中有电流
产生；包围的
导体棒切割 磁感线运动
有
面积不变时， 电路中无电流
产生
2.探究磁铁在螺线管中运动是否产生电流
实验操作
高中物理课件
（金戈铁骑 整理制作）
第1章 电磁感应
第1章 电磁感应
第1节 磁生电的探索
目标导航 1.了解电磁感应现象的探索过程，体会人类 探索自然规律的科学态度和科学精神． 2．知道什么是电磁感应现象，理解感应电 流产生的条件．(重点＋难点) 3．通过实验与探究，体验科学家探索自然 规律的科学态度和科学精神．(重点)
(3)磁通量虽然是标量，却有正、负之分． 求磁通量时要按代数和的方法求总的磁通量( 穿过平面的磁感线的净条数)．如图甲所示， 有两个环a和b，其面积Sa<Sb，它们套在同一 磁铁的中央，试比较穿过环a、b的磁通量的 大小．
我们若从上往下看，则穿过环a、b的磁感线 如图乙所示，磁感线有进有出，相互抵消后, 即Φa＝Φa出－Φa进，Φb＝Φb出－Φb进，因Φa出 ＝Φb出，Φa进<Φb进，所以Φa出－Φa进>Φb出－ Φb进，即Φa>Φb.
变式训练 2.(2012·陕西师大附中高二期末)如图所示的装 置是法拉第做的电磁感应实验电路图，他将 两个匝数较多的线圈绕在一个铁环上，线圈A 直接接在电源上，线圈B接指针在中央的电流 表，关于这个实验，以下说法错误的是( )
A．当开关S接通的瞬间，电流表上有电流 B．当开关S断开的瞬间，电流表上有电流 C．拿走铁环后，两线圈相距较近且保持原状, 开关接通或断开的瞬间，电流表上没有电流 D．当开关闭合稳定后，B上无感应电流产生
1833～1834年，他由实验得出了电解定律． 他的又一重要成果指出了磁场的概念．他反 对电磁之间超距作用的说法，设想带电体、 磁体或电流周围空间存在一种从电或磁激发 出来的连续物质，起到传递电力、磁力的媒 介作用．他把这些物质称作电场、磁场， 1852年，他又引入了电场线和磁感线的要领 并用铁粉显示了磁棒周围磁感线的形状．
2.磁通量的变化 (1)B不变，S变，则ΔΦ＝B·ΔS； (2)B变化，S不变，则ΔΦ＝ΔB·S； (3)B变，S也变，则ΔΦ＝B2S2－B1S1； (4)B不变，S不变，θ变化，则ΔΦ＝BS(cosθ2－ cosθ1)．
特别提醒：(1)Φ、ΔΦ均与线圈匝数无关，彼 此之间也无直接联系． (2)磁通量的正、负号并不表示磁通量的方向, 它的符号仅表示磁感线的贯穿方向．
1820年奥斯特关于电流磁效应的发现，引起 了法拉第的深思：既然电能产生磁，那么磁 能否产生电呢？他反复研究和实验，经历五 次重大的失败，终于在1831年发现了电磁感 应现象，进而确立了电磁感应的基本定律， 为建立经典电磁理论和电工学打下了基础． 利用这一原理，他创造了电磁学史上第一台 感应电动机,成为今天多种复杂电机的始祖．
解析：(1)由于线圈与磁感线垂直，则由公式Φ ＝BS得Φ＝BS＝0.8×0.05 Wb＝0.04 Wb. (2)穿过每一匝线圈的磁通量都相等，都为Φ＝ BS＝0.04 Wb. (3)Φ＝BScos37°＝0.8×0.05×0.8 Wb＝3.2×10－2 Wb. 答案：(1)0.04 Wb (2)0.04 Wb (3)3.2×10－2 Wb
法拉第还用极深邃的物理洞察力对光和电的 关系，做出了研究，预言了电磁波的存在和 光可能是一种电磁振动的传播．
法拉第是一位靠自学成才的伟大科学家，从小 爱思考问题，学习非常勤奋．在科学的征途上 走过了半个世纪，始终如一地实践了自己“献 身于科学”的诺言，经常不分昼夜地在实验室 工作．他热爱科学，不求名利，曾多次拒绝了 任命和封爵，辞去了一些报酬很高的聘请，专 心地从事科学研究.1867年8月在伦敦去世，后 人为了纪念他用他的名字命名为电容的单位．
【思路点拨】 求解此题应注意以下两点： (1)磁场与平面垂直时，Φ＝BS. (2)磁场与平面不垂直时，Φ＝BS′，S′为平面 在垂直磁场方向的投影的面积．
【精讲精析】 本题考查磁通量的计算，关 键是会找有效面积．矩形线圈的面积： S＝ab×bc＝0.20 m×0.30 m＝6×10－2 m2， 它在垂直于三条坐标轴的平面上的投影面积 的大小分别为：
要点二 判断是否产生感应电流的方法 学案导引 1.有人认为只要磁通量变化就能产生感应电 流，对吗？ 2.只要电路闭合或磁通量发生变化都能产生 感应电流，对吗？
1.感应电流产生的条件 (1)电路闭合． (2)穿过电路的磁通量发生变化． 2.判断的基本方法 (1)看回路是否闭合，如果回路不闭合时，无 论如何也不会产生感应电流．
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法拉第 法拉第是英国著名的物理学家和化学家.1791 年9月生于英格兰一个铁匠家庭，由于家境贫 苦，他只在7岁至9岁时读过两年小学，12岁 上街卖报，13岁到一家图书装订店当学徒， 利用业余时间刻苦学习．
1812年22岁的法拉第有机会听了伦敦皇家学 会会长、化学家戴维的一次化学讲座，更激 起他参加科学工作的热切愿望．事后他把听 讲记录寄给报告人,得到戴维的称赞，在戴维 的帮助下进入皇家学院实验室，做戴维的助 手.1816年发表第一篇有关化学方面的论文， 1824年当选英国皇家学会会员，1825年任皇 家学院实验室主任，1846年荣获伦福徳奖章 和皇家勋章．他还是法国科学院院士．
热点示例创新拓展
有关磁通量变化的计算 [经典案例] (8分)面积为S的矩形线框abcd处 在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向与 线框面成θ角(如图所示)，当线 框以ab为轴顺时针旋转90°时， 求穿过abcd面的磁通量的变化 量是多少？
【思路点拨】 求解此题应把握以下两点： (1)磁通量的大小由磁感应强度、线框面积及 两者夹角三个因素决定． (2)磁通量有正负，其正负取决于磁感线的贯 穿方向．
新知初探自学导引
一、电磁感应的探索历程 1.开端：1820年，丹麦物理学家_奥__斯__特___发现 了电流的__磁__效__应__． 2.过程：在磁生电的探索历程中，有多位科学 家致力于磁生电的研究，如菲涅耳、_安__培__、 科拉顿、_亨__利__等．
3.结果：英国科学家__法__拉__第__悟出了磁生电 的基本原理． 想一想 1．法拉第发现磁生电的原理只是偶然的原 因吗？ 提示：不是偶然原因．这是法拉第长期坚持 刻苦钻研的必然结果．
A．使线圈在纸平面内平动或转动 B．使线圈平面沿垂直纸面方向向纸外平动 C．使线圈以ac为轴转动 D．使线圈以bd为轴稍做转动 【审题指导】 求解本题的关键是看穿过闭 合线圈的磁通量是否变化．
【精讲精析】 根据产生感应电流的条件可 知：只需使穿过闭合回路的磁通量发生变化, 就能在回路中产生感应电流．线圈在匀强磁 场中运动，磁感应强度B为定值，根据前面 分析ΔΦ＝B·ΔS知：只要回路中相对磁场的 正对面积改变量ΔS≠0,则磁通量一定要改变, 回路中一定有感应电流产生．
Φ y＝BSy＝10－2×3 3×10－2 Wb＝3 3×10－ 4 Wb. 当磁感应强度 B 沿 Oz 方向时，穿过线圈的磁 通量： Φ z＝BSz＝0.
【答案】 3×10－4 Wb 3 3×10－4 Wb 0
变式训练 1.一圆形线圈所围面积为0.05 m2，垂直放在磁 感应强度B＝0.8 T的匀强磁场中(如图所示)． 求： (1)穿过线圈的磁通量是多大？ (2)若这个线圈有50匝，穿过线 圈的磁通量又是多少？ (3)当线圈平面绕任一直径转过37°时，磁通量 是多大？
(2)看磁场方向与回路平面之间的关系，即磁 场的方向与回路平面是垂直、平行或成某一 夹角． (3)看穿过回路的磁感线的条数是否发生变化, 若变化则产生感应电流,否则不产生感应电流.
例2 如图所示，闭合圆形导体线圈放置在 匀强磁场中，其中ac、bd分别是平行和垂直于 磁场方向的两直径．试分析线圈做以下哪种 运动时能产生感应电流( )
例1 一个单匝矩形线圈abcd，边长ab＝20 cm，bc＝30 cm，如图所示放在Oxyz直角坐 标系内，线圈平面垂直于Oxy平面，与Ox轴 和Oy轴的夹角分别为α＝30°和β＝60°，匀强 磁场的磁感应强度B＝10－2 T．试计算：当磁 场方向分别沿Ox、Oy、Oz 方向时，穿过线圈的磁通量各 为多少？
Sx＝Scosβ ＝6×10－2×12 m2＝3×10－2 m2，
Sy＝ Sc osα
＝6×10－2×
3 2
m2 ＝ 3
3 × 10－2
m2， Sz＝0.
当磁感应强度 B 沿 Ox 方向时，穿过线圈的磁 通量： Φ x＝BSx＝10－2×3×10－2 Wb＝3×10－4 Wb. 当磁感应强度 B 沿 Oy 方向时，穿过线圈的磁 通量：
当线圈在纸面内平动或转动时，线圈相对磁 场的正对面积始终为零，因此ΔS＝0，因而无 感应电流产生；当线圈平面沿垂直纸面方向 向纸外平动时，同样ΔS＝0，因而无感应电流 产生；当线圈以ac为轴转动时，线圈相对磁场 的正对面积改变量ΔS仍为零，回路中仍无感 应电流；当线圈以bd为轴稍作转动，则线圈 相对磁场的正对面积发生了改变，因此在回 路中产生了感应电流，故选D. 【答案】 D
开关断开瞬间
有 场变化时，
开关保持闭合，滑 动变阻器滑片不动
无
线圈B中有 感应电流；
开关保持闭合，迅
磁场不变时,
速移动滑动变阻器 有
线圈B中无
的滑片
感应电流
4.产生感应电流的条件 只要穿过闭合电路的__磁__通__量___发生变化，闭 合电路中就会产生电流． 5.电磁感应和感应电流 因磁通量变化而产生电流的现象叫做 _电__磁__感__应___，所产生的电流叫做_感__应__电__流__．
想一想 2．有人根据探究1得出结论，只要导体切割磁 感线就能产生感应电流，这种观点正确吗？ 提示：不正确．要想产生感应电流，必须满足 两个条件：一是电路闭合，二是磁通量变化． 导体切割磁感线时能否产生感应电流，也要看 是否满足这两个条件．
要点探究讲练互动
要点一 磁通量及磁通量的变化 学案导引 1.有人说磁通量有正、负，是矢量，对吗？2. 磁通量、磁通量的变化与线圈的匝数成正比 吗？
1.磁通量的计算 磁通量表示磁场中穿过某一面积的磁感线条 数,Φ＝BS为匀强ห้องสมุดไป่ตู้场中磁通量的计算公式， 应用此公式时需注意以下两点： (1)公式Φ＝BS的适用条件 ①匀强磁场；②磁感线与平面垂直，即B⊥S.
(2)B与S不垂直时(匀强磁场中)
Φ＝B·S⊥.S⊥为线圈在垂直磁场方向上的有效 面积，在应用时可将S分解到与B垂直的方向 上，如图所示．Φ＝B·Ssinθ.
【解题样板】 开始时B与线框面成θ角，磁 通量为Φ＝BSsinθ；(2分) 线框平面按题意方向转动时，磁通量减少， 当转动90°时，磁通量变为“负”值，Φ2＝ －BScosθ.(2分) 可见，磁通量的变化量为 Δ Φ ＝ Φ2 － Φ1 ＝ － BScosθ － BSsinθ ＝ － BS(cosθ＋sinθ)．(4分) 【答案】 －BS(cosθ＋sinθ)
解析：选C.开关S接通或断开瞬间,A线圈中电 流发生变化，使得穿过B线圈的磁通量变化， 因此B线圈产生感应电流，A、B正确．开关S 闭合稳定后，A线圈中电流不变，穿过B线圈 的磁通量不变，B线圈没有感应电流,D正确． 拿走铁环，开关接通或断开瞬间，A线圈电流 变化，穿过B线圈的磁通量变化，B中有感应 电流产生，只是比有铁环时弱一些，C错误．