物理選修魯科版磁生電的探索課件

1、1第1節(jié)磁生電的探索21了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程，體會人類探究自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神2通過實驗，探究和理解感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件3掌握磁通量的概念及其計算4能夠運用感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件判斷感應(yīng)電流能否產(chǎn)生3奧斯特奧斯特 法拉法拉第第4電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 5二、科學(xué)探究感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件【探究1】 導(dǎo)體棒在磁場中運動是否產(chǎn)生電流如圖111所示，將可移動導(dǎo)體AB放置在磁場中，并和電流表組成閉合回路實驗過程及現(xiàn)象如下：6實驗結(jié)論閉合電路包圍的面積變化時，有電流產(chǎn)生；閉合電路包圍的面積不變時，無電流產(chǎn)生實驗操作實驗現(xiàn)象(有無電流)導(dǎo)體棒靜止 導(dǎo)體棒平行磁感線運動導(dǎo)體棒切割磁感線運動無無無無有有7【探究

2、2】 磁鐵在螺線管中運動是否產(chǎn)生電流如圖112所示，將螺線管與電流表組成閉合回路，把條形磁鐵插入或拔出螺線管實驗現(xiàn)象如下：8實驗結(jié)論線圈中的磁場變化時，有感應(yīng)電流；線圈中的磁場不變時，無感應(yīng)電流實驗操作實驗現(xiàn)象(有無電流)N極插入線圈N極停在線圈中N極從線圈中抽出S極插入線圈S極停在線圈中S極從線圈中抽出有有有有有有有有無無無無9【探究3】 模擬法拉第的實驗如圖113所示，線圈A通過變阻器和開關(guān)連接到電源上，線圈B的兩端連到電流表上，把線圈A裝在線圈B的里面實驗現(xiàn)象如下：10實驗結(jié)論線圈A產(chǎn)生的磁場變化時，線圈B中產(chǎn)生感應(yīng)電流；線圈A產(chǎn)生的磁場不變時，線圈B中無感應(yīng)電流實驗操作實驗現(xiàn)象(線圈B

3、中有無電流)開關(guān)閉合瞬間開關(guān)斷開瞬間開關(guān)閉合時，滑動變阻器不動開關(guān)閉合時，迅速移動滑動變阻器的滑片有有有有有有無無11歸納結(jié)論產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：只要穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化，閉合電路中就有感應(yīng)電流溫馨提示能否產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是閉合電路的磁通量是否發(fā)生變化，因此判斷磁通量是否變化是問題的關(guān)鍵. 12一、磁通量及其變化1磁通量的計算(1)B與S垂直時：BS，B指勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，S為線圈的面積如圖114(a)(2)B與S不垂直時：BSBS，S為線圈在垂直磁場方向上的投影面積B為B在垂直于S方向上的分量如圖114(b)13(3)某線圈所圍面積內(nèi)有不同方向的磁場時分別計算不同方向的磁場的磁

4、通量，然后規(guī)定某個方向的磁通量為正，反方向的磁通量為負(fù)，求其代數(shù)和，如圖114(c)142磁通量的變化磁通量的變化：大致可分為以下幾種情況：磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，閉合電路的面積S發(fā)生變化如圖115(a)閉合電路的面積S不變，磁感應(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生變化如圖115(b)磁感應(yīng)強(qiáng)度B和閉合電路的面積S都不變，它們之間的夾角發(fā)生變化如圖115(c)153正確理解磁通量的標(biāo)量性磁通量是標(biāo)量，但有正負(fù)，其正負(fù)表示與規(guī)定的穿入方向相同或相反，穿過某一面的磁通量等于各部分磁通量的代數(shù)和特別提醒利用磁感線的條數(shù)判斷感應(yīng)電流有無的方法穿過某回路的磁通量的大小與穿過該回路的磁感線的條數(shù)(回路中有不同方向的磁感線穿過時指不同方

5、向的磁感線的條數(shù)差)是相對應(yīng)的，所以可根據(jù)磁感線的條數(shù)是否變化判斷磁通量是否變化若磁通量發(fā)生變化，則產(chǎn)生感應(yīng)電流，若磁通量無變化，就沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，對于非勻強(qiáng)磁場的情況，利用這種方法更為直觀和方便16二、對導(dǎo)體棒切割磁感線的理解1導(dǎo)體切割磁感線，不是在導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流的充要條件，歸根結(jié)底還得要看穿過閉合電路的磁通量是否發(fā)生變化2在利用“切割”來討論和判斷有無感應(yīng)電流時，應(yīng)該注意：(1)導(dǎo)體是否將磁感線“割斷”，如果沒有“割斷”就不能說切割如圖116所示，甲、乙兩圖中，導(dǎo)線是真“切割”，而圖丙中，導(dǎo)體的速度方向與磁場方向在同一平面內(nèi)而沒有切割磁感線17(2)即使導(dǎo)體真“切割”了磁感線，也不能

6、保證就能產(chǎn)生感應(yīng)電流如圖117所示，對于圖甲，盡管導(dǎo)體“切割”了磁感線(勻強(qiáng)磁場)，但穿過閉合線框的磁通量并沒有發(fā)生變化，沒有感應(yīng)電流；對于圖乙，導(dǎo)體框的一部分導(dǎo)體“切割”了磁感線，穿過線框的磁感線條數(shù)越來越少，線框中有感應(yīng)電流；對于圖丙，閉合導(dǎo)體在非勻強(qiáng)磁場中運動，切割了磁感線，同時穿過線框的磁感線條數(shù)減少，線框中有感應(yīng)電流18(3)即使是閉合電路的部分導(dǎo)體做切割磁感線運動，也不能保證一定存在感應(yīng)電流，如圖118所示，線框abcd的一部分在勻強(qiáng)磁場中上下平動，盡管是部分切割，但同樣在線框中沒有感應(yīng)電流由以上討論可知，導(dǎo)體切割磁感線不是導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流的充要條件，歸根結(jié)底還得要看穿過閉合回路

7、的磁通量是否發(fā)生變化19教材資料分析迷你實驗室制作一塊直徑為20 cm的圓形鋁片，在中心鉆一個小孔，穿上一個帶有搖柄的金屬軸，把鋁片固定在軸的中間位置，然后再把軸用兩個鐵環(huán)固定在木架上，取一塊蹄形磁鐵立在鋁片下部，讓它的兩極在鋁片的兩側(cè)(如圖111所示)20從電流計的接線柱引出兩根導(dǎo)線，一根連在金屬軸承上，另一根用絕緣膠布粘在一個極上，并使導(dǎo)線的裸線頭輕輕接觸鋁片的邊緣當(dāng)快速搖轉(zhuǎn)鋁片的時候，觀察電流計的偏轉(zhuǎn)情況；或者換上小燈泡，觀察小燈泡的發(fā)光情況解釋你所觀察到的現(xiàn)象點撥對于圓形鋁片，可以看成由無數(shù)根從圓心到邊沿的導(dǎo)線并聯(lián)而成當(dāng)鋁片快速轉(zhuǎn)動時，這些導(dǎo)線在蹄形磁鐵產(chǎn)生的磁場中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電

8、流當(dāng)在電路中連接電流表或者小燈泡時，電流表指針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，小燈泡會發(fā)光21【典例1】 如圖119所示，線框與通電直導(dǎo)線均位于水平面內(nèi)，當(dāng)線框abcd由實線位置在水平面內(nèi)向右平動逐漸移動到虛線位置，穿過線框的磁通量如何變化？22解析直線電流I產(chǎn)生的磁場的磁感線的形狀是以導(dǎo)線上的點為圓心的在豎直平面內(nèi)的一組組同心圓，在電流I的右邊磁感線的方向垂直水平面向內(nèi)，在電流I的左邊磁感線的方向垂直水平面向外磁感線的疏密分布是越靠近導(dǎo)線磁感線越密，離導(dǎo)線越遠(yuǎn)磁感線越稀疏答案線框的水平平動，可分為三個階段第一階段，從實線位置開始至bc邊到達(dá)直導(dǎo)線位置，穿過線框的磁通量逐漸增大第二階段，從bc邊抵達(dá)直導(dǎo)線處開始至

9、ad邊到達(dá)直導(dǎo)線為止，由于向外的磁感線逐漸減少，向內(nèi)的磁感線逐漸增多，所以穿過線框的總磁通量先減少(當(dāng)ab、dc兩邊中點連線與直導(dǎo)線重合時，磁通量為零)后增大第三階段，從ad邊離開直導(dǎo)線向右運動開始至線框抵達(dá)虛線位置為止，穿過線框的磁通量逐漸減少23借題發(fā)揮(1)有相反方向的磁場穿過某一面的磁通量的判斷：首先弄清哪個方向的磁通量大，再看它們各自的變化，進(jìn)而判斷總磁通量的變化(2)利用磁感線的凈條數(shù)判斷磁通量的增、減變化判斷磁通量的變化更加直觀24【變式1】 如圖1110所示，ab是水平面上一個圓的直徑，在過ab的豎直平面內(nèi)有一根通電導(dǎo)線ef.已知ef平行于ab，當(dāng)ef豎直向上平移時，ef中的電

10、流I產(chǎn)生的磁場穿過圓面積的磁通量將()A逐漸增大 B逐漸減小C始終為零 D不為零，但保持不變25解析利用安培定則判斷直線電流產(chǎn)生的磁場，考慮到磁場具有對稱性，可以知道，穿過線圈的磁感線的條數(shù)與穿出線圈的磁感線條數(shù)是相等的，故選C.答案C26【典例2】 如圖1111所示，有一個100匝的線圈，其橫截面是邊長為L0.20 m的正方形，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.50 T的勻強(qiáng)磁場中，線圈平面與磁場垂直若將這個線圈橫截面的形狀由正方形改變成圓形(橫截面的周長不變)，則在這一過程中穿過線圈的磁通量改變了多少？2728答案5.5103 Wb借題發(fā)揮磁通量BS的計算有幾點要注意：(1)S是指閉合回路中包含磁場的那

11、部分的有效面積；(2)磁通量與線圈的匝數(shù)無關(guān)，也就是磁通量大小不受線圈匝數(shù)的影響同理，磁通量的變化量21也不受線圈匝數(shù)的影響所以，直接用公式求、時，不必去考慮線圈匝數(shù)n.29【變式2】 邊長L10 cm的正方形線框，固定在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與線框平面間的夾角30，如圖1112所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時間變化的規(guī)律為B(23t)T，則第3 s內(nèi)穿過線框的磁通量的變化量為多少？30解析閉合電路的面積S不變，B變化，只要求出第3 s始末的磁通量之差，即可求出.第3 s內(nèi)就是從2 s末到3 s末，由于2 s末的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1(232) T8 T,3 s末的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2(233) T11 T.根據(jù)公式

12、BSsin (118)0.12sin 30 Wb1.5102Wb.答案1.5102 Wb31【典例3】 (湛江高二檢測)如圖1113所示，在正方形線圈的內(nèi)部有一條形磁鐵，線圈與磁鐵在同一平面內(nèi)，兩者有共同的中心軸線OO，關(guān)于線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流的下列說法中，正確的是()A當(dāng)磁鐵向紙面外平移時，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流B當(dāng)磁鐵向上平移時，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流C當(dāng)磁鐵向下平移時，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流D當(dāng)磁鐵N極向紙外，S極向紙里繞OO軸轉(zhuǎn)動時，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流32解析由條形磁鐵周圍磁感線的分布特點可知，當(dāng)磁鐵平動時，穿過正方形線圈的磁通量始終為零不發(fā)生變化，故線圈中不產(chǎn)生感應(yīng)電流，故A、B、C錯；當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)動

13、時，穿過正方形線圈的磁通量發(fā)生變化，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流D對答案D借題發(fā)揮本題應(yīng)充分利用磁感線的條數(shù)與磁通量的關(guān)系，根據(jù)穿過線圈的磁感線的凈條數(shù)，判斷磁通量是否變化，進(jìn)而判斷是否產(chǎn)生感應(yīng)電流，在涉及磁鐵磁場時，應(yīng)把握幾點：(1)要明確條形磁鐵產(chǎn)生磁場的磁感線分布特點(2)穿過線圈的磁通量也包括磁鐵內(nèi)部的磁感線33【變式3】 (臺州高二檢測)如圖1114所示的勻強(qiáng)磁場中有一個矩形閉合導(dǎo)線框，在下列四種情況下，線框中會產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()A線框平面始終與磁感線平行，線框在磁場中左右運動B線框平面始終與磁感線平行，線框在磁場中上下運動C線框繞位于線框平面內(nèi)且與磁感線垂直的軸線AB轉(zhuǎn)動D線框繞位于線框平

14、面內(nèi)且與磁感線平行的軸線CD轉(zhuǎn)動34解析四種情況中初始位置線框均與磁感線平行，磁通量為零，線圈按A、B、D三種情況移動后，線框仍與磁感線平行，磁通量保持為零不變，線框中不產(chǎn)生感應(yīng)電流C中線圈轉(zhuǎn)動后，穿過線框的磁通量不斷發(fā)生變化，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流，C項正確答案C35磁通量的變化定性分析1如圖1115所示，是用導(dǎo)線做成的圓形回路與一直導(dǎo)線構(gòu)成的幾種位置組合，下列組合中，切斷直導(dǎo)線中的電流時，穿過閉合回路中磁通量變化的是(圖中直導(dǎo)線都與圓形線圈在同一平面內(nèi)，O點為線圈的圓心，圖中直導(dǎo)線與圓形線圈平面垂直，并與其中心軸重合)()A B C D36解析通電直導(dǎo)線周圍空間的磁場是非勻強(qiáng)磁場，磁感線是在垂直

15、于導(dǎo)線的平面內(nèi)以導(dǎo)線為中心的同心圓，離導(dǎo)線越遠(yuǎn)，磁感應(yīng)強(qiáng)度越弱，所以中磁通量、中磁通量一直為零，中既有向里的磁通量，也有向外的磁通量，但直導(dǎo)線中有電流時，總磁通量不為零，切斷直導(dǎo)線中電流時，磁通量變?yōu)榱阒芯€圈有向外的磁通量，切斷直導(dǎo)線中電流時，磁通量變?yōu)榱愎蔅正確答案B372.如圖1116所示，a、b、c三個閉合線圈放在同一平面內(nèi)，當(dāng)線圈a中有電流I通過時，穿過它們的磁通量分別為a、b、c，則()Aabc BabcCacb Dacb38解析磁通量可以形象地理解為穿過回路的磁感線的條數(shù)；若該回路面積內(nèi)有磁感線穿進(jìn)和穿出兩種情況，可把磁通量理解為穿過回路的凈磁感線的條數(shù)當(dāng)a中有電流通過時，穿過a、

16、b、c三個閉合線圈垂直紙面向里的磁感線條數(shù)一樣多，向外的磁感線的條數(shù)c最多，其次是b，a中沒有向外的磁感線，因此穿過閉合線圈的凈磁感線條數(shù)a最多，b次之，c最少，即abc.選項B正確答案B39磁通量及變化的定量計算3.面積為S的矩形線框abcd處在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向與線框面成角如圖1117所示，當(dāng)線框以ab為軸順時針轉(zhuǎn)90時，穿過abcd面的磁通量的變化量_.40解析開始時與線框面成角，磁通量為1BSsin ；線框面按題意方向轉(zhuǎn)動時，磁通量減少，當(dāng)轉(zhuǎn)90時，磁通量變?yōu)椤柏?fù)”值，則2BScos .可見，磁通量的變化量為|21|BScos BSsin |BS(cos sin )答

17、案BS(cos sin )414.如圖1118所示，有一個垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場B0.8 T，磁場有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為1 cm.現(xiàn)于紙面內(nèi)先后放上圓形線圈，圓心均在O處，A線圈半徑為1 cm,10匝；D線圈半徑為2 cm,1匝；C線圈半徑為0.5 cm，1匝；問：(1)在磁感應(yīng)強(qiáng)度B減少為0.4 T的過程中，A和D中的磁通量改變了多少？(2)當(dāng)磁場轉(zhuǎn)過30角的過程中，C中的磁通量改變了多少？ 42解析(1)對A線圈，1B1r2，2B2r2.故磁通量改變量：|21|(0.80.4)3.14(1102)2Wb1.256104 Wb.對D線圈，|21|(0.80.4)3.14(1102

18、)2 Wb1.256104Wb.(2)對C線圈，1Br2，磁場轉(zhuǎn)過30，線圈面積在垂直磁場方向上的投影為r2cos 30 ，則2Br2 cos 30 .故磁通量改變量：|21 |B2r(1cos 30)0.83.14(5103)2(10.866) Wb8.4106 Wb.答案(1)1.256104 Wb1.256104 Wb(2)8.4106 Wb43產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件5在圖1119所示的直角坐標(biāo)系中，矩形導(dǎo)線框的兩個對稱軸在y軸和z軸上，所在的勻強(qiáng)磁場與y軸平行，當(dāng)線框分別繞x、y、z軸旋轉(zhuǎn)時，哪種情況線框中有感應(yīng)電流？44解析線框繞x軸旋轉(zhuǎn)時(x軸垂直于線框平面)，線框內(nèi)磁通量始終為零不變化，線框中無感應(yīng)電流線框繞y軸旋轉(zhuǎn)時，盡管ab、cd邊分別切割磁感線，但整個線框平面內(nèi)磁通量始終為零，不發(fā)生變化，線框內(nèi)無感應(yīng)電流(y軸始終平行于線框平面)線框繞z軸旋轉(zhuǎn)時，線框平面內(nèi)磁通量發(fā)生變化，線框內(nèi)有感應(yīng)電流產(chǎn)生(圖示位置線框平面與y軸平行，磁通量為零，繞z軸轉(zhuǎn)動，線框平面與y軸有夾角，磁通量先增大后減小)答案繞z軸旋轉(zhuǎn)時456.如圖1120所示的實驗中，在一個足夠大的磁鐵的磁場中，如果AB沿水平方向運動速度的大小為v1，兩磁極沿水平方向運動速度的大小為v2，則()A當(dāng)v1v2，且方向相同時，可以產(chǎn)生感應(yīng)電流B當(dāng)v1v2，且方向相反時，可以產(chǎn)生感應(yīng)電流C當(dāng)v1v2時，方