高中物理 模塊綜合 復合場中的特殊物理模型課件 新人教版選修3-1 (144)

1、知識結(jié)構知識結(jié)構一、磁通量一、磁通量1、定義：、定義：若一個平面與磁場方向垂直若一個平面與磁場方向垂直,則磁感應強度則磁感應強度B與面與面積積S的乘積的乘積,稱為稱為穿過這個面的穿過這個面的磁通量。磁通量。2、定義式：、定義式：=BS 適用條件：適用條件：勻強磁場、SB一般計算式：一般計算式： =BSsin 或：或： =BS 或：或： =B S磁通量可理解為穿過一個面磁通量可理解為穿過一個面的磁感線條數(shù)。如圖：的磁感線條數(shù)。如圖：3、標量、標量,單位：韋伯（單位：韋伯（Wb） 1Wb=1Tm2最大最大較小較小=0平面圖平面圖思考思考1：哪些情況可以引起磁通量：哪些情況可以引起磁通量的變化？的變

2、化？abdc由一般計算式：由一般計算式： =BS sin (1)B 變：變：=BS (2) S 變：變：=BS (3)變：變：思考思考2：如上圖：如上圖,若磁感應強度為若磁感應強度為B,面積為面積為S,則以則以cd為為軸轉(zhuǎn)過軸轉(zhuǎn)過90,磁通量變化量為多少？轉(zhuǎn)過磁通量變化量為多少？轉(zhuǎn)過180磁通量磁通量變化量是多少？轉(zhuǎn)過變化量是多少？轉(zhuǎn)過360磁通量變化量為多少？磁通量變化量為多少？二、電磁感應現(xiàn)象條件二、電磁感應現(xiàn)象條件1、產(chǎn)生感應電流的條件？、產(chǎn)生感應電流的條件？ 不論采用什么方法不論采用什么方法,只要穿過只要穿過閉合電路閉合電路的磁通量發(fā)的磁通量發(fā)生生變化變化,閉合電路中就產(chǎn)生電流閉合電路

3、中就產(chǎn)生電流(感生電流感生電流)。 注意：決定有無電流產(chǎn)生的條件是注意：決定有無電流產(chǎn)生的條件是磁通量磁通量是否變是否變化化,不是有無磁場不是有無磁場,也不是磁場是否變化。也不是磁場是否變化。 以下情況都發(fā)生了電磁感應現(xiàn)象以下情況都發(fā)生了電磁感應現(xiàn)象:例：帶負電的圓環(huán)繞圓心旋轉(zhuǎn)例：帶負電的圓環(huán)繞圓心旋轉(zhuǎn),在環(huán)的圓心處有一閉合在環(huán)的圓心處有一閉合小線圈小線圈,小線圈和圓環(huán)在同一平面內(nèi)小線圈和圓環(huán)在同一平面內(nèi),則則 A只要圓環(huán)在轉(zhuǎn)動只要圓環(huán)在轉(zhuǎn)動,小線圈內(nèi)部一定有感應電流產(chǎn)生小線圈內(nèi)部一定有感應電流產(chǎn)生B圓環(huán)不管怎樣轉(zhuǎn)動圓環(huán)不管怎樣轉(zhuǎn)動,小線圈內(nèi)都沒有感應電流產(chǎn)生小線圈內(nèi)都沒有感應電流產(chǎn)生C圓環(huán)在

4、作變速轉(zhuǎn)動時圓環(huán)在作變速轉(zhuǎn)動時,小線圈內(nèi)就一定有感應電流小線圈內(nèi)就一定有感應電流產(chǎn)生產(chǎn)生D圓環(huán)作勻速轉(zhuǎn)動時圓環(huán)作勻速轉(zhuǎn)動時,小線圈內(nèi)沒有感應電流產(chǎn)生小線圈內(nèi)沒有感應電流產(chǎn)生C D2、產(chǎn)生感應電動勢的條件？、產(chǎn)生感應電動勢的條件？電磁感應現(xiàn)象的本質(zhì)是：電磁感應現(xiàn)象的本質(zhì)是：產(chǎn)生了感應電動勢（產(chǎn)生了感應電動勢（ 變變或切割）或切割）V a bv三、感應電流的方向三、感應電流的方向1、特殊方法：、特殊方法： 右手定則右手定則 用于導線切割用于導線切割磁感線的情形。磁感線的情形。注意左手定則與右手定則的使用情景注意左手定則與右手定則的使用情景.IVFI例：在下列四幅圖中例：在下列四幅圖中,磁感強度磁感

5、強度B、感應電流強度感應電流強度I、導線的運動速度導線的運動速度V等三個物理量中只給出兩個等三個物理量中只給出兩個,試試判斷出第三個物理量方向。判斷出第三個物理量方向。(已知已知:三個物理量互三個物理量互相垂直）相垂直）VIBVIVIB （無感生電流）（無感生電流） 圖示圖示,使圖中的矩形線圈使圖中的矩形線圈abcd向右穿出磁場向右穿出磁場,求求 . 框架中的感生電流方向；框架中的感生電流方向； . cd邊受到的磁場力的方向；邊受到的磁場力的方向； . 要想導線框向右做勻速運動要想導線框向右做勻速運動,必須對導線施加必須對導線施加 什么方向的外力？什么方向的外力？abcd V2、普適方法：、普

6、適方法：楞次定律楞次定律 內(nèi)容：內(nèi)容：“四步法四步法”判斷感應電流方向：判斷感應電流方向：a、明確原磁場、明確原磁場B方向方向 b、明確磁通量的變化（是增還是減）、明確磁通量的變化（是增還是減） c、判斷感應電流的磁場、判斷感應電流的磁場B的方向的方向 d、安培定則判斷感應電流的方向、安培定則判斷感應電流的方向感應電流的磁場總是要感應電流的磁場總是要阻礙阻礙磁通量的變化磁通量的變化。例（例（1996年全國）一平面線圈用細桿懸于年全國）一平面線圈用細桿懸于P點點,開始時細桿處于開始時細桿處于水平位置水平位置,釋放后讓它在如圖所示的勻強磁場中運動釋放后讓它在如圖所示的勻強磁場中運動,已知線圈平已知

7、線圈平面始終與紙面垂直面始終與紙面垂直,當線圈第一次通過位置當線圈第一次通過位置和位置和位置時時,順著磁順著磁場的方向看去場的方向看去,線圈中的感應電流的方向分別為線圈中的感應電流的方向分別為 位置位置 位置位置（A）逆時針方向）逆時針方向 逆時針方向逆時針方向（B）逆時針方向）逆時針方向 順時針方向順時針方向（C）順時針方向）順時針方向 順時針方向順時針方向（D）順時針方向）順時針方向 逆時針方向逆時針方向1、阻礙不是阻止、阻礙不是阻止,而是延緩而是延緩,即磁通量變化的時間變長了。即磁通量變化的時間變長了。2、阻礙的對象是原磁通量變化、阻礙的對象是原磁通量變化,而不一定是原磁場的變化。而不一

8、定是原磁場的變化。3、阻礙不是相反、阻礙不是相反當原磁通量當原磁通量減小減小時時,感應電流的磁場與原磁場感應電流的磁場與原磁場同向同向,以阻礙其減??；以阻礙其減??；當磁體遠離導體運動時當磁體遠離導體運動時,導體運動將和磁體運動同向?qū)w運動將和磁體運動同向,以阻礙其相對以阻礙其相對運動運動當原磁通量增大時當原磁通量增大時,感應電流的磁場與原磁場反向感應電流的磁場與原磁場反向,以阻礙其增大；以阻礙其增大；當磁體靠近導體運動時當磁體靠近導體運動時,導體運動將和磁體運動同向?qū)w運動將和磁體運動同向,以阻礙其相對以阻礙其相對運動運動 即增反減同即增反減同 增減指增減指 , 反同指反同指 。4、由于、由于

9、“阻礙阻礙”,為了維持原磁場的變化為了維持原磁場的變化,必須有外力克服這一必須有外力克服這一“阻礙阻礙”而做功而做功,從而導致其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能因此楞次定從而導致其它形式的能轉(zhuǎn)化為電能因此楞次定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁感應中的體現(xiàn)律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在電磁感應中的體現(xiàn) “阻礙阻礙”二字的理解二字的理解 N S v0 如圖所示如圖所示,閉合導體環(huán)固定。條形磁鐵閉合導體環(huán)固定。條形磁鐵S極向下極向下以初速度以初速度v0沿過導體環(huán)圓心的豎直線下落的過沿過導體環(huán)圓心的豎直線下落的過程中程中,導體環(huán)中的感應電流方向如何？導體環(huán)中的感應電流方向如何？ 若將條形磁鐵改若將條形磁鐵改為為 磁單極子磁

10、單極子N?V請分析下列電磁感應現(xiàn)象中所受磁場力的作用效果？請分析下列電磁感應現(xiàn)象中所受磁場力的作用效果？I變大變大愣次定律的另一種表述愣次定律的另一種表述：感應電流的效果：感應電流的效果總要反抗產(chǎn)生感應電流的原因總要反抗產(chǎn)生感應電流的原因PQV用條形磁鐵分別用條形磁鐵分別去接近去接近A或或B會看會看到什么現(xiàn)象？到什么現(xiàn)象？ab當導體棒當導體棒ab勻速向右運動勻速向右運動時，線圈時，線圈C處于什么狀態(tài)？處于什么狀態(tài)？若勻加速呢？勻減速呢？若勻加速呢？勻減速呢？c阻礙阻礙磁通量的磁通量的變化變化例：如圖例：如圖,要使小線圈向右擺動要使小線圈向右擺動,導體導體ab應應（線圈平面與（線圈平面與鐵芯垂直

11、）。鐵芯垂直）。A、向右加速運動、向右加速運動B、向右減速運動、向右減速運動C、向左加速運動、向左加速運動D、向左減速運動、向左減速運動abBD判斷閉合電路（或電路中可動部分導體）相對運動類判斷閉合電路（或電路中可動部分導體）相對運動類問題的分析策略問題的分析策略常規(guī)法：常規(guī)法：效果法：（等效法）效果法：（等效法）五、電磁感應現(xiàn)象中的五、電磁感應現(xiàn)象中的能量轉(zhuǎn)化能量轉(zhuǎn)化 既然有感應電流產(chǎn)生既然有感應電流產(chǎn)生,就產(chǎn)生電能。那必定有其他就產(chǎn)生電能。那必定有其他形式的能減少。形式的能減少。注：要實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化注：要實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化,條件是條件是一定要有閉合回路一定要有閉合回路, 形成感應電流。形成感應

12、電流。其它能其它能 電能電能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為電磁阻尼：電磁阻尼： 相對運動相對運動,產(chǎn)生感應電流產(chǎn)生感應電流,從而阻礙從而阻礙相對運動相對運動,使運動迅速停止。使運動迅速停止。若環(huán)不閉合？若環(huán)不閉合？ 電磁阻尼的本質(zhì)電磁阻尼的本質(zhì)是利用電磁感應現(xiàn)象是利用電磁感應現(xiàn)象快速消耗機械能快速消耗機械能1、如圖、如圖,線圈線圈A中接有如圖所示電源中接有如圖所示電源,線圈線圈B有一半面積處在線圈有一半面積處在線圈A中中,兩線圈平行但不兩線圈平行但不接觸接觸,則當開關則當開關S閉和瞬間閉和瞬間,線圈線圈B中的感應電流的中的感應電流的情況是：情況是：A無感應電流無感應電流 B有沿順時針的感應電流有沿順時針的感應電

13、流C有沿逆時針的感應電流有沿逆時針的感應電流 D無法確定無法確定練習練習C例：在勻強磁場中放一電阻不計的平行金屬導軌例：在勻強磁場中放一電阻不計的平行金屬導軌, ,導軌導軌跟大線圈跟大線圈M M相接相接, ,如圖所示導軌上放一根導線如圖所示導軌上放一根導線ab,ab,磁感磁感線垂直于導軌所在平面欲使線垂直于導軌所在平面欲使M M所包圍的小閉合線圈所包圍的小閉合線圈N N產(chǎn)生順時針方向的感應電流產(chǎn)生順時針方向的感應電流, ,則導線的運動可能是則導線的運動可能是 A A勻速向右運動勻速向右運動B B加速向右運動加速向右運動C C勻速向左運動勻速向左運動D D加速向左運動加速向左運動ab向右減速，或

14、向左加速向右減速，或向左加速這是這是楞次定律的逆向應用楞次定律的逆向應用、培養(yǎng)、培養(yǎng)逆向思維能力逆向思維能力。D練習：如圖所示練習：如圖所示, ,要使要使Q Q線圈產(chǎn)生圖示方向的電流線圈產(chǎn)生圖示方向的電流, ,可可采用的方法有采用的方法有 A A閉合開關閉合開關K KB B閉合開關閉合開關K K后后, ,把把R R的滑動方向右移的滑動方向右移C C閉合開關閉合開關K K后后, ,把把P P中的鐵心從左邊抽出中的鐵心從左邊抽出D D閉合開關閉合開關K K后后, ,把把Q Q靠近靠近P PAD圖中圖中,導體導體ab向右勻速運動向右勻速運動,問問:1、此過程發(fā)生了什么現(xiàn)象、此過程發(fā)生了什么現(xiàn)象,為什

15、么？為什么？2、能使導體、能使導體ab發(fā)生勻速運動發(fā)生勻速運動,需要拉力嗎？為什么？需要拉力嗎？為什么？四、電磁感應現(xiàn)象中的四、電磁感應現(xiàn)象中的“因因”與與“果果”磁通量變化磁通量變化產(chǎn)生感應電流產(chǎn)生感應電流受磁場力受磁場力2、 如圖所示如圖所示,O1O2是矩形導線框是矩形導線框abcd的對稱軸的對稱軸,其左方其左方有勻強磁場。以下哪些情況下有勻強磁場。以下哪些情況下abcd中有感應電流產(chǎn)生？方中有感應電流產(chǎn)生？方向如何？向如何？A.將將abcd 向紙外平移向紙外平移 B.將將abcd向右平移向右平移 C.將將abcd以以ab為軸轉(zhuǎn)動為軸轉(zhuǎn)動60 D.將將abcd以以cd為軸轉(zhuǎn)動為軸轉(zhuǎn)動60解

16、：解：A、C兩種情況下穿過兩種情況下穿過abcd的磁通量的磁通量沒有發(fā)生變化沒有發(fā)生變化,無感應電流產(chǎn)生。無感應電流產(chǎn)生。B、D兩種情況下原磁通向外兩種情況下原磁通向外,減少減少,感應感應電流磁場向外電流磁場向外,感應電流方向為感應電流方向為abcd。a db cO1O23、如圖所示裝置中、如圖所示裝置中,cd桿原來靜止。當桿原來靜止。當ab 桿做桿做如下那些運動時如下那些運動時,cd桿將向右移動？桿將向右移動？A.向右勻速運動向右勻速運動 B.向右加速運動向右加速運動C.向左加速運動向左加速運動 D.向左減速運動向左減速運動O1O24、 如圖所示如圖所示,當磁鐵繞當磁鐵繞O1O2軸勻速轉(zhuǎn)動時

17、軸勻速轉(zhuǎn)動時,矩形矩形導線框（不考慮重力）將如何運動？導線框（不考慮重力）將如何運動？ c a d b L2 L1BDO1 aO2 b7、如圖所示、如圖所示,在條形磁鐵從圖在條形磁鐵從圖示位置繞示位置繞O1O2軸轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)動90的過的過程中程中,放在導軌右端附近的金屬放在導軌右端附近的金屬棒棒ab將如何移動？將如何移動？ O B 8、如圖所示、如圖所示,用絲線懸掛閉合金屬環(huán)用絲線懸掛閉合金屬環(huán),懸于懸于O點點,虛線左邊有勻強磁場虛線左邊有勻強磁場,右邊沒右邊沒有磁場。金屬環(huán)的擺動會很快停下來。有磁場。金屬環(huán)的擺動會很快停下來。試解釋這一現(xiàn)象。若整個空間都有向試解釋這一現(xiàn)象。若整個空間都有向外的勻

18、強磁場外的勻強磁場,會有這種現(xiàn)象嗎？會有這種現(xiàn)象嗎？ ABSkDC9、如圖所示是生產(chǎn)中常用的一種、如圖所示是生產(chǎn)中常用的一種延延時繼電器時繼電器的示意圖。鐵芯上有兩個線的示意圖。鐵芯上有兩個線圈圈A和和B。線圈。線圈A跟電源連接跟電源連接,線圈線圈B的的兩端接在一起兩端接在一起,組成一個閉合電路。在組成一個閉合電路。在拉開開關拉開開關S的時候的時候,彈簧彈簧k并不能立即將并不能立即將銜鐵銜鐵D拉起拉起,從而使觸頭從而使觸頭C（連接工作（連接工作電路）立即離開電路）立即離開,過一段時間后觸頭過一段時間后觸頭C才能離開；延時繼電器就是這樣得名才能離開；延時繼電器就是這樣得名的。試說明這種繼電器的工

19、作原理。的。試說明這種繼電器的工作原理。10、如圖所示是家庭用的、如圖所示是家庭用的“漏電保護器漏電保護器“的關鍵部分的原理的關鍵部分的原理圖圖,其中其中P是一個變壓器鐵芯是一個變壓器鐵芯,入戶的兩根電線入戶的兩根電線”（火線和零線）（火線和零線）采用雙線繞法采用雙線繞法,繞在鐵芯的一側(cè)作為原線圈繞在鐵芯的一側(cè)作為原線圈,然后再接入戶內(nèi)的然后再接入戶內(nèi)的用電器。用電器。Q是一個脫扣開關的控制部分（脫扣開關本身沒有畫是一個脫扣開關的控制部分（脫扣開關本身沒有畫出出,它是串聯(lián)在本圖左邊的火線和零線上它是串聯(lián)在本圖左邊的火線和零線上,開關斷開時開關斷開時,用戶的供用戶的供電被切斷）電被切斷）,Q接在鐵芯另一側(cè)副線圈的兩端接在鐵芯另一側(cè)副線圈的兩端a、b之間之間,當當a、b間間沒有電壓時沒有電壓時,Q使得脫扣開關閉合使得脫扣開關閉合,當當a、b間有電壓時間有電壓