高中物理第四章电磁感应1划时代的发现2探究感应电流的产生条件课件新人教版选修3_2 65页

第四章　电 磁 感 应 1 　划时代的发现 2 　探究感应电流的产生条件 一、划时代的发现 1. 奥斯特梦圆“电生磁” : 1820 年 , 丹麦物理学家 _______ 发现了电流的磁效应。 2. 法拉第心系“磁生电” : 1831 年 , 英国物理学家 _______ 发现了“磁生电”的现象 , 这种现象叫作 _________, 产生的电流叫作 _________ 。 奥斯特 法拉第 电磁感应 感应电流 二、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 ( 如图所示 ): 实验操作 实验现象 ( 有无电流 ) 导体棒静止 无 导体棒平行 磁感线运动 无 导体棒切割 磁感线运动 有 总结 : 闭合导体回路包围的面积 _____ 时 , 产生感应电流 ; 闭合导体回路包围的面积 _____ 时 , 不产生感应电流。 改变 不变 2. 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 实验现象 ( 有无电流 ) N( 或 S) 极插入线圈 ___ N( 或 S) 极停在线圈中 ___ N( 或 S) 极从线圈中抽出 ___ 有 无 有 总结 : 线圈中的磁场 _____ 时产生感应电流 ; 线圈中的磁 场 _____ 时不产生感应电流。 变化 不变 3. 模拟法拉第实验 ( 如图所示 ): 实验操作 实验现象 ( 线圈 B 中有无电流 ) 开关闭合瞬间 ___ 开关断开瞬间 ___ 开关保持闭合 , 滑动变阻器滑片不动 ___ 开关保持闭合 , 迅速移动滑动变阻器的滑片 ___ 有 有 无 有 总结 : 线圈 B 中的磁场 _____ 时产生感应电流 ; 线圈 B 中的 磁场 _____ 时不产生感应电流。 变化 不变 4. 以上三个实验及其他事实表明 : 只要穿过 _____ 导体回 路的磁通量 _________, 闭合导体回路中就有感应电流。 闭合 发生变化 【 思考辨析 】 (1) 只要有磁通量穿过闭合导体回路 , 就一定产生感应电流。 ( 　　 ) (2) 只要穿过回路的磁通量发生变化 , 就一定产生感应电流。 ( 　　 ) (3) 只要闭合电路的部分导体在磁场中运动 , 就一定产生感应电流。 ( 　　 ) (4) 只要闭合电路中的导体切割磁感线 , 就一定产生感应电流。 ( 　　 ) 提示 : (1)× 。当穿过闭合导体回路的磁通量不发生变化时 , 不会产生感应电流。 (2)× 。若回路不是闭合导体回路 , 即使穿过回路的磁通量发生变化 , 也不会产生感应电流。 (3)× 。若导体运动方向与磁感线平行 , 则穿过闭合导体回路的磁通量不发生变化 , 也不会产生感应电流。 (4)× 。闭合电路中的导体切割磁感线不一定会使穿过闭合电路的磁通量发生变化 , 因此不一定产生感应电流。 一　磁通量 考查角度 1 对磁通量的理解 【 典例 1】 (2017· 江苏高考 ) 如图所示 , 两个单匝线圈 a 、 b 的半径分别为 r 和 2r 。圆形匀强磁场 B 的边缘恰好与 a 线圈重合 , 则穿过 a 、 b 两线圈的磁通量之比为 世纪金榜导学号 ( 　　 ) A.1∶1 　　　　　　 B.1∶2 C.1∶4 D.4∶1 【 正确解答 】 选 A 。因为两个线圈的有效面积相同 , 所以磁通量相同 , 或者利用磁通量定义即穿过线圈的磁感线的条数判断。 A 项正确。 【 核心归纳 】 1. 磁通量的定义 : 设在磁感应强度为 B 的匀强磁场中 , 有一个与磁场方向垂直的平面 , 面积为 S, 我们把 B 与 S 的乘积叫作穿过这个面积的磁通量。 2. 磁通量可以形象地理解为穿过某一面积磁感线条数的多少 , 当穿过某一面积的磁感线条数发生改变时 , 则穿过该面积的磁通量发生改变。 【 易错提醒 】 1. 磁通量定义中的面积 S 指回路中磁场所占的有效面积。 2. 对两个不同的回路 , 只要穿过它们的磁感线条数相同 , 我们就说穿过它们的磁通量相同。 考查角度 2 磁通量的变化量 【 典例 2】 如图所示 , 通有恒定电流的导线 MN 与闭合金属框共面 , 第一次将金属框由 Ⅰ 平移到 Ⅱ, 第二次将金属框绕 cd 边翻转 到 Ⅱ, 设先后两次通过金属框的磁通量变化的大小分别 为 ΔΦ 1 和 ΔΦ 2 , 则 世纪金榜导学号 ( 　　 ) A.ΔΦ 1 <ΔΦ 2 B.ΔΦ 1 =ΔΦ 2 C.ΔΦ 1 >ΔΦ 2 D. 不能判断 【 正确解答 】 选 A 。设在位置 Ⅰ 时磁通量大小为 Φ 1 , 在位置 Ⅱ 时磁通量大小为 Φ 2 。规定位置 Ⅱ 相对线圈磁通量为正 , 第一次将金属框由 Ⅰ 平移到 Ⅱ , 穿过线框的磁感线方向没有改变 , 磁通量变化量 ΔΦ 1 = Φ 2 - Φ 1 ; 第二次将金属框绕 cd 边翻转到 Ⅱ , 穿过线框的磁感线的方向发生改变 , 磁通量变化量 ΔΦ 2 = Φ 1 + Φ 2 。所以 : ΔΦ 1 < ΔΦ 2 。故选 A 。 【 核心归纳 】 1. 磁通量的计算 : (1)B 与 S 垂直时 ( 匀强磁场中 ),Φ=BS 。 B 指匀强磁场的磁感应强度 ,S 为线圈的面积。 (2)B 与 S 不垂直时 ( 匀强磁场中 ),Φ=BS ⊥ 。 S ⊥ 为线圈在垂直磁场方向上的投影面积 ,S ⊥ =Ssinθ, 称之为有效面积 , 如图甲所示。或者 Φ=B ⊥ S 。 B ⊥ 为磁感应强度 B 垂直线圈平面方向上的分量 ,B ⊥ =Bsinθ, 如图乙所示。两种计算方法均可得出 Φ=BSsinθ 。 2. 磁通量变化的三种情况 : (1) 磁感应强度 B 不变 , 闭合电路的面积 S 发生变化。如图 a 。 (2) 闭合电路的面积 S 不变 , 磁感应强度 B 发生变化。如图 b 。 (3) 磁感应强度 B 和闭合电路的面积 S 都不变 , 它们之间的夹角 α 发生变化。如图 c 。 3. 磁通量变化量的求法 : 可先规定磁通量的正方向 , 磁通量变化量为末状态磁通量减去初状态磁通量。 【 易错提醒 】 当磁通量方向变为相反方向时 , 可规定末状态磁通量方向为正方向 , 则初状态磁通量为 -Φ 1 , 末状态磁通量为 Φ 2 , 其中 Φ 1 、 Φ 2 分别为初、末状态的磁通量大小 , 因此 , 磁通量变化量 ΔΦ=Φ 2 -(-Φ 1 )=Φ 1 +Φ 2 。 【 过关训练 】 1. 如图所示是等腰直角三棱锥 , 其中侧斜面 abcd 为边长为 L 的正方形 ,abfe 和 ade 均为竖直面 ,dcfe 为水平面。将等腰直角三棱锥按图示方式放置于竖直向下、磁感应强度为 B 的匀强磁场中 , 下面说法中正确的是 ( 　　 ) A. 通过 abcd 面的磁通量大小为 BL 2 B. 通过 dcfe 面的磁通量大小为 BL 2 C. 通过 ade 面的磁通量为零 D. 通过 abfe 面的磁通量大小为 BL 2 【 解析 】 选 C 。通过 abcd 平面的磁通量大小为 Φ = BSsin45 ° = BL 2 ,A 错误 ;dcfe 平面是 abcd 平面在垂 直磁场方向上的投影 , 所以磁通量大小为 BL 2 ,B 错 误 ;ade 面和 abfe 面都与磁场平行 , 没有磁感线穿过这两 个平面 , 所以磁通量为零 ,C 正确 ,D 错误。 2.(2019· 枣庄高二检测 ) 如图所示 , 线圈平面与水平方向夹角 θ=60°, 磁感线竖直向下 , 线圈平面面积 S= 0.4 m 2 , 匀强磁场磁感应强度 B=0.8 T 。把线圈以 cd 为轴顺时针转过 120° 角 , 则通过线圈磁通量的变化量为 ( 　　 ) A.0.16 Wb B.0.32 Wb C.0.48 Wb D.0.64 Wb 【 解析 】 选 C 。开始时穿过线圈的磁通量大小 Φ 1 = BScos θ =0.8 × 0.4 × Wb=0.16 Wb; 把线圈以 cd 为轴 顺时针转过 120 ° 角 , 则通过线圈磁通量大小 Φ 2 =BS= 0.8 × 0.4 Wb=0.32 Wb, 则此过程中磁通量的变化量 : ΔΦ = Φ 1 + Φ 2 =0.48 Wb, 故选 C 。 【 补偿训练 】 1. 关于磁通量 , 下列说法中正确的是 ( 　　 ) A. 穿过某一面积的磁通量为零 , 该处磁感应强度为零 B. 磁场中磁感应强度大的地方 , 磁通量不一定很大 C. 垂直于磁场方向的磁感线条数越多 , 磁通量越大 D. 在磁场中所取平面的面积增大 , 磁通量总是增大的 【 解析 】 选 B 。当磁感线与线圈平行时 , 磁通量为零 , 但 磁感应强度不为零 , 故 A 错误 ; 磁通量表达式为 : Φ = BSsin α , 其中 α 是线圈平面与磁场方向的夹角 , Φ 与 B 、 S 、 α 三个因素有关 , 所以磁感应强度 B 大的地方 , 磁通 量不一定很大 , 故 B 正确。磁通量可以形象说成穿过线 圈的磁感线的条数 , 所以垂直于磁场方向的磁感线条数 越多 , 磁通量不一定越大 , 故 C 错误 ; 在磁场中所取平面的面积增大 , 磁通量不一定增大 , 若平面与磁场方向平行 , 磁通量为零 , 保持不变 , 故 D 错误 , 所以选 B 。 2.(2019· 郑州高二检测 ) 如图所示 , 两个同心放置的共面金属圆环 a 和 b, 一条形磁铁穿过圆心且与环面垂直 , 则穿过两环的磁通量 Φ a 和 Φ b 大小关系为 ( 　　 ) A.Φ a >Φ b B.Φ a <Φ b C.Φ a =Φ b D. 无法比较大小 【 解析 】 选 B 。根据磁感线的分布情况可知 , 磁铁内部穿过环面的磁感线方向向上 , 外部磁感线方向向下。由于磁感线是闭合曲线 , 磁铁内部的磁感线总条数等于磁铁外部磁感线的总条数 , 而磁铁外部磁感线分布在无限大的空间 , 所以穿过环面的磁铁外部向下的磁感线将磁铁内部向上的磁感线抵消一部分 ,b 的面积小 , 抵消较小 , 则磁通量较大 , 所以 Φ b > Φ a 。故选 B 。 二　感应电流产生的条件 【 典例 】 如图所示 , 两个线圈绕在同一个铁环上 , 线圈 A 接直流电源 , 线圈 B 接灵敏电流表 , 下列哪种情况不能使线圈 B 中产生感应电流 世纪金榜导学号 ( 　　 ) A. 将开关 S 接通或断开的瞬间 B. 开关 S 接通一段时间之后 C. 开关 S 接通后 , 改变变阻器滑片的位置时 D. 拿走铁环 , 再做这个实验 , 开关 S 接通或断开的瞬间 【 正确解答 】 选 B 。 A 、 C 、 D 选项符合感应电流的产生条件。而开关 S 接通一段时间之后 ,A 线圈中是恒定电流 , 不能在 B 线圈中产生变化的磁场 , 故不能使 B 线圈中磁通量发生变化而产生感应电流 , 故选 B 。 【 核心归纳 】 (1) 不论什么情况 , 只要满足电路闭合和穿过该电路的磁通量发生变化这两个条件 , 就必然产生感应电流。 (2) 只要产生了感应电流 , 那么电路一定是闭合的 , 穿过该电路的磁通量也一定发生了变化。 【 过关训练 】 1. 如图甲、乙所示。 (1) 穿过两闭合回路的磁通量是否发生改变 ? (2) 两闭合回路中有无感应电流 ? 【 解析 】 (1) 导体棒向右运动过程中 , 闭合回路的面积逐渐增大 , 由 Φ=BΔS 知图甲穿过闭合回路的磁通量发生改变 ; 矩形线框向右运动过程中 , 闭合回路面积和磁感应强度均不改变 , 由 Φ=BS, 知图乙穿过闭合回路的磁通量没有发生改变。 (2) 图甲闭合回路中有感应电流 ; 图乙闭合回路中没有感应电流。 答案 : 见解析 2.(2019· 朝阳区高二检测 ) 下列情况中能产生感应电流的是 ( 　　 ) A. 如图甲所示 , 导体 AB 顺着磁感线运动 B. 如图乙所示 , 条形磁铁插入线圈中不动时 C. 如图丙所示 , 小螺线管 A 置于大螺线管 B 中不动 , 开关 S 一直接通 , 滑动变阻器滑片不动时 D. 如图丙所示 , 小螺线管 A 置于大螺线管 B 中不动 , 开关 S 一直接通 , 在移动变阻器滑片的过程中 【 解析 】 选 D 。如图甲所示 , 导体 AB 顺着磁感线运动 , 不 切割磁感线 , 无感应电流 , 选项 A 错误 ; 如图乙所示 , 条形 磁铁插入线圈中不动时 , 磁通量不变 , 无感应电流产生 , 选项 B 错误 ; 如图丙所示 , 小螺线管 A 置于大螺线管 B 中不 动 , 开关 S 一直接通且滑动变阻器滑片不动时 , 穿过 B 的 磁通量不变 , 无感应电流 , 选项 C 错误 ; 如图丙所示 , 小螺 线管 A 置于大螺线管 B 中不动 , 开关 S 一直接通 , 在移动变阻器滑片的过程中 , 线圈 A 中的电流变化 , 穿过线圈 B 的磁通量变化 , 会有感应电流产生 , 选项 D 正确。 【 补偿训练 】 1. 为观察电磁感应现象 , 某学生将电流表、螺线管 A 和 B 、蓄电池、开关用导线连接成如图所示的实验电路。当接通和断开开关时 , 电流表的指针都没有偏转 , 其原因是 ( 　　 ) A. 开关位置接错 B. 电流表的正、负极接反 C. 线圈 B 的 3 、 4 接头接反 D. 蓄电池的正、负极接反 【 解析 】 选 A 。因感应电流产生的条件是闭合电路中的磁通量发生变化 , 由电路图可知 , 把开关接在 B 与电流表之间 , 因与 1 、 2 接头相连的电路在接通和断开开关时 , 电流不改变 , 所以不可能有感应电流 , 电流表也不可能偏转 , 开关应接在 A 与电源之间。 2.( 多选 ) 在匀强磁场中有两条平行的 金属导轨 , 磁场方向与导轨平面垂直 ; 导轨上有两条可沿导轨自由移动的导 体棒 AB 、 CD, 这两个导体棒的运动速度分别为 v 1 ,v 2 , 如 图所示 , 则下列四种情况 ,AB 棒中有感应电流通过的是 ( 　　 ) A.v 1 >v 2 　　 B.v 1