第4章第一节划时代的发现第二节探究感应电流的产生条件

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高中物理选修 3-2 课件

第 4 章

第一节　划时代的发现

第二节　探究感应电流的产生条件

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第一节　划时代的发现

第二节　探究感应电流的产生条件

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课标定位

学习目标： 1. 了解电磁的相关物理学史及电磁感应现象的发现过程，知道电磁感应现象和感应电流 .

2 ．明确感应电流产生条件的实验探究过程，知道发现“磁生电”的意义和价值．

3 ．理解感应电流的产生条件，并能应用这一条件分析和解决实际问题．

4 ．理解磁通量的概念，掌握其计算方法，会分析判断通过电路的磁通量的变化情况．

(4)

重点难点： 1. 判断磁通量的改变及计算．

2 ．感应电流的产生条件及应用．

(5)

核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练

第二节　探究感应电流的产生条件

课前自主学案

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课前自主学案

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 ________ 发现了电磁感应现象．

奥斯特

法拉第

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二、探究感应电流的产生条件 1 ．实验观察

探究 1 ：导体棒在磁场中运动是否产生电流

图 4 － 1 － 1

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如图 4 － 1 － 1 所示，将导轨、可移动导体 AB 放置在磁场中，并和电流计组成闭合回路，把实验现象记录在下表中 .

实验操作实验现象 ( 有无电流 ) 导体棒静止 ____

导体棒平行磁感线运动 ____

导体棒切割磁感线运动 ____

无无有

(9)

探究 2 ：磁铁在螺线管中运动是否产生电流

图 4 － 1 － 2

(10)

如图 4 － 1 － 2 所示，将螺线管与电流计组成闭合回路，把条形磁铁插入或拔出螺线管，实验现象如下：

实验操作实验现象 ( 有无电

流 )

( 实验操作有无电流 ) 实验现象

N 极插入线

圈 ___ S 极插入线圈 ___

N 极停在线

圈中 ___ S 极停在线圈中 ___

N 极从线圈

中抽出 ___ S 极从线圈中抽出 ___

有无

有有

有无

(11)

探究 3 ：模拟法拉第的实验

如图 4 － 1 － 3 所示，线圈 A 通过变阻器和开关连接到电源上，线圈 B 的两端连到电流表上，把线圈 A 装在线圈 B 的里面，实验现象如下：

图 4 － 1 － 3

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实验操作实验现象

( 线圈 B 中有无电流 )

开关闭合 ___

开关断开 ___

开关闭合时，滑动变阻器

不动 ___

开关闭合时，迅速移动滑

动变阻器的滑片 ___

有

无有

有

(13)

2. 分析论证

探究实验 1 中，磁场的强弱不变，但是导体棒切割磁感线运动使闭合导体回路包围的面积在 _____

.

探究实验 2 中，将磁铁插入或抽出时，线圈中磁场发生 _____.

变化变化

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探究实验 3 中，将开关闭合或断开及改变滑动变阻器的滑片的位置，使 A 中电流变化时，电流产生的磁场也在 _____ ，通过 B 线圈的磁场强弱也在 ___

__.

3 ．归纳结论

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．

变化变化

闭合发生变化

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核心要点突破

一、正确理解磁通量的概念

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 ，把 B 与 S 的乘积叫做穿过这个面的磁通量．

1 ． S 是指闭合回路中磁场所处的那部分有效面积

如图 4 － 1 － 4 所示，若闭合电路 abcd 和 ABCD 所在平面均与匀强

磁场 B 垂直，面积分别为 S₁ 和 S₂ ，图 4 － 1

－ 4

(16)

且 S₁ ＞ S₂ ，但磁场区域恰好只有 ABCD 那么大

，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．

2 ．磁感应强度与平面不垂直时，求磁通量的方法

(1) 将磁感应强度 B 向与平面垂直的方向和与平面平行的方向分解．

(2) 将平面向垂直磁感应强度 B 的平面投影．

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即时应用 ( 即时突破，小试牛刀 )

1 ．如图 4 － 1 － 5 所示，一个矩形线圈与通有相同大小的电流的平行直导线处于同一平面，而且处在两导线的中央，则 ( 　　 )

A ．两电流同向时，穿过线圈的磁通量为零

B ．两电流反向时，穿过线圈的磁

通量为零图 4 － 1

－ 5

(19)

C ．两电流同向或反向，穿过线圈的磁通量都相等 D ．两电流产生的磁场是不均匀的，不能判定穿过线圈的磁通量是否为零

解析：选 A. 根据安培定则，两电流同向时，它们在线圈处产生的磁场反向，穿过线圈的磁通量为零

；两电流反向时，它们在线圈处产生的磁场同向，

穿过线圈的磁通量不为零，故选项 A 正确．

(20)

二、感应电流有无的判断

感应电流产生的必要条件是穿过闭合导体回路的磁通量发生变化，所以判断感应电流有无时：

1 ．明确电路是否为闭合电路．

2 ．判断穿过回路的磁通量是否发生变化．穿过闭合电路的磁通量发生变化，大致有以下几种情况：

(1) 磁感应强度 B 不变，线圈有效面积 S 发生变化

，例如闭合电路的一部分导体切割磁感线时．

(21)

(2) 线圈有效面积 S 不变，磁感应强度 B 发生变化，

例如线圈与磁体之间发生相对运动时或者磁场是由通电螺线管产生而螺线管中的电流变化．

(3) 磁感应强度 B 和回路有效面积 S 同时发生变化，

此时可由 ΔΦ ＝ Φ_t － Φ₀ 计算并判断磁通量是否变化 .

(4) 线圈有效面积 S 不变，磁感应强度 B 也不变，但二者之间的夹角发生变化，例如线圈在磁场中转动时 .

特别提醒：导体切割磁感线不是在导体中产生感应电流的充要条件，归根结底还得要看穿过闭合导体回路的磁通量是否发生变化．

(22)

即时应用 ( 即时突破，小试牛刀 )

2 ． (2011 年广州高二检测 ) 如图 4 － 1 － 6 所示

，能产生感应电流的是 ( 　　 ) A ．磁铁向下运动

B ．磁铁停在线圈中不动 C ．磁铁向上运动

D ．只要有磁铁就一定有电流图 4 － 1 － 6

(23)

解析：选 AC. 磁铁向上或向下运动时，线圈中的磁感应强度变化，穿过线圈的磁通量变化，线圈中产生感应电流， A 、 C 正确；磁铁停在线圈中不动时，线圈中磁通量不变，不产生感应电流， B 、 D 错误．

(24)

　　　　　　一磁感应强度为 B 的匀强磁场方向水平向右 , 一面积为 S 的矩形线圈 abcd 如图 4 － 1 － 7 所示放置 , 平面 abcd 与竖直方向成 θ 角，将 abcd 绕 ad 轴转 180° 角，则穿过线圈平面的磁通量的变化量为

( 　　 )

A ． 0 　　　　 B ． 2BS

C ． 2BScosθ　　 D ． 2BSsinθ

课堂互动讲练

磁通量变化量的分析与计算

例例 11

图 4 － 1

－ 7

(25)

【思路点拨】　磁通量的变化量即穿过这一平面的初、末两状态的磁通量之差．

【精讲精析】　开始时穿过线圈平面的磁通量为：

Φ₁ ＝ BScosθ. 则后来穿过线圈平面的磁通量为： Φ

2 ＝－ BScosθ

则磁通量的变化量为： ΔΦ ＝ |Φ₂ － Φ₁| ＝ 2BScos θ.

(26)

【答案】　 C

【规律总结】　磁通量不仅有大小而且有方向，但它是个标量，这一点如同电流．所以我们在计算磁通量的变化量时，关键搞清楚初、末两状态的磁通量的方向关系．

(27)

变式训练 1 　如图 4 － 1 － 8 所示，通有恒定电流的导线 MN 与闭合金属线框共面，第一次将金属线框由Ⅰ平移到Ⅱ，第二次将金属线框绕 cd 边翻转到Ⅱ，设先后两次通过金属框的磁通量变化分别为 ΔΦ₁ 和 ΔΦ₂ ，则 ( 　　 )

A ． ΔΦ₁ ＞ ΔΦ₂ 　　　　 B ． ΔΦ₁ ＝ ΔΦ₂

C ． ΔΦ₁ ＜ ΔΦ₂　　

D ．不能判断图 4 － 1 － 8

(28)

解析：选 C. 设线框在位置Ⅰ时的磁通量为 Φ₁ ，在位置Ⅱ时的磁通量为 Φ_Ⅱ ，直线电流产生的磁场在

Ⅰ处比在Ⅱ处要强， Φ_Ⅰ ＞ Φ_Ⅱ.

将线框从Ⅰ平移到Ⅱ，磁感线是从线框的同一面穿过的，所以 ΔΦ₁ ＝ |Φ_Ⅱ － Φ_Ⅰ| ＝ Φ_Ⅰ － Φ_Ⅱ ；将线框从Ⅰ绕 cd 边转到Ⅱ，磁感线分别是从线框的正反两面穿过的，所以 ΔΦ₂ ＝ |( － Φ_Ⅱ) － Φ_Ⅰ| ＝ Φ_Ⅰ

＋ Φ_Ⅱ( 以原来穿过的为正，则后来从另一面穿过的为负 ) ．故正确选项为 C.

(29)

　　　　　　如图 4 － 1 － 9 所示，直导线中通以电流 I ，矩形线圈与通电直导线共面，下列情况中能产生感应电流的是 ( 　　 )

A ．电流 I 增大时 B ．线圈向右平动 C ．线圈向下平动

D ．线圈绕 ab 边转动

感应电流有无的判断

例例 22

图 4 － 1 － 9

(30)

【思路点拨】　首先弄清直线电流周围磁感线的分布特点，然后再判断磁通量是否变化．

【自主解答】　 I 增大引起直导线周围磁场增强，

使回路中磁通量增加，产生感应电流，故 A 对；因远离导线，线圈所在处磁场减弱，磁通量变小，回路中产生感应电流，故 B 对；线框向下平动，穿过回路的磁通量不变，无感应电流产生，故 C 错；线圈绕 ab 边转动时，由于线圈与磁感线夹角变化引起磁通量变化，产生感应电流，故 D 错．

(31)

【答案】　 ABD

【规律总结】　判定感应电流有无的关键是：

正确分析磁铁或者电流所产生的磁感线在周围空间的分布．

(32)

变式训练 2 　如图 4 － 1 － 10 所示， L 为一根无限长的通电直导线， M 为一金属环， L 通过 M 的圆心并与 M 所在的平面垂直，且通以向上的电流 I ，则

( 　　 )

A ．当 L 中的电流发生变化时，

环中有感应电流

B ．当 M 左右平移时，环中有感应电流

图 4 － 1 － 1 0

(33)

C ．当 M 保持水平，在竖直方向上下移动时环中有感应电流

D ．只要 L 与 M 保持垂直，则以上几种情况，环中均无感应电流

解析：选 D. 题图中金属环所在平面与磁感线平行

，穿过金属环的磁通量为零．无论 I 变化，还是 M 上下移动或左右平移，金属环所在平面一直保持与磁感线平行，磁通量一直为零，不产生感应电流，

D 正确．

(34)

　　　　　　麦克风是常用的一种电子设备，它的内部是一个小型传感器，把声音信号转变成电信号．它的种类比较多，如图 4 － 1 － 11 所示为动圈式话筒简图 , 它的工作原理是在弹性膜片后面粘接一个轻小的金属线圈，该线圈处在柱形永磁体的辐射状磁场中，当声音使膜片振动时，就能将声音信号转变成电信号，下列说法正确的是 ( 　　 )

电磁感应现象的应用

例例 33

(35)

A ．该传感器是根据电流的磁效应工作的 B ．该传感器是根据电磁感应现象工作的 C ．膜片振动时，线圈内不会产生感应电流 D ．膜片振动时，线圈内会产生感应电流

图 4 － 1 － 11

(36)

【精讲精析】　当声音使膜片振动时，膜片后的金属线圈随之振动，线圈就会切割永磁体磁场的磁感线，产生感应电流，声音的强弱不同，产生的感应电流的强弱也就不同，从而将声音信号转变成电信号，这就是电磁感应现象，所以，选项 B 、 D 正确 .

【答案】　 BD

(37)

【规律总结】　话筒是利用电磁感应现象制成的，

除此之外在我们的生产与生活中还有很多常见的利用电磁感应现象制成的仪器，比如：磁带录音机、

汽车车速表、发电机等等，有兴趣的同学可以自行去研究．

第4章 第一节 划时代的发现 第二节 探究感应电流的产生条件

第 4 章

第一节 划时代的发现

第二节 探究感应电流的产生条件

第一节 划时代的发现

第二节 探究感应电流的产生条件

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第一节　划时代的发现

第二节　探究感应电流的产生条件

第一节　划时代的发现

第二节　探究感应电流的产生条件