高中物理人教選修11課件3.1電磁感應現(xiàn)象

1、第三章 電磁感應,一、電磁感應現(xiàn)象,1.收集有關物理學史資料,了解電磁感應現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程,體會人類探索自然規(guī)律的科學方法、科學態(tài)度和科學精神。 2.知道磁通量,會比較“穿過不同閉合電路磁通量”的大小。 3.通過實驗,了解感應電流的產(chǎn)生條件。,一,二,三,一、劃時代的發(fā)現(xiàn) 電磁感應現(xiàn)象是英國物理學家法拉第在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應的啟發(fā)下,經(jīng)過十年的不懈努力發(fā)現(xiàn)的。,一,二,三,二、電磁感應現(xiàn)象 1.概念 (1)電磁感應現(xiàn)象:閉合電路的一部分在磁場中做切割磁感線的運動時,導體中就產(chǎn)生電流,這種由磁產(chǎn)生電的現(xiàn)象叫電磁感應現(xiàn)象。 (2)感應電流:電磁感應現(xiàn)象中所產(chǎn)生的電流叫感應電流。 2.產(chǎn)生感應電流的

2、條件:只要穿過閉合電路的磁通量變化,閉合電路就有電流產(chǎn)生。 3.本質(zhì):磁生電。,一,二,三,奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應以后,瑞士科學家科拉頓就一直做“磁生電”的實驗,他的代表性實驗是:把磁鐵插入線圈中,看看是否有感應電流產(chǎn)生。為了排除磁鐵移動對靈敏電流計的影響,他把電流計放在隔壁的房間里面,一切準備就緒,他把磁鐵插入線圈中,然后急忙奔向隔壁,看看電流計的指針偏轉(zhuǎn)了沒有,結(jié)果總是大失所望。法拉第在科拉頓的啟發(fā)下,重做磁鐵插入線圈的實驗,發(fā)現(xiàn)電流計的指針擺動了。一個劃時代的偉大發(fā)現(xiàn)就這樣從科拉頓的鼻尖下溜走,落在了法拉第的頭上。請你思考一下,科拉頓的實驗為什么沒有成功? 提示:將磁鐵插入線圈的過程中,

3、有感應電流產(chǎn)生,當他奔向隔壁時,磁鐵已停在線圈中,磁通量不再變化,剛才產(chǎn)生的感應電流已不復存在,當然看不到指針擺動了。,一,二,三,三、磁通量 穿過某一個閉合回路的磁通量的大小用穿過磁感線條數(shù)的多少來表示,與回路的面積和磁場的磁感應強度的大小有關。 請實踐一次“探雷”活動:在一塊較大的硬紙板下面放置一根條形磁鐵充當“地雷”。你能借助幾匝銅線圈與一個靈敏電流計組裝成探雷器,確定“地雷”的位置嗎? 提示:能。銅線圈通過條形磁鐵上方時,穿過銅線圈的磁通量變化會在線圈中產(chǎn)生感應電流,所以可以通過靈敏電流計指針的轉(zhuǎn)動確定“地雷”的位置。,一,二,三,一、對磁通量的認識 1.磁通量定義 穿過某一面積的磁感

4、線的條數(shù),叫作穿過這個面積的磁通量。 (1)磁通量簡稱磁通,磁通量的符號是。 (2)磁通量是標量。 2.磁通量的計算 (1)穿過垂直于磁感應強度方向的單位面積的磁感線的條數(shù),表示磁感應強度B。 (2)當面積S和磁感應強度垂直,且在勻強磁場中時,通過S的磁通量為=BS(如圖甲所示)。,一,二,三,(3)在勻強磁場中,若某個面積與磁感應強度方向不垂直,計算磁通量時,應先找出垂直于磁感線方向的面積。如圖乙中,平面abcd與豎直方向間夾角為,則水平方向的勻強磁場穿過面積abcd的磁通量應為 =BScos 。 Scos 即是面積S在垂直于磁感線方向的投影,我們稱之為有效面積。 (4)如果一個線圈有n匝,

5、線圈平面的面積為S,當線圈垂直放置于磁感應強度為B的勻強磁場中時,穿過線圈的磁通量應為 =BS(與匝數(shù)n無關)。 (5)當空間中有不同強弱、方向的磁場同時存在時,通過某個面的磁通量等于各個磁場產(chǎn)生的磁通量的代數(shù)和,即 =1+2+,一,二,三,3.磁通量的單位 在國際單位制中,磁通量的單位是韋伯,簡稱韋,符號是Wb。 1 Wb=1 Tm2 4.磁通量的變化量 (1)表達式:=2-1。 式中2為變化后的磁通量,1為初始狀態(tài)時的磁通量,該式為標量式。 (2)磁通量的正負:磁通量雖然有正負,但它是一個標量。它的正負是這樣規(guī)定的:任何一個面都有正、反兩面,規(guī)定磁感線從正面穿入磁通量為正,則磁感線從反面穿

6、入時磁通量為負,在求總的磁通量時要注意它們的正負。、的符號不同于矢量,不表示方向,當然也不表示大小,而是為了計算方便而引入的。 0表示磁通量增加。0表示磁通量減少。,一,二,三,特別提醒當不同的磁感線沿相反方向穿過同一平面,且正向磁感線條數(shù)為1,反向磁感線條數(shù)為2,則磁通量等于穿過該平面的磁感線的凈條數(shù),即=1-2,該磁通量稱為合磁通量。,一,二,三,二、理解產(chǎn)生感應電流的條件 1.不論用什么方法,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電流產(chǎn)生。 2.其條件可以歸納為兩個:一個是電路本身的屬性,即電路必須是閉合電路;另一個是穿過電路本身的磁通量發(fā)生變化,其主要內(nèi)涵是體現(xiàn)在“變化”

7、二字上。電路中有沒有磁通量不是產(chǎn)生感應電流的條件,如果穿過電路的磁通量很大但不變化,那么也不會產(chǎn)生感應電流。使穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化,大致有如下幾種情況: (1)磁感應強度B不變,閉合電路的面積S發(fā)生變化,=BS=B(S2-S1)。 (2)閉合電路的面積S不變,而閉合回路在非勻強磁場中運動的位置發(fā)生變化,引起回路所在處的磁感應強度不同。,一,二,三,(3)閉合電路的面積不變,但面積S與磁感應強度B的夾角改變而引起磁通量變化。 (4)閉合電路的面積不變、在磁場中位置不變,而磁感應強度隨時間t發(fā)生變化。,一,二,三,三、產(chǎn)生電磁感應的常見類型 1.閉合電路的一部分導體做切割磁感線運動 如圖丙

8、所示,導體AB做切割磁感線運動時,線路中有電流產(chǎn)生,而若導體AB沿著磁感線方向運動時,線路中無電流產(chǎn)生。,一,二,三,2.磁鐵在線圈中運動 如圖丁所示,條形磁鐵插入或拔出線圈時,線圈中有電流產(chǎn)生,但磁鐵在線圈中靜止不動時,線路中無電流產(chǎn)生。 3.改變螺線管AB中的電流 如圖戊所示,將小螺線管AB插入大螺線管CD中不動,當開關S閉合或斷開時,電流計中有電流通過;若開關S一直閉合,當改變滑動變阻器的阻值時,電流計中也有電流通過。,一,二,三,特別提醒 導體做切割磁感線運動時,必須突出“一部分導體”。如圖所示,線框abcd向右運動,在ab邊進入磁場時,線框中僅有ab這一部分導體切割磁感線,線框內(nèi)會有

9、感應電流;一旦整個線框全部進入磁場繼續(xù)向右運動時,線框內(nèi)磁通量不再變化,也就沒有感應電流。所以,關鍵是抓住磁通量有無變化來判斷。,類型一,類型二,磁通量變化的判斷 【例1】兩圓環(huán)A、B同心放置且半徑 RARB,將一條形磁鐵置于兩環(huán)圓心處,且與圓環(huán)平面垂直,如圖所示,則穿過A、B兩圓環(huán)的磁通量的大小關系為() A.ABB.A=B C.ABD.無法確定,類型一,類型二,解析:條形磁鐵的磁感線是閉合曲線,在磁鐵外部從N極出發(fā)到S極,在內(nèi)部從S極到N極,所以磁鐵內(nèi)部的磁感線全部穿過兩圓環(huán),且方向向上,外部的磁感線部分穿過兩圓環(huán),方向向下,而且面積越大外部磁感線穿過圓環(huán)的越多,穿過兩圓環(huán)的磁通量均為合磁

10、通量,所以圓環(huán)面積越小,合磁通量越大。 答案:C 題后反思磁通量發(fā)生變化的因素: (1)磁感應強度B發(fā)生變化。 (2)線圈的面積S發(fā)生變化。 (3)磁感應強度B與面積S之間的夾角發(fā)生變化。,類型一,類型二,產(chǎn)生感應電流的條件 【例2】如圖所示,豎直放置的長直導線通有恒定電流,有一矩形線框與導線在同一平面內(nèi),在下列情況中,線框能產(chǎn)生感應電流的是() A.導線中電流變大 B.線框向右平動 C.線框向下平動 D.線框以ab邊為軸轉(zhuǎn)動 E.線框以直導線為軸轉(zhuǎn)動,類型一,類型二,解析:選項A中,因I增大而引起導線周圍的磁場增強,使穿過線框的磁通量增大,線框中產(chǎn)生感應電流,故選項A正確。選項B中,因距離直導線越遠,磁感線分布越疏(如圖甲所示),因此線框向右平動時,穿過線框的磁通量變小,線框中產(chǎn)生感應電流,故選項B正確。,類型一,類型二,選項C中,由圖甲可知,線框向下平動時穿過線框的磁通量不變,故選項C錯誤。選項D可用一些特殊位置來分析。當線框在圖甲所示位置時,穿過線框的磁通量最大;當線框轉(zhuǎn)過90時,穿過線框的磁通量為零,因此可以判定線框以ab邊為軸轉(zhuǎn)動時磁通量一定變化,故選項