物理選修3-2魯科版1.1磁生電的探索

第1節(jié)磁生電的探索1整理ppt1．了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過程，體會(huì)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(shí)驗(yàn)，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(jì)算．4．能夠運(yùn)用感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件判斷感應(yīng)電流能否產(chǎn)生．2整理ppt奧斯特

法拉第3整理ppt電磁感應(yīng)

4整理ppt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(chǎng)中運(yùn)動(dòng)是否產(chǎn)生電流如圖1－1－1所示，將可移動(dòng)導(dǎo)體AB放置在磁場(chǎng)中，并和電流表組成閉合回路．實(shí)驗(yàn)過程及現(xiàn)象如下：5整理ppt實(shí)驗(yàn)結(jié)論閉合電路包圍的面積變化時(shí)，有電流產(chǎn)生；閉合電路包圍的面積不變時(shí)，無電流產(chǎn)生．實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(有無電流)導(dǎo)體棒靜止

導(dǎo)體棒平行磁感線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體棒切割磁感線運(yùn)動(dòng)無無有6整理ppt【探究2】磁鐵在螺線管中運(yùn)動(dòng)是否產(chǎn)生電流如圖1－1－2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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：7整理ppt實(shí)驗(yàn)結(jié)論線圈中的磁場(chǎng)變化時(shí)，有感應(yīng)電流；線圈中的磁場(chǎng)不變時(shí)，無感應(yīng)電流．實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)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無無8整理ppt【探究3】模擬法拉第的實(shí)驗(yàn)如圖1－1－3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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下：9整理ppt實(shí)驗(yàn)結(jié)論線圈A產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化時(shí)，線圈B中產(chǎn)生感應(yīng)電流；線圈A產(chǎn)生的磁場(chǎng)不變時(shí)，線圈B中無感應(yīng)電流．實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(線圈B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(shí)，滑動(dòng)變阻器不動(dòng)開關(guān)閉合時(shí)，迅速移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片有有有無10整理ppt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.11整理ppt一、磁通量及其變化1．磁通量的計(jì)算(1)B與S垂直時(shí)：Φ＝BS，B指勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，S為線圈的面積．如圖1－1－4(a)．(2)B與S不垂直時(shí)：Φ＝BS⊥＝B⊥S，S⊥為線圈在垂直磁場(chǎng)方向上的投影面積．B⊥為B在垂直于S方向上的分量．如圖1－1－4(b)．12整理ppt(3)某線圈所圍面積內(nèi)有不同方向的磁場(chǎng)時(shí)分別計(jì)算不同方向的磁場(chǎng)的磁通量，然后規(guī)定某個(gè)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1－1－4(c)．13整理ppt2．磁通量的變化磁通量的變化：大致可分為以下幾種情況：①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1－1－5(a)．②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1－1－5(b)．③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1－1－5(c)．14整理ppt3．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局部磁通量的代數(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(shí)指不同方向的磁感線的條數(shù)差)是相對(duì)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．假設(shè)磁通量發(fā)生變化，那么產(chǎn)生感應(yīng)電流，假設(shè)磁通量無變化，就沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生，對(duì)于非勻強(qiáng)磁場(chǎng)的情況，利用這種方法更為直觀和方便．15整理ppt二、對(duì)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(shí)，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1－1－6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(chǎng)方向在同一平面內(nèi)而沒有切割磁感線．16整理ppt(2)即使導(dǎo)體真“切割〞了磁感線，也不能保證就能產(chǎn)生感應(yīng)電流．如圖1－1－7所示，對(duì)于圖甲，盡管導(dǎo)體“切割〞了磁感線(勻強(qiáng)磁場(chǎng))，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(duì)于圖乙，導(dǎo)體框的一局部導(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(duì)于圖丙，閉合導(dǎo)體在非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，切割了磁感線，同時(shí)穿過線框的磁感線條數(shù)減少，線框中有感應(yīng)電流．17整理ppt(3)即使是閉合電路的局部導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)，也不能保證一定存在感應(yīng)電流，如圖1－1－8所示，線框abcd的一局部在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中上下平動(dòng)，盡管是局部切割，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的磁通量是否發(fā)生變化．18整理ppt教材資料分析迷你實(shí)驗(yàn)室制作一塊直徑為20cm的圓形鋁片，在中心鉆一個(gè)小孔，穿上一個(gè)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(gè)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1－11所示)．19整理ppt從電流計(jì)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(gè)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(shí)候，觀察電流計(jì)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(diǎn)撥對(duì)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(dòng)時(shí)，這些導(dǎo)線在蹄形磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)中切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流．當(dāng)在電路中連接電流表或者小燈泡時(shí)，電流表指針會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，小燈泡會(huì)發(fā)光．20整理ppt【典例1】如圖1－1－9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(shí)線位置在水平面內(nèi)向右平動(dòng)逐漸移動(dòng)到虛線位置，穿過線框的磁通量如何變化？21整理ppt解析直線電流I產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁感線的形狀是以導(dǎo)線上的點(diǎn)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(dòng)，可分為三個(gè)階段．第一階段，從實(shí)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(diǎn)連線與直導(dǎo)線重合時(shí)，磁通量為零)后增大．第三階段，從ad邊離開直導(dǎo)線向右運(yùn)動(dòng)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．22整理ppt借題發(fā)揮(1)有相反方向的磁場(chǎng)穿過某一面的磁通量的判斷：首先弄清哪個(gè)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．23整理ppt【變式1】如圖1－1－10所示，ab是水平面上一個(gè)圓的直徑，在過ab的豎直平面內(nèi)有一根通電導(dǎo)線ef.ef平行于ab，當(dāng)ef豎直向上平移時(shí)，ef中的電流I產(chǎn)生的磁場(chǎng)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24整理ppt解析利用安培定那么判斷直線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，考慮到磁場(chǎng)具有對(duì)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，應(yīng)選C.答案C25整理ppt【典例2】如圖1－1－11所示，有一個(gè)100匝的線圈，其橫截面是邊長為L＝0.20m的正方形，放在磁感應(yīng)強(qiáng)度B＝0.50T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，線圈平面與磁場(chǎng)垂直．假設(shè)將這個(gè)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)，那么在這一過程中穿過線圈的磁通量改變了多少？26整理ppt27整理ppt答案5.5×10－3Wb借題發(fā)揮磁通量Φ＝BS的計(jì)算有幾點(diǎn)要注意：(1)S是指閉合回路中包含磁場(chǎng)的那局部的有效面積；(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ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受線圈匝數(shù)的影響．所以，直接用公式求Φ、ΔΦ時(shí)，不必去考慮線圈匝數(shù)n.28整理ppt【變式2】邊長L＝10cm的正方形線框，固定在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與線框平面間的夾角θ＝30°，如圖1－1－12所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間變化的規(guī)律為B＝(2＋3t)T，那么第3s內(nèi)穿過線框的磁通量的變化量ΔΦ為多少？29整理ppt解析閉合電路的面積S不變，B變化，只要求出第3s始末的磁通量之差，即可求出ΔΦ.第3s內(nèi)就是從2s末到3s末，由于2s末的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1＝(2＋3×2)T＝8T,3s末的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2＝(2＋3×3)T＝11T.根據(jù)公式ΔΦ＝ΔBSsinθ＝(11－8)×0.12×sin30°Wb＝1.5×10－2Wb.答案1.5×10－2Wb30整理ppt【典例3】(湛江高二檢測(cè))如圖1－1－13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)電流的以下說法中，正確的選項(xiàng)是()．A．當(dāng)磁鐵向紙面外平移時(shí)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流B．當(dāng)磁鐵向上平移時(shí)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流C．當(dāng)磁鐵向下平移時(shí)，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(dòng)時(shí)，線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流31整理ppt解析由條形磁鐵周圍磁感線的分布特點(diǎn)可知，當(dāng)磁鐵平動(dòng)時(shí)，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(cuò)；當(dāng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(duì)．答案D借題發(fā)揮此題應(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(chǎng)時(shí)，應(yīng)把握幾點(diǎn)：(1)要明確條形磁鐵產(chǎn)生磁場(chǎng)的磁感線分布特點(diǎn)．(2)穿過線圈的磁通量也包括磁鐵內(nèi)部的磁感線．32整理ppt【變式3】(臺(tái)州高二檢測(cè))如圖1－1－14所示的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一個(gè)矩形閉合導(dǎo)線框，在以下四種情況下，線框中會(huì)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(chǎng)中左右運(yùn)動(dòng)B．線框平面始終與磁感線平行，線框在磁場(chǎng)中上下運(yùn)動(dòng)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(dòng)D．線框繞位于線框平面內(nèi)且與磁感線平行的軸線CD轉(zhuǎn)動(dòng)33整理ppt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(dòng)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(dòng)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(xiàng)正確．答案C34整理ppt磁通量的變化定性分析1．如圖1－1－15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，以下組合中，切斷直導(dǎo)線中的電流時(shí)，穿過閉合回路中磁通量變化的是(圖①②③中直導(dǎo)線都與圓形線圈在同一平面內(nèi)，O點(diǎn)為線圈的圓心，圖④中直導(dǎo)線與圓形線圈平面垂直，并與其中心軸重合)()．A．①② B．②③ C．③④ D．②④35整理ppt解析通電直導(dǎo)線周圍空間的磁場(chǎng)是非勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感線是在垂直于導(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①中磁通量、④中磁通量一直為零，②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(shí)，總磁通量不為零，切斷直導(dǎo)線中電流時(shí)，磁通量變?yōu)榱悖壑芯€圈有向外的磁通量，切斷直導(dǎo)線中電流時(shí)，磁通量變?yōu)榱悖蔅正確．答案B36整理ppt2.如圖1－1－16所示，a、b、c三個(gè)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(shí)，穿過它們的磁通量分別為Φa、Φb、Φc，那么()．A．Φa＜Φb＜Φc B．Φa＞Φb＞ΦcC．Φa＜Φc＜Φb D．Φa＞Φc＞Φb37整理ppt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)；假設(shè)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(shí)，穿過a、b、c三個(gè)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Φa＞Φb＞Φc.選項(xiàng)B正確．答案B38整理ppt磁通量及變化的定量計(jì)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(chǎng)中，磁場(chǎng)方向與線框面成θ角如圖1－1－17所示，當(dāng)線框以ab為軸順時(shí)針轉(zhuǎn)90°時(shí)，穿過abcd面的磁通量的變化量ΔΦ＝________.39整理ppt解析開始時(shí)與線框面成θ角，磁通量為Φ1＝BSsinθ；線框面按題意方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，磁通量減少，當(dāng)轉(zhuǎn)90°時(shí)，磁通量變?yōu)椤柏?fù)〞值，那么Φ2＝—BScosθ.可見，磁通量的變化量為ΔΦ＝|Φ2－Φ1|＝|—BScosθ－BSsinθ|＝BS(cosθ＋sinθ)．答案BS(cosθ＋sinθ)40整理ppt4.如圖1－1－18所示，有一個(gè)垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B＝0.8T，磁場(chǎng)有明顯的圓形邊界，圓心為O，半徑為1cm.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1cm,10匝；D線圈半徑為2cm,1匝；C線圈半徑為0.5cm，1匝；問：(1)在磁感應(yīng)強(qiáng)度B減少為0.4T的過程中，A和D中的磁通量改變了多少？(2)當(dāng)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過30°角的過程中，C中的磁通量改變了多少？41整理ppt解析(1)對(duì)A線圈，Φ1＝B1πr2，Φ2＝B2πr2.故磁通量改變量：|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2Wb＝1.256×10－4Wb.對(duì)D線圈，|Φ2－Φ1|＝(0.8－0.4)×3.14×(1×10－2)2Wb＝1.256×10－4Wb.(2)對(duì)C線圈，Φ1＝Bπr2，磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過30°，線圈面積在垂直磁場(chǎng)方向上的投影為πr2cos30°，那么Φ2＝Bπr2cos30°.故磁通量改變量：|Φ2－Φ1|＝Bπ2r(1－cos30°)＝0.8×3.14×(5×10－3)2×(1－0.866)Wb＝8.4×10－6Wb.答案(1)1.256×10－4Wb1.256×10－4Wb(2)8.4×10－6Wb42整理ppt產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件5．在圖1－1－19所示的直角坐標(biāo)系中，矩形導(dǎo)線框的兩個(gè)對(duì)稱軸在y軸和z軸上，所在的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與y軸平行，當(dāng)線框分別繞x、y、z軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，哪種情況線框中有感應(yīng)電流？43整理p