高中物理人教選修11課件3.1電磁感應(yīng)現(xiàn)象

1、第三章 電磁感應(yīng),一、電磁感應(yīng)現(xiàn)象,1.收集有關(guān)物理學(xué)史資料,了解電磁感應(yīng)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)過(guò)程,體會(huì)人類探索自然規(guī)律的科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。 2.知道磁通量,會(huì)比較“穿過(guò)不同閉合電路磁通量”的大小。 3.通過(guò)實(shí)驗(yàn),了解感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件。,一,二,三,一、劃時(shí)代的發(fā)現(xiàn) 電磁感應(yīng)現(xiàn)象是英國(guó)物理學(xué)家法拉第在奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的啟發(fā)下,經(jīng)過(guò)十年的不懈努力發(fā)現(xiàn)的。,一,二,三,二、電磁感應(yīng)現(xiàn)象 1.概念 (1)電磁感應(yīng)現(xiàn)象:閉合電路的一部分在磁場(chǎng)中做切割磁感線的運(yùn)動(dòng)時(shí),導(dǎo)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(yīng)現(xiàn)象。 (2)感應(yīng)電流:電磁感應(yīng)現(xiàn)象中所產(chǎn)生的電流叫感應(yīng)電流。 2.產(chǎn)生感應(yīng)電流的

2、條件:只要穿過(guò)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(yīng)以后,瑞士科學(xué)家科拉頓就一直做“磁生電”的實(shí)驗(yàn),他的代表性實(shí)驗(yàn)是:把磁鐵插入線圈中,看看是否有感應(yīng)電流產(chǎn)生。為了排除磁鐵移動(dòng)對(duì)靈敏電流計(jì)的影響,他把電流計(jì)放在隔壁的房間里面,一切準(zhǔn)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(jì)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(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)電流計(jì)的指針擺動(dòng)了。一個(gè)劃時(shí)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(qǐng)你思考一下,科拉頓的實(shí)驗(yàn)為什么沒有成功? 提示:將磁鐵插入線圈的過(guò)程中,

3、有感應(yīng)電流產(chǎn)生,當(dāng)他奔向隔壁時(shí),磁鐵已停在線圈中,磁通量不再變化,剛才產(chǎn)生的感應(yīng)電流已不復(fù)存在,當(dāng)然看不到指針擺動(dòng)了。,一,二,三,三、磁通量 穿過(guò)某一個(gè)閉合回路的磁通量的大小用穿過(guò)磁感線條數(shù)的多少來(lái)表示,與回路的面積和磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小有關(guān)。 請(qǐng)實(shí)踐一次“探雷”活動(dòng):在一塊較大的硬紙板下面放置一根條形磁鐵充當(dāng)“地雷”。你能借助幾匝銅線圈與一個(gè)靈敏電流計(jì)組裝成探雷器,確定“地雷”的位置嗎? 提示:能。銅線圈通過(guò)條形磁鐵上方時(shí),穿過(guò)銅線圈的磁通量變化會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電流,所以可以通過(guò)靈敏電流計(jì)指針的轉(zhuǎn)動(dòng)確定“地雷”的位置。,一,二,三,一、對(duì)磁通量的認(rèn)識(shí) 1.磁通量定義 穿過(guò)某一面積的磁感

4、線的條數(shù),叫作穿過(guò)這個(gè)面積的磁通量。 (1)磁通量簡(jiǎn)稱磁通,磁通量的符號(hào)是。 (2)磁通量是標(biāo)量。 2.磁通量的計(jì)算 (1)穿過(guò)垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度方向的單位面積的磁感線的條數(shù),表示磁感應(yīng)強(qiáng)度B。 (2)當(dāng)面積S和磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直,且在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí),通過(guò)S的磁通量為=BS(如圖甲所示)。,一,二,三,(3)在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,若某個(gè)面積與磁感應(yīng)強(qiáng)度方向不垂直,計(jì)算磁通量時(shí),應(yīng)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(qiáng)磁場(chǎng)穿過(guò)面積abcd的磁通量應(yīng)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(gè)線圈有n匝,

5、線圈平面的面積為S,當(dāng)線圈垂直放置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí),穿過(guò)線圈的磁通量應(yīng)為 =BS(與匝數(shù)n無(wú)關(guān))。 (5)當(dāng)空間中有不同強(qiáng)弱、方向的磁場(chǎng)同時(shí)存在時(shí),通過(guò)某個(gè)面的磁通量等于各個(gè)磁場(chǎng)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(guó)際單位制中,磁通量的單位是韋伯,簡(jiǎn)稱韋,符號(hào)是Wb。 1 Wb=1 Tm2 4.磁通量的變化量 (1)表達(dá)式:=2-1。 式中2為變化后的磁通量,1為初始狀態(tài)時(shí)的磁通量,該式為標(biāo)量式。 (2)磁通量的正負(fù):磁通量雖然有正負(fù),但它是一個(gè)標(biāo)量。它的正負(fù)是這樣規(guī)定的:任何一個(gè)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(shí)磁通量為負(fù),在求總的磁通量時(shí)要注意它們的正負(fù)。、的符號(hào)不同于矢量,不表示方向,當(dāng)然也不表示大小,而是為了計(jì)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(dāng)不同的磁感線沿相反方向穿過(guò)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(guò)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(yīng)電流的條件 1.不論用什么方法,只要穿過(guò)閉合電路的磁通量發(fā)生變化,閉合電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生。 2.其條件可以歸納為兩個(gè):一個(gè)是電路本身的屬性,即電路必須是閉合電路;另一個(gè)是穿過(guò)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(yīng)電流的條件,如果穿過(guò)電路的磁通量很大但不變化,那么也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。使穿過(guò)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(yīng)強(qiáng)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(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的位置發(fā)生變化,引起回路所在處的磁感應(yīng)強(qiáng)度不同。,一,二,三,(3)閉合電路的面積不變,但面積S與磁感應(yīng)強(qiáng)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(chǎng)中位置不變,而磁感應(yīng)強(qiáng)度隨時(shí)間t發(fā)生變化。,一,二,三,三、產(chǎn)生電磁感應(yīng)的常見類型 1.閉合電路的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng) 如圖丙

8、所示,導(dǎo)體AB做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),線路中有電流產(chǎn)生,而若導(dǎo)體AB沿著磁感線方向運(yùn)動(dòng)時(shí),線路中無(wú)電流產(chǎn)生。,一,二,三,2.磁鐵在線圈中運(yùn)動(dòng) 如圖丁所示,條形磁鐵插入或拔出線圈時(shí),線圈中有電流產(chǎn)生,但磁鐵在線圈中靜止不動(dòng)時(shí),線路中無(wú)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(dòng),當(dāng)開關(guān)S閉合或斷開時(shí),電流計(jì)中有電流通過(guò);若開關(guān)S一直閉合,當(dāng)改變滑動(dòng)變阻器的阻值時(shí),電流計(jì)中也有電流通過(guò)。,一,二,三,特別提醒 導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),必須突出“一部分導(dǎo)體”。如圖所示,線框abcd向右運(yùn)動(dòng),在ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),線框中僅有ab這一部分導(dǎo)體切割磁感線,線框內(nèi)會(huì)有

9、感應(yīng)電流;一旦整個(gè)線框全部進(jìn)入磁場(chǎng)繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)時(shí),線框內(nèi)磁通量不再變化,也就沒有感應(yīng)電流。所以,關(guān)鍵是抓住磁通量有無(wú)變化來(lái)判斷。,類型一,類型二,磁通量變化的判斷 【例1】?jī)蓤A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(guò)A、B兩圓環(huán)的磁通量的大小關(guān)系為() A.ABB.A=B C.ABD.無(wú)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(guò)兩圓環(huán),且方向向上,外部的磁感線部分穿過(guò)兩圓環(huán),方向向下,而且面積越大外部磁感線穿過(guò)圓環(huán)的越多,穿過(guò)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(yīng)強(qiáng)度B發(fā)生變化。 (2)線圈的面積S發(fā)生變化。 (3)磁感應(yīng)強(qiáng)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(yīng)電流的條件 【例2】如圖所示,豎直放置的長(zhǎng)直導(dǎo)線通有恒定電流,有一矩形線框與導(dǎo)線在同一平面內(nèi),在下列情況中,線框能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是() A.導(dǎo)線中電流變大 B.線框向右平動(dòng) C.線框向下平動(dòng) D.線框以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng) E.線框以直導(dǎo)線為軸轉(zhuǎn)動(dòng),類型一,類型二,解析:選項(xiàng)A中,因I增大而引起導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)增強(qiáng),使穿過(guò)線框的磁通量增大,線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流,故選項(xiàng)A正確。選項(xiàng)B中,因距離直導(dǎo)線越遠(yuǎn),磁感線分布越疏(如圖甲所示),因此線框向右平動(dòng)時(shí),穿過(guò)線框的磁通量變小,線框中產(chǎn)生感應(yīng)電流,故選項(xiàng)B正確。,類型一,類型二,選項(xiàng)C中,由圖甲可知,線框向下平動(dòng)時(shí)穿過(guò)線框的磁通量不變,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤。選項(xiàng)D可用一些特殊位置來(lái)分析。當(dāng)線框在圖甲所示位置時(shí),穿過(guò)線框的磁通量最大;當(dāng)線框轉(zhuǎn)過(guò)90時(shí),穿過(guò)線框的磁通量為零,因此可以判定線框以ab邊為軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁通量一定變化,故選項(xiàng)