2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修3 第13章電磁感應(yīng)與電磁波初步第3節(jié)電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用(5)課件

1、13.3電磁感應(yīng)現(xiàn)象及應(yīng)用1.基本知識(shí)(1)“電生磁”的發(fā)現(xiàn)1820年,丹麥物理學(xué)家 發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)(2)“磁生電”的發(fā)現(xiàn)1831年,英國(guó)物理學(xué)家 發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn) 奧斯特法拉第(3)法拉第的概括法拉第把引起感應(yīng)電流的原因概括為以下五類,它們都與 相聯(lián)系變化中的 變化中的中的恒定電流中的磁鐵在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)中的這些現(xiàn)象叫電磁感應(yīng),產(chǎn)生的電流叫變化和運(yùn)動(dòng)電流磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體感應(yīng)電流(4)電磁感應(yīng)現(xiàn)象利用變化或運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)獲得 的現(xiàn)象(5)感應(yīng)電流在現(xiàn)象中產(chǎn)生的電流 電流電磁感應(yīng)2思考判斷(1)白熾燈泡就是根據(jù)電磁感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)明的()(2)“磁生電”是一種在變化、運(yùn)動(dòng)的過程中才能出現(xiàn)的

2、現(xiàn)象()(3)麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)理論,并預(yù)言了電磁波的存在()3探究交流很多科學(xué)家為什么在磁生電的研究中沒有成功？【提示】很多科學(xué)家沒有注意磁場(chǎng)的變化和導(dǎo)體與磁場(chǎng)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng),只想把導(dǎo)體放入磁場(chǎng)中來獲得電流,這實(shí)際上違反了能量轉(zhuǎn)化和守恒定律.1.基本知識(shí)(1)探究導(dǎo)體棒在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)是否產(chǎn)生感應(yīng)電流感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件 圖111 實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(有無電流)分析論證導(dǎo)體棒靜止_ 電路的 導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做 運(yùn)動(dòng)時(shí),電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生.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)_無無有閉合一部分切割磁感線(2)探究通過閉合回路的磁場(chǎng)變化時(shí)是否產(chǎn)生感應(yīng)電流圖112 實(shí)驗(yàn)操作實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象(線圈B中有無電流

3、)分析論證開關(guān)閉合瞬間_線圈B中磁場(chǎng) 時(shí),線圈B中有感應(yīng)電流；磁場(chǎng) 時(shí),線圈B中無感應(yīng)電流開關(guān)斷開瞬間_開關(guān)保持閉合,滑動(dòng)變阻器滑片不動(dòng)_開關(guān)保持閉合,迅速移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片_變化不變有有無有(3)產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件：大量實(shí)驗(yàn)證實(shí),穿過 電路的 發(fā)生變化時(shí),這個(gè) 電路中就有感應(yīng)電流產(chǎn)生 閉合磁通量閉合2思考判斷(1)導(dǎo)體相對(duì)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng),導(dǎo)體內(nèi)就一定產(chǎn)生感應(yīng)電流()(2)穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化,電路中一定會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流()(3)閉合電路的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí),電路中有感應(yīng)電流產(chǎn)生()3探究交流只要閉合電路中的導(dǎo)體切割磁感線,就一定會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,這種說法對(duì)嗎？【提示】不對(duì),

4、如圖所示,在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,閉合導(dǎo)線框在磁場(chǎng)中切割磁感線時(shí),穿過回路的磁通量沒有變,沒有感應(yīng)電流產(chǎn)生.【問題導(dǎo)思】1穿過某個(gè)線圈的磁通量的大小與哪些因素有關(guān)？2磁通量為零,磁感應(yīng)強(qiáng)度一定也為零嗎？3如何計(jì)算磁通量及磁通量的變化量？磁通量的分析與計(jì)算 1勻強(qiáng)磁場(chǎng)中磁通量的計(jì)算(1)B與S垂直時(shí)：BS,B指勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度,S為線圈的面積(2)B與S不垂直時(shí)：BS,S為線圈在垂直磁場(chǎng)方向上的投影面積,在應(yīng)用時(shí)可將S投影到與B垂直的方向上或者S不動(dòng),將B分解為垂直于S和平行于S兩個(gè)分量,則BS,如圖113所示BSsin .圖113 (3)某面積內(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

5、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2.非勻強(qiáng)磁場(chǎng)中磁通量的分析條形磁鐵、通電導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)都是非勻強(qiáng)磁場(chǎng),通常只對(duì)穿過線圈的磁通量進(jìn)行定性分析,分析時(shí)應(yīng)兼顧磁場(chǎng)強(qiáng)弱、線圈面積和磁場(chǎng)與線圈的夾角等因素,并可充分利用磁感線來判斷,即磁通量的大小對(duì)應(yīng)穿過線圈的磁感線的條數(shù),穿過線圈的磁感線的條數(shù)變化,則說明磁通量變化如圖114所示,有一個(gè)垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),B0.8 T,磁場(chǎng)有明顯的圓形邊界,圓心為O,半徑為1 cm.現(xiàn)在紙面內(nèi)先后放上與磁場(chǎng)垂直的圓線圈,圓心均在O處,A線圈半徑為1 cm,10匝；B線圈半徑為2 cm,1匝；C線圈半徑為0.5 cm,1匝問：(1)在B減

6、為0.4 T的過程中,A和B 中磁通量改變多少？(2)在磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過30角的過程中, C中磁通量改變多少？圖114 【審題指導(dǎo)】審題時(shí)應(yīng)注意以下問題：(1)確定線圈與磁場(chǎng)的位置(狀態(tài))(2)確定初、末狀態(tài)時(shí)的磁通量(3)由|21|計(jì)算磁通量的改變量【解析】(1)對(duì)A線圈：A1B1r2,A2B2r2.磁通量的改變量：A|A2A1|(0.80.4)3.1410-4Wb1.25610-4 Wb對(duì)B線圈：B1B1r2,B2B2r2.其中r為磁場(chǎng)的半徑磁通量的改變量：B|B2B1|(0.80.4)3.1410-4Wb1.25610-4Wb.(2)對(duì)C線圈：C1B1r,磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過30,線圈仍全部處于磁場(chǎng)中,線圈

7、面積在垂直磁場(chǎng)方向的投影為rcos 30,則C2B1rcos 30.磁通量的改變量：C|C2C1|B1r(1cos 30)0.83.14(510-3)2(10.866) Wb8.410-6 Wb.【答案】(1)1.25610-4Wb1.25610-4 Wb(2)8.410-6 Wb與磁通量有關(guān)的計(jì)算題的處理1線圈為多匝時(shí),磁通量計(jì)算不受影響,因?yàn)榇┻^線圈的磁感線的條數(shù)不受匝數(shù)影響2若某面積內(nèi)的磁場(chǎng)不是勻強(qiáng)磁場(chǎng),但將該面積劃分為幾塊后,每一塊都是勻強(qiáng)磁場(chǎng),可用公式BS對(duì)每一塊進(jìn)行計(jì)算,然后求代數(shù)和,若每一塊都不是勻強(qiáng)磁場(chǎng),則高中階段只能根據(jù)磁感線的條數(shù)對(duì)磁通量進(jìn)行定性判斷3若線圈面積S1大于磁場(chǎng)

8、區(qū)域面積S2,那么BS中的S應(yīng)指閉合回路中處于磁場(chǎng)中的那部分的有效面積即S2.1如圖115所示,ab是水平面上一個(gè)圓線圈的直徑,在過ab的豎直平面內(nèi)有一根通電直導(dǎo)線ef.已知ef平行于ab,當(dāng)ef豎直向上平移時(shí),電流磁場(chǎng)穿過圓線圈面積的磁通量將()A逐漸增大B逐漸減小C始終為零 D不為零,但保持不變圖115 【解析】利用安培定則判斷電流產(chǎn)生的磁場(chǎng),作出如圖所示俯視圖,考慮到磁場(chǎng)具有對(duì)稱性,可以知道,穿進(jìn)圓線圈的磁感線的條數(shù)與穿出圓線圈的磁感線條數(shù)是相等的,故選C.【答案】C【問題導(dǎo)思】1產(chǎn)生感應(yīng)電流需要滿足什么條件？2引起磁通量發(fā)生變化的因素有哪些？3導(dǎo)體切割磁感線就一定能產(chǎn)生感應(yīng)電流嗎？對(duì)感

9、應(yīng)電流的產(chǎn)生條件的理解 1判斷回路中是否有感應(yīng)電流的依據(jù)(1)回路是否閉合(2)回路中的磁通量是否變化這兩個(gè)條件缺一不可2引起穿過閉合回路的磁通量變化的方式(1)磁場(chǎng)不變,閉合電路的面積發(fā)生變化,例如課本圖121的實(shí)驗(yàn)(2)閉合電路的面積不變,磁場(chǎng)發(fā)生變化,例如課本圖122的實(shí)驗(yàn)(3)線圈平面和磁場(chǎng)方向的夾角發(fā)生變化,引起穿過線圈的磁通量發(fā)生變化即B、S不變,變化以后學(xué)到的交流電的產(chǎn)生即屬于該情況(4)磁場(chǎng)、線圈面積都發(fā)生變化,引起穿過線圈的磁通量變化在高中階段幾乎不涉及這種情況1是否產(chǎn)生感應(yīng)電流,關(guān)鍵分析穿過閉合回路的磁通量是否變化,與磁通量的大小無關(guān)2磁通量的變化,也可以從穿過閉合回路的磁

10、感線的條數(shù)是否變化來分析如圖116所示,豎直放置的長(zhǎng)直導(dǎo)線ef中通有恒定電流,有一矩形導(dǎo)體線框abcd與長(zhǎng)直導(dǎo)線在同一平面內(nèi)在下列情況中線圈產(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)圖116 【審題指導(dǎo)】審題時(shí)應(yīng)注意以下問題：(1)分析通電直導(dǎo)線ef周圍的磁場(chǎng)分布特點(diǎn)(2)理解平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)的意義【解析】對(duì)A選項(xiàng),因I增大而引起導(dǎo)線周圍磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大,故A正確對(duì)B選項(xiàng),因離開直導(dǎo)線方向越遠(yuǎn),磁感線分布越疏,因此線框向右平動(dòng)時(shí),穿過線框的磁通量變小,故B正確對(duì)C選項(xiàng),因?yàn)榫€框向下平動(dòng)時(shí)穿過線框的磁通量不變,故C錯(cuò)對(duì)D選項(xiàng),可用一些特殊位置來分析,當(dāng)線

11、框在如題圖所示位置時(shí),穿過線框的磁通量最大,當(dāng)線框轉(zhuǎn)過90時(shí),穿過線框的磁通量最小,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D正確【答案】ABD2在一通電長(zhǎng)直導(dǎo)線附近放置一個(gè)導(dǎo)線圓環(huán)當(dāng)切斷長(zhǎng)直導(dǎo)線中的電流時(shí)在圖117中導(dǎo)線圓環(huán)里能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是：甲長(zhǎng)直導(dǎo)線穿過導(dǎo)線環(huán)中心,和導(dǎo)線環(huán)所在平面垂直,乙長(zhǎng)直導(dǎo)線對(duì)稱地放在導(dǎo)線環(huán)的上面,丙長(zhǎng)直導(dǎo)線放在導(dǎo)線環(huán)旁邊()圖117 A只有甲 B只有乙C只有丙 D只有甲和丙【解析】甲圖中切斷電流前后穿過導(dǎo)線圓環(huán)的磁通量均為零,磁通量沒變,甲中沒有感應(yīng)電流乙圖中由對(duì)稱性可知,切斷電流前后穿過圓環(huán)的磁通量也均為零,乙中也沒有感應(yīng)電流而丙圖中,切斷電流前0

12、,切斷電流后0,故丙中有感應(yīng)電流產(chǎn)生,所以選C.【答案】C甲、乙兩個(gè)完全相同的銅環(huán)可繞固定軸OO旋轉(zhuǎn),當(dāng)它們以相同的角速度開始轉(zhuǎn)動(dòng)后,由于阻力作用,經(jīng)相同的時(shí)間后便停止轉(zhuǎn)動(dòng)若將兩環(huán)置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的大小相同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,甲環(huán)轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向垂直,乙環(huán)轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向平行,如圖118所示,當(dāng)甲、乙兩環(huán)同時(shí)以相同的角速度開始旋轉(zhuǎn)后,則下列判斷中正確的是()綜合解題方略電磁感應(yīng)中 的能量問題 甲乙 圖118A甲環(huán)先停下B乙環(huán)先停下C兩環(huán)同時(shí)停下 D無法判斷兩環(huán)停止的先后【審題指導(dǎo)】解答本題時(shí)可按以下思路分析【規(guī)范解答】?jī)森h(huán)在相同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn),由題圖可知甲環(huán)在旋轉(zhuǎn)的過程中磁通量是變化的,甲環(huán)中產(chǎn)生感

13、應(yīng)電流,有部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；乙環(huán)中的磁通量是不變的,所以乙環(huán)中無感應(yīng)電流產(chǎn)生,即無機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,因此甲環(huán)先停下【答案】A1自然界的電、熱和磁等現(xiàn)象都是相互聯(lián)系的,很多物理學(xué)家為尋找它們之間的聯(lián)系做出了貢獻(xiàn)下列說法正確的是()A奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng),揭示了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象之間的聯(lián)系B歐姆發(fā)現(xiàn)了歐姆定律,說明了熱現(xiàn)象和電現(xiàn)象之間存在聯(lián)系C法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象,揭示了磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象之間的聯(lián)系D焦耳發(fā)現(xiàn)了電流的熱效應(yīng),定量給出了電能和熱能之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系【解析】奧斯特發(fā)現(xiàn)的電流的磁效應(yīng)表明了電能生磁,A正確歐姆定律描述了電流與電阻、電壓或電動(dòng)勢(shì)之間的關(guān)系,焦耳定律才揭示了熱現(xiàn)象與電現(xiàn)象間的

14、聯(lián)系,B錯(cuò)誤,D正確法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)現(xiàn)象表明了磁能生電,C正確【答案】ACD2關(guān)于磁通量的概念,以下說法中正確的是()A磁感應(yīng)強(qiáng)度越大,穿過閉合回路的磁通量也越大B磁感應(yīng)強(qiáng)度越大,線圈面積越大,則磁通量也越大C穿過線圈的磁通量為零,但磁感應(yīng)強(qiáng)度不一定為零D穿過線圈的磁通量為零,磁感應(yīng)強(qiáng)度也一定為零【解析】磁通量的多少是由磁感應(yīng)強(qiáng)度、線圈的面積以及二者的位置關(guān)系共同決定的,僅磁感應(yīng)強(qiáng)度大或者線圈面積大,不能確定穿過線圈的磁通量就大,故A、B錯(cuò)誤；當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí),穿過線圈的磁通量為零,但是磁感應(yīng)強(qiáng)度不為零,故C正確,D錯(cuò)誤【答案】C3如圖有一正方形閉合線圈,在范圍足夠大的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中

15、運(yùn)動(dòng),下列四個(gè)圖所示情況中能產(chǎn)生感應(yīng)電流的是()【解析】本題中的線圈都是閉合的,只要穿過線圈的磁通量發(fā)生變化,線圈中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流對(duì)A和C選項(xiàng),磁感線始終與線圈平面平行,不論線圈運(yùn)動(dòng)到什么位置,穿過線圈的磁通量總是為零(沒有發(fā)生變化),故不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流對(duì)選項(xiàng)B,穿過線圈的磁通量始終為某一定值沒有發(fā)生變化,因此也不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流對(duì)D選項(xiàng),在圖示位置時(shí)穿過線圈的磁通量為零,當(dāng)線圈從圖示位置轉(zhuǎn)動(dòng)后,穿過線圈的磁通量會(huì)出現(xiàn)先增加,后減少,再增加,再減少的往復(fù)循環(huán)變化,所以線圈中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流,故選D.【答案】D4如圖119所示,為兩個(gè)同心圓環(huán),當(dāng)一有限勻強(qiáng)磁場(chǎng)垂直穿過A環(huán)面時(shí),A環(huán)磁通量為1,此時(shí)B環(huán)磁通量為2,有關(guān)磁通量的大小說法正確的是()圖119 A12 D不確定