2022-2023年人教版(2019)新教材高中物理必修3 第13章电磁感应与电磁波初步13.3电磁感应现象及应用(1)课件

第3节　电磁感应现象及应用\n知识点一　划时代的发现上图是法拉第发明的发电机.圆盘发电机,首先向人类揭开了机械能转化为电能的序幕.试想：电是怎么生成的？结合奥斯特发现电流的磁效应现象,猜想,电能生磁,磁能生电吗？[观图助学]\n1.1820年,丹麦物理学家________发现载流导线能使小磁针偏转,说明电流产生________,这种作用称为电流的________,即“电能生磁”.2.1831年,19世纪伟大的物理学家________发现了____________现象,即“磁能生电”.3.由磁得到电的现象叫作________________.在________________中产生的电流叫作感应电流.4.划时代的发现的意义：为电和磁的统一创造了条件,推动人类进入电气化时代.奥斯特磁场磁效应法拉第电磁感应电磁感应现象电磁感应现象\n[思考判断](1)首先发现电磁感应现象的科学家是奥斯特.()(2)电磁感应现象是把电转变为磁的过程.()(3)电磁感应是一种在变化、运动过程中才会出现的现象.()××√\n[观图助学]如图所示,把一条大约10m长的电线的两端连在一个灵敏电流表的两个接线柱上,形成闭合电路.两个同学迅速摇动这条电线,可以发电吗？简述你的理由.你认为两个同学沿哪个方向站立时,发电的可能性比较大？知识点二　产生感应电流的条件\n1.能够产生感应电流的三个典型的实验是(1)条形磁铁和线圈发生____________.(2)闭合电路中的部分导体____________.(3)改变原线圈中电流,在副线圈中产生____________.相对运动切割磁感线感应电流\n2.法拉第把可以产生电磁感应的情况概括为(1)________的电流.(2)________的磁场.(3)________的恒定电流.(4)________的磁铁.(5)在磁场中运动的________等.变化变化运动运动导体\n3.实验结论只要穿过________电路的________发生变化,________电路中就会产生感应电流.闭合磁通量闭合\n[思考判断](1)只要闭合电路内有磁通量,闭合电路中就有感应电流产生.()(2)闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时,电路中会产生感应电流.()(3)闭合线圈和磁场发生相对运动时,一定能产生感应电流.()(4)穿过闭合电路的磁通量发生变化,电路中一定会产生感应电流.()×√×√\n[观察探究](1)如图所示,平面S在垂直于磁场方向上的投影面积为S′.若有n条磁感线穿过S′,则穿过面积S的磁感线有多少条？核心要点对磁通量变化的理解\n(2)若磁场增强,即B增大,穿过面积S的磁感线条数是否增多？穿过面积S的磁通量如何变化？答案(1)n条(2)B增大时,穿过面积S的磁感线条数增多,穿过面积S的磁通量增大\n[探究归纳]1.引起磁通量变化的原因(1)当B不变,有效面积S变化时,ΔΦ＝B·ΔS.(2)当B变化,S不变时,ΔΦ＝ΔB·S.(3)B和S同时变化,则ΔΦ＝Φ2－Φ1.但此时ΔΦ≠ΔB·ΔS.2.磁通量Φ、磁通量的变化量ΔΦ的比较(1)Φ是状态量,是闭合回路在某时刻(某位置)穿过回路的磁感线的条数,当磁场与回路平面垂直时Φ＝BS.(2)ΔΦ是过程量,它表示回路从某一时刻到另一时刻磁通量的改变量,即ΔΦ＝Φ2－Φ1.\n[试题案例][例1]如图所示,一环形线圈沿条形磁铁的轴线,从磁铁N极的左侧A点运动到磁铁S极的右侧B点,A、B两点关于磁铁的中心对称,则在此过程中,穿过环形线圈的磁通量将()A.先增大,后减小B.先减小,后增大C.先增大,后减小,再增大,再减小D.先减小,后增大,再减小,再增大答案A\n[例2]如图所示,匀强磁场的磁感应强度为B,方向与水平方向的夹角为30°,图中实线位置有一面积为S的矩形线圈处于磁场中,并绕着它的一条边从水平位置Ⅰ转到竖直位置(图中虚线位置Ⅱ).则在此过程中磁通量的变化量的大小为()\n解析取线圈在水平位置时穿过线圈的磁通量为正,线圈处于竖直位置,磁感线从线圈另一面穿过,答案C\n[针对训练1]如图所示,通电直导线右边有一个矩形线框,线框平面与直导线共面,若使线框逐渐远离(平动)通电导线,则穿过线框的磁通量将()A.逐渐增大B.逐渐减小C.保持不变D.不能确定解析线框远离导线时,穿过线框的磁感应强度减小,线框的面积不变,所以穿过线框的磁通量减小.答案B\n[针对训练2]边长l＝10cm的正方形线框固定在匀强磁场中,磁场方向与线框平面间的夹角θ＝30°,如图所示.磁感应强度随时间变化的规律为B＝(2＋3t)T,则第3s内穿过线框的磁通量的变化量ΔΦ为多少？解析第3s内就是从2s末到3s末,所以2s末的磁场的磁感应强度为B1＝(2＋3×2)T＝8T,3s末的磁场的磁感应强度为B2＝(2＋3×3)T＝11T,则ΔΦ＝ΔBSsinθ＝(11－8)×0.12×sin30°Wb＝1.5×10－2Wb.答案1.5×10－2Wb\n[观察探究]1.如图所示,有一个线圈与一个灵敏电流计连成闭合电路.将一条形磁铁的一部分插入线圈中.(1)当条形磁铁向右运动时,电流计的指针是否发生偏转？(2)当线圈向左运动时,电流计的指针是否发生偏转？答案(1)偏转(2)偏转核心要点实验探究感应电流产生的条件\n2.甲图,当导体棒切割磁感线运动时；乙图,当条形磁铁插入或拔出线圈时；丙图,当电键断开或闭合,或移动滑动变阻器的滑片时.电流表指针均有摆动,这说明什么问题,三种情况下存在着什么共同的规律？\n答案　电流表指针均有摆动,说明三种情况下均产生了感应电流.共同点是三种情况下,闭合线圈的磁通量均发生变化.\n[探究归纳]1.闭合电路的部分导体切割磁感线在初中学过,当闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时,电路中会产生感应电流,如图所示.\n导体棒左右平动、前后平动、上下平动,观察电流表的指针,把观察到的现象记录在表1中.表1导体棒的运动表针的摆动方向导体棒的运动表针的摆动方向向右平动向左向后平动不摆动向左平动向右向上平动不摆动向前平动不摆动向下平动不摆动结论：只有左右平动时,导体棒切割磁感线,才有电流产生；前后平动、上下平动,导体棒都不切割磁感线,没有电流产生\n2.向线圈中插入磁铁,把磁铁从线圈中拔出如图所示,把磁铁的某一个磁极向线圈中插入,或从线圈中抽出,或静止地放在线圈中.观察电流表的指针,把观察到的现象记录在表2中.\n表2磁铁的运动表针的摆动方向磁铁的运动表针的摆动方向N极插入线圈向右S极插入线圈向左N极停在线圈中不摆动S极停在线圈中不摆动N极从线圈中抽出向左S极从线圈中抽出向右结论：只有磁铁相对线圈运动时,才有电流产生；磁铁相对线圈静止时,没有电流产生\n3.模拟法拉第的实验如图所示,线圈A通过滑动变阻器和开关连接到电源上,线圈B的两端与电流表连接,把线圈A装在线圈B的里面.观察以下四项操作中线圈B中是否有电流产生.把观察到的现象记录在表3中.\n表3操作现象开关闭合瞬间有电流产生开关断开瞬间有电流产生开关闭合时,滑动变阻器的滑片不动无电流产生开关闭合时,迅速移动滑动变阻器的滑片有电流产生结论：只有当线圈A中电流变化时,线圈B中才有电流产生\n4.结论不论用什么方法,不论何种原因,只要穿过闭合电路的磁通量发生变化,闭合电路中就有感应电流产生.\n[试题案例][例3]如图为研究电磁感应现象的实验装置.下列哪种情况下电流表指针不会偏转()\nA.闭合开关的瞬间B.闭合开关后,电路中电流稳定时C.闭合开关后,移动滑动变阻器的滑片时D.闭合开关后,把线圈A从线圈B中拉出时\n解析电流表指针不偏转,说明电流表与B线圈组成的电路中无电流,根据感应电流产生的条件,只需要检查B线圈中磁通量是否变化即可.闭合开关时,电路中的电流从无到有,A中的磁场从无到有,故穿过B的磁通量发生变化,电流表中有电流流过；当电路中电流稳定时,穿过B的磁通量不再发生变化,电流表中无电流流过；移动滑动变阻器的滑片时,会造成A中电流大小变化,能引起B的磁通量变化,电流表中有电流流过；把线圈A从线圈B中拉出时,穿过B的磁通量减少,电流表中有电流流过.故只有选项B符合要求.答案B\n[针对训练3](多选)某学生做观察电磁感应现象的实验时,将电流表、线圈A和B、蓄电池、开关,用导线连接成如图所示的实验电路,闭合开关,下列说法正确的是()\nA.线圈A插入线圈B的过程中,有感应电流B.线圈A从线圈B拔出的过程中,有感应电流C.线圈A停在线圈B中,有感应电流D.线圈A拔出线圈B的过程中,线圈B的磁通量在减小解析由感应电流产生的条件知选项A、B正确,C错误；在线圈A从线圈B拔出的过程中,线圈B的磁通量减小,选项D正确.答案ABD\n[观察探究]1.如图所示,当导体棒ad向右运动时,穿过abcd的磁通量有没有发生改变？闭合回路中有无感应电流？答案　磁通量发生改变,有感应电流产生.核心要点对产生感应电流的条件的理解\n2.保持线框平面始终与磁感线垂直,线框在磁场中上下运动(图甲),线框在磁场中左右运动(图乙)；线框绕轴线AB转动(图丙).线框中是否产生感应电流？答案　图甲中,线框在磁场中上下运动的过程中,穿过线框的磁通量没有发生变化,所以无感应电流产生；图乙中,线框在磁场中左右运动的过程中,尽管切割磁感线,但是穿过线框的磁通量没发生变化,所以无感应电流产生；图丙中,线框绕轴线AB转动,穿过线框的磁通量发生改变,有感应电流产生.\n[探究归纳]1.感应电流产生的条件：①电路为闭合回路；②穿过闭合回路的磁通量要发生变化,两个条件必须同时具备.2.对条件的理解：导体回路闭合、磁通量变化是产生感应电流的两个必要条件,缺一不可.而导体回路中有没有磁通量不是产生感应电流的条件,如果穿过导体回路的磁通量很大但不发生变化,也不会产生感应电流.\n[试题案例][例4]如选项图所示,A中线圈有一小缺口,B、D中匀强磁场区域足够大,C中通电导线位于水平放置的闭合线圈某一直径的正上方.其中能产生感应电流的是()\n解析图A中线圈没闭合,无感应电流；图B中闭合电路中的磁通量增大,有感应电流；图C中的导线在圆环的正上方,不论电流如何变化,穿过线圈的磁感线都相互抵消,磁通量恒为零,也无电流；图D中回路磁通量恒定,无感应电流.故本题只有选项B正确.答案B\n方法总结分析是否产生感应电流,关键是要分析穿过闭合线圈的磁通量是否发生变化,而分析磁通量是否有变化,关键要知道磁感线是如何分布的,所以在做这类题时应注意：(1)熟记条形磁铁和蹄形磁铁内、外磁感线分布的立体形状,它是解决问题的基础.\n(2)学会找特殊位置并分析其变化.利用磁感线判断磁通量的变化：若线圈所包围的磁感线穿过线圈平面的方向相同时,条数增加,磁通量增加；若穿过线圈平面的磁感线方向相反时,某一个方向是多数的磁感线条数增加,则磁通量增加,某一个方向是少数的磁感线条数增加,则磁通量减少,总之,要用穿过线圈磁感线的净条数的增、减判断磁通量的变化,要用多数的磁感线的方向作为线圈所包围的磁场的方向.\n[例5](多选)如图所示,绕在铁芯上的线圈与电源、滑动变阻器和开关组成闭合电路,在铁芯的右端套有一个表面绝缘的铜环A,下列各种情况中铜环A中有感应电流的是()A.线圈中通以恒定的电流B.通电过程中,使变阻器的滑片P做匀速移动C.通电过程中,使变阻器的滑片P做加速移动D.将开关突然断开的瞬间\n解析线圈中通以恒定的电流,铜环A中磁通量不变,铜环A中没有感应电流,A错误；变阻器的滑片P做匀速、加速移动时,线圈中电流变化,铜环A中磁通量发生变化,铜环A中有感应电流,B、C正确；将开关突然断开的瞬间,线圈中电流变为零,铜环A中磁通量发生变化,铜环A中有感应电流,D正确.答案BCD\n方法归纳　判断是否产生感应电流的技巧(1)电路闭合和磁通量发生变化是产生感应电流的两个条件,二者缺一不可.(2)磁通量发生变化,其主要内涵体现在“变化”上,磁通量很大若没有变化也不会产生感应电流,磁通量虽然是零但是在变化时仍然可以产生感应电流.(3)磁通量与线圈的匝数无关,磁通量大小不受线圈匝数的影响.(4)磁通量的变化量ΔΦ＝Φ2－Φ1也不受线圈匝数的影响,用公式求Φ、ΔΦ时,不必考虑线圈匝数n.\n[针对训练4]有一正方形闭合线圈,在足够大的匀强磁场中运动.图中能产生感应电流的是()\n解析A中线圈不切割磁感线,所以A中线圈没有感应电流产生,故A错误；B、C、D中线圈均在切割磁感线,即使切割了磁感线,也不能保证就能产生感应电流,比如B和C中的线圈竖直边切割了磁感线,但闭合线圈的磁通量没有发生变化,故B、C中的线圈也没有感应电流产生.故B、C错误,D正确.答案D\n(1)开关闭合瞬间；(2)开关闭合稳定后；(3)开关闭合稳定后,来回移动滑动变阻器的滑片；(4)开关断开瞬间.\n解析本题主要考查闭合电路中电流变化导致磁场变化从而产生感应电流的情况.\n答案(1)有(2)无(3)有(4)有